Η οστεοπόρωση αποτελεί την πιο συχνή μεταβολική διαταραχή των οστών που οδηγεί σε αυξημένη ευθραυστότητα αυτών και κατά συνέπεια σε χαμηλής ενέργειας κατάγματα. Τα συνηθέστερα οστεοπορωτικά κατάγματα συμβαίνουν στην περιοχή της πηχεοκαρπικής άρθρωσης, στους σπονδύλους καθώς και στο ισχίο, οστά δηλαδή στα οποία η αναλογία σπογγώδους και φλοιώδους οστού είναι συγκεκριμένη. Λόγω του μεγέθους του προβλήματος, υπάρχει μεγάλο ενδιαφέρον για την εκτίμηση της οστεοπόρωσης και κατ’ επέκταση τη πρόβλεψη του κινδύνου κατάγματος. Μια σειρά από διαφορετικές τεχνικές έχουν αναπτυχθεί για τη μέτρηση διαφόρων σκελετικών περιοχών ως μέσο για την εκτίμηση του κινδύνου κατάγματος. Η απορροφησιομετρία ακτίνων-Χ διπλής ενέργειας (DXA) είναι η τεχνική που χρησιμοποιείται πιο συχνά για την διάγνωση της οστεοπόρωσης μέσω της εκτίμησης της οστικής πυκνότητας BMD. Ωστόσο, στην πραγματικότητα, μόνο το 60% της διακύμανσης της οστικής αντοχής μπορεί να εξηγηθεί από τις διακυμάνσεις της επιφανειακής οστικής πυκνότητας. Στη συγκεκριμένη μελέτη σταθήκαμε κυρίως στην απορροφησιομετρία ακτίνων-Χ διπλής ενέργειας, στην περιφερική ποσοτική υπολογιστική τομογραφία (pQCT) και στην απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού (MRI). Κλινικές και πειραματικές μελέτες έχουν δείξει ότι η απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού έχει το δυναμικό να είναι μια χρήσιμη μέθοδος για την μελέτη του σπογγώδους οστού. Το τεχνικό υπόβαθρο αυτής της μεθόδου μπορεί να εξηγηθεί από τις διαφορές της μαγνητικής επιδεκτικότητας στην διεπιφάνεια μεταξύ του σπογγώδους οστού και του μυελού των οστών, που οδηγούν σε χωρικές ανομοιογένειες του μαγνητικού πεδίου. Αυτές οι ανομοιογένειες έχουν ως αποτέλεσμα την εκτροπή της συμφασικότητας της εγκάρσιας μαγνήτισης. Αυτό οδηγεί στην μεταβολή της τιμής του Τ2* του μυελού του οστού. Η μεταβολή του Τ2* μαζί με τα χαρακτηριστικά αυτού του χρόνου χαλάρωσης παρέχουν πληροφορίες για την πυκνότητα και την δομή του περιβάλλοντος σπογγώδους οστικού πλέγματος (ms). Οι κύριοι στόχοι της παρούσας μελέτης ήταν: α) Ο προσδιορισμός της ικανότητας των μετρήσεων του ενεργού εγκάρσιου χρόνου χαλάρωσης Τ2* να επιτύχει διάκριση μεταξύ γυναικών με φυσιολογική ή οστεοπορωτική αρχιτεκτονική του σπογγώδους οστού. β) Η συσχέτιση του εγκάρσιου χρόνου χαλάρωσης Τ2* με τους δείκτες aBMD, vBMD και Trabecular Density που λαμβάνεται μέσω των εξετάσεων DXA και pQCT αντίστοιχα. γ) Η εκτίμηση της ακρίβειας των μετρήσεων του Τ2* μαγνητικού συντονισμού σε συγκεκριμένα τμήματα του ανθρώπινου σώματος με πρωτεύοντα στόχο την περιοχή της οσφυϊκής μοίρας και της κνήμης. Μετά από τη σχετική έγκριση των Επιτροπών Βιοηθικής και Έρευνας του Π.Γ.Ν. «Αττικόν» και του Γ.Ν.Α. «ΚΑΤ», στη μελέτη μας συμμετείχαν 15 μετεμμηνοπαυσιακές γυναίκες και 5 υγιείς, οι οποίες αποτέλεσαν την ομάδα ελέγχου. Όλες οι συμμετέχοντες πραγματοποίησαν τις εξετάσεις των pQCT κνήμης και οστικής πυκνότητας ΟΜΣΣ, στα ίδια συστήματα pQCT και DXA του Γ.Ν.Α. «ΚΑΤ». Έπειτα, για την διεξαγωγή της μαγνητικής τομογραφίας ΟΜΣΣ-κνήμης, οι 15 μετεμμηνοπαυσιακές γυναίκες χωρίστηκαν σε δυο ομάδες. Η Α ομάδα αποτελούμενη από 9 μετεμμηνοπαυσιακές γυναίκες, πραγματοποίησε την μαγνητική τομογραφία στον μαγνητικό τομογράφο του Ευγενίδειου Θεραπευτηρίου και αντίστοιχα, η Β ομάδα αποτελούμενη από 6 μετεμμηνοπαυσιακές γυναίκες πραγματοποίησε την μαγνητική τομογραφία στον μαγνητικό τομογράφο του Π.Γ.Ν. «Αττικόν». Η ομάδα των 5 υγιών ατόμων, πραγματοποίησε την εξέταση και στα δυο συστήματα μαγνητικής τομογραφίας, ώστε να διερευνηθεί το κατά πόσον η ένταση του μαγνητικού πεδίου επηρεάζει τις παραμέτρους που επρόκειτο να υπολογιστούν. Για τον υπολογισμό της οστικής πυκνότητας της οσφυϊκής μοίρας, ελήφθησαν προσθοπίσθιες προβολές της ΟΜΣΣ και πιο συγκεκριμένα των οσφυϊκών σπονδύλων Ο1 – Ο4 και υπολογίστηκε τόσο η μέση τιμή BMD των Ο1 – Ο4, όσο και η τιμή BMD κάθε σπονδύλου ξεχωριστά. Επιπρόσθετα, σε κάθε ασθενή ελήφθησαν υπόψη τα στοιχεία που προκύπτουν από την μελέτη της τομής 4% του μήκους της κνήμης από την κάτω αρθρική επιφάνεια. Η τομή 4% παρέχει πληροφορίες για το σπογγώδες οστό και οι προτεινόμενες παράμετροι που συλλέχθηκαν ήταν η ογκομετρική πυκνότητα του σπογγώδους οστού (trabecular density) και η ολική πυκνότητα οστού (total density, vBMD). Στην απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού, ελήφθησαν ακολουθίες πολλαπλών αντηχήσεων (multi echo) και πολλαπλών τομών (multi slice) για την μέτρηση του εγκάρσιου χρόνου χαλάρωσης T2* χωρίς καταστολή λίπους σε εγκάρσιο και στεφανιαίο επίπεδο. Εν συνεχεία, για την εκτίμηση του εγκάρσιου χρόνου χαλάρωσης T2 ελήφθησαν ανατομικές ακολουθίες Τ2 προσανατολισμού χωρίς καταστολή λίπους σε εγκάρσιο και στεφανιαίο επίπεδο. Στην κεντρική τομή που αντιστοιχεί στο 4% του μήκους της κνήμης από την κάτω αρθρική επιφάνεια καθώς και στις κεντρικές τομές των οσφυϊκών σπονδύλων Ο1 – Ο4, σχεδιάστηκαν οι περιοχές ενδιαφέροντος (ROI) σε όλες τις εικόνες διαφορετικών ΤΕ. Εν συνεχεία, με τη χρήση του λογισμικού IDL πραγματοποιήθηκε αλγόριθμος ανάλυσης Levenberg – Marquadt με τον οποίον έγινε ο υπολογισμός των χρόνων Τ2* και Τ2. Τα αποτελέσματα στην παρούσα μελέτη δείχνουν μια σημαντική θετική συσχέτιση των παραμέτρων οστικής πυκνότητας των περιοχών της ΟΜΣΣ και της κνήμης μεταξύ τους, (r= 0.76 – 0.86, p<0.05). Επιπρόσθετα, έγινε συσχέτιση όλων των παραμέτρων της οστικής πυκνότητας με την ηλικία των εξεταζόμενων γυναικών, όπου σημειώθηκαν ικανοποιητικές αρνητικές συσχετίσεις, (r= -0.66 - -0.73, p<0.05). Ακόμα, σημειώθηκε ικανοποιητική θετική συσχέτιση του εγκάρσιου χρόνου χαλάρωσης T2*, ιδιαίτερα για την περιοχή της κνήμης, με την ηλικία των εξεταζόμενων γυναικών (r= 0.59 – 0.67, p<0.05). Για το σύστημα των 3Τ, ο χρόνος Τ2* στην περιοχή της οσφυϊκής μοίρας ήταν μικρότερος στην ομάδα ελέγχου (4,9 ± 0,4 ms) σε σχέση με την ομάδα Β των μετεμμηνοπαυσιακών γυναικών (5,5 ± 0,8 ms). Για τους χρόνους Τ2, η διαφοροποίηση φάνηκε να είναι πιο ξεκάθαρη, καθώς για την ομάδα ελέγχου, ο χρόνος Τ2 ήταν 65,7 ± 2,4 ms, ενώ για την ομάδα Β 84,7 ± 2,7 ms. Για τις μετρήσεις στην περιοχή της κνήμης, οι χρόνοι Τ2* που καταγράφηκαν ήταν 7,8 ± 0,6 ms για την ομάδα ελέγχου και 9,4 ± 0,4 ms για την ομάδα Β και την mFFE ακολουθία. Αντίστοιχα για την shortest ακολουθία οι χρόνοι χαλάρωσης ήταν 9,0 ± 0,5 ms και 10,8 ± 0,4 ms. Ωστόσο, η διαφορά στους χρόνους Τ2 των δυο ομάδων δεν επέτρεψε τον ασφαλή διαχωρισμό τους, με κριτήριο τον χρόνο αυτό. Για το σύστημα του 1.5 Τ, ο χρόνος Τ2* στην περιοχή της οσφυϊκής μοίρας ήταν μικρότερος στην ομάδα ελέγχου (14,0 ± 1,5 ms) σε σχέση με την ομάδα Γ των μετεμμηνοπαυσιακών γυναικών (20,4 ± 1,2 ms). Αντιθέτως, τα αποτελέσματα των χρόνων Τ2, δεν προσέφεραν κάποιο ξεκάθαρο συμπέρασμα. Αναφορικά με τις μετρήσεις της κνήμης, παρατηρήθηκαν ικανοποιητικές διαφορές μεταξύ των χρόνων Τ2* των δυο ομάδων και για τις δυο ακολουθίες (mFFE και mFFE shortest). Οι χρόνοι που σημειώθηκαν ήταν 16,7 ± 1,2 ms για την ομάδα ελέγχου και 20,9 ± 1,7 ms για την ομάδα Γ και την mFFE ακολουθία. Αντίστοιχα, για την shortest ακολουθία οι χρόνοι χαλάρωσης ήταν 16,5 ± 1,2 ms και 20,6 ± 1,6 ms. Επίσης, η διαφορά των χρόνων Τ2 των δυο ομάδων ήταν ικανοποιητική, (91,6 ± 2,4 ms για την ομάδα Α και 99,0 ± 2,8 ms για την ομάδα Γ). Συμπερασματικά, η παρούσα μελέτη απέδειξε πως μέσω του φαινομένου της αποκατάστασης μαγνητικού συντονισμού και κατ’ επέκταση της μέτρησης των εγκάρσιων χρόνων αποκατάστασης (χαλάρωσης) T2* και T2, μπορούν να εκτιμηθούν μεταβολές της κατάστασης των οστών που σχετίζονται με την ηλικία και την οστική πυκνότητα, μεταξύ υγιών και μετεμμηνοπαυσιακών γυναικών. / Osteoporosis is the most common metabolic bone disorder leading to increased fragility and consequently to low energy fractures. The most common osteoporotic fractures occur in the wrist joint, the vertebrae and the hip, i.e. bones in which the ratio of trabecular and cortical bone is specific. Because of the problem magnitude, there is great interest in assessing osteoporosis and hence the prediction of the fracture risk. A number of different techniques have been developed to measure different skeletal sites as a tool for assessing the fracture risk. The dual energy X-ray absorptiometry (DXA) is the most frequently used technique for the diagnosis of osteoporosis by evaluating the bone mineral density BMD. However, in reality, only 60% of the variation in bone strength can be explained by variations in areal bone density. In this study, we mainly stood in dual energy X-ray absorptiometry, peripheral quantitative computed tomography (pQCT) and magnetic resonance imaging (MRI). Clinical and experimental studies have shown that magnetic resonance imaging has the potential to be a useful method for the study of trabecular bone. The technical background of this method can be explained by the differences in the magnetic susceptibilities between the inter-surfaces of trabecular bone and bone marrow, leading to spatial inhomogeneities of the magnetic field. These inhomogeneities result in additional dephasing of transverse magnetization. The change in Τ2* together with the characteristics of this relaxation time, provide information on the density and structure of trabecular bone matrix (ms). The main objectives of this study were: a) To determine the ability of the active transverse relaxation time Τ2* measurements, to achieve discrimination between women with normal or osteoporotic trabecular bone architecture. b) The correlation of the transverse relaxation time Τ2* with aBMD, vBMD and Trabecular Density indicators, obtained through DXA and pQCT examinations, respectively. c) The assessment of Τ2* magnetic resonance measurements accuracy in certain parts of the human body, with primary target the area of lumbar spine and tibia. After the approval of Ethics and Research Committees of Attikon University Hospital and K.A.T. General Hospital, 15 postmenopausal women and 5 healthy, which formed the control group, participated in our study. All the participants performed the pQCT tibia and lumbar spine bone mineral density examinations, at the same pQCT and DXA systems of K.A.T. General Hospital. Then, for the magnetic resonance imaging examination conduct of lumbar spine – tibia, the 15 postmenopausal women were divided into two groups. The group A, consisting of 9 postmenopausal women, conducted the MRI examinations at the MRI scanner of Eugenedion Hospital and respectively, the group B, consisting of 6 postmenopausal women performed the MRI scans at the MRI scanner of Attikon University Hospital. The group of the 5 healthy subjects performed the examination in both magnetic resonance imaging scanners in order to investigate whether the magnetic field affects the parameters that were to be calculated. To calculate the BMD of the lumbar spine, anteroposterior views of the lumbar spine and more specifically of the lumbar vertebrae L1 - L4 were obtained. The mean BMD of L1 - L4 and the BMD for each vertebra separately, were calculated. Additionally, for each patient, the data resulting from the study of the section 4% of the tibia length from the lower articular surface were taken into account. The section 4% provides information on the trabecular bone and the proposed parameters which were collected were the volumetric density of the trabecular bone (trabecular density) and the total bone density (total density, vBMD). In magnetic resonance imaging, multiple echoes (multi echo) and multiple slices (multi slice) sequences were received for measuring the transverse relaxation time Τ2*, without fat suppression in transverse and coronal plane. Thereafter, for assessing the transverse relaxation time Τ2, Τ2 - weighted anatomical sequences were received, without fat suppression in transverse and coronal plane. In the central section corresponding to 4% of the tibia length from the lower articular surface and in the central sections of lumbar vertebrae L1 - L4, were designed regions of interest (ROI) in all different TE images. Then, using the IDL software, Levenberg - Marquadt analysis algorithm was held, in which Τ2* and Τ2 times were calculated. The results in this study show a significant positive correlation between the parameters of lumbar spine and tibia bone density, (r = 0.76 - 0.86, p <0.05). Additionally, there was correlation of all parameters of bone mineral density with the age of the examined women, where there were sufficient negative correlations, (r = -0.66 - -0.73, p <0.05). Still, there has been good correlation between the transverse relaxation time Τ2*, especially for the region of the tibia, with the age of the examined women (r = 0.59 - 0.67, p <0.05). For the system of 3T, the Τ2* time, in the lumbar spine, was lower in the control group (4,9 ± 0,4 ms) compared to the group B of postmenopausal women (5,5 ± 0,8 ms). For the Τ2 time, the differentiation seemed to be clearer, as for the control group, the Τ2 was 65,7 ± 2,4 ms, while for group B 84,7 ± 2,7 ms. For the tibia measurements, Τ2* times which were recorded, were 7,8 ± 0,6 ms for the control group and 9,4 ± 0,4 ms for group B and the mFFE sequence. Respectively, for the shortest sequence, relaxation times were 9,0 ± 0,5 ms and 10,8 ± 0,4 ms. However, the Τ2 time difference for the two groups, did not allow safe separation, based on this time. For the system of 1.5 T, the Τ2* time, in the lumbar spine, was lower in the control group (14,0 ± 1,5 ms) compared to the group C of postmenopausal women (20,4 ± 1,2 ms). In contrast, the Τ2 time results, did not offer a clear conclusion. Regarding the tibia measurements, there were seen satisfactory differences between the Τ2* times of the two groups, for both sequences (mFFE and mFFE shortest). The recorded times were 16,7 ± 1,2 ms for the control group and 20,9 ± 1,7 ms for group C, for the mFFE sequence. Respectively, for the shortest sequence the relaxation times was 16,5 ± 1,2 ms and 20,6 ± 1,6 ms. Also, the Τ2 time difference between the two groups was satisfactory, (91,6 ± 2,4 ms for group A and 99,0 ± 2,8 ms for group C). In conclusion, this study demonstrated that, through the phenomenon of magnetic resonance recovery and hence the measurement of the transverse recovery (relaxation) times Τ2* and Τ2, can assess changes in bone status related to age and bone mineral density, between healthy and postmenopausal women.

Osteoporosis is a disease of the bones. It is often called the “silent disease," because someone could have it now or be at-risk without even realizing it. As a result, bones become weak and can break from a minor fall or, in serious cases, even from simple actions, like sneezing or bumping into furniture. Breaking a bone is often the first clue that someone suffers from osteoporosis. The diagnosis of osteoporosis can be made using conventional radiography and by measuring the Bone Mineral Density (BMD). The most popular method of measuring BMD is Dual-Energy X-ray Absorptiometry (DXA). In conventional methods the measurement of bone does not give information about the bone quality but for the bone quantity. A non-invasive method that will have the ability to determine the bone quality is of interest. Such a method will contribute to the prediction or even the prevention of bone malfunction. In this study, two quality parameters, that are designed to contribute to improved diagnostic methods of osteoporosis, are determined. Those bone quality parameters are the Calcium/Phosphate (Ca/P) and Hydroxyapatite/Collagen (HAp/Col) ratios. The algorithm developed allows us to trace the spectral changes which take place when an x-ray beam passes through filters based on the Lambert and Beer’s law. A large number of filters were applied to spectra so as to obtain pseudo-monoenergetic spectra. The optimum energy pair would derive from two quasi-monoenergetic spectra with sufficient number of photons which will result in the minimization of the Coefficient of Variation (CV) of the aforementioned ratios. Dual Energy x-ray method is used in order to obtain this energy pair. Both Single and Double exposure techniques are used. / Η οστεοπόρωση είναι μια ασθένεια των οστών. Συχνά αποκαλείται ως η «αθόρυβη ασθένεια», καθώς κάποιος δεν αντιλαμβάνεται ότι νοσεί από αυτή. Σαν αποτέλεσμα της ασθένειας αυτής, τα οστά αδυνατίζουν και μπορεί να σπάσουν ακόμα και με ένα πολύ μικρό πέσιμο, ή ακόμα στις πιο σοβαρές περιπτώσεις, ακόμα και με ένα φτέρνισμα ή ένα χτύπημα στα έπιπλα. Η θραύση ενός οστού είναι το πρώτο σύμπτωμα της εμφάνισης της οστεοπόρωσης. Η διάγνωση της οστεοπόρωσης μπορεί να γίνει με τη συμβατική ακτινογραφία και μετρώντας την πυκνότητα των οστικών αλάτων (BMD). Η πιο διαδεδομένη μέθοδος μέτρησης του BMD είναι η DXA. Στην παρούσα μελέτη, υπολογίστηκαν δύο ποιοτικοί παράμετροι , ο λόγος ασβεστίου-φωσφόρου (Ca/P) και ο λόγος υδροξυαπατίτη- κολλαγόνου (HAp/Col). Πραγματοποιήθηκε αλγόριθμος στον οποίο έγινε χρήση διαφόρων φίλτρων έτσι ώστε να τροποποιηθούν τα φάσματα ακτίνων-Χ και να αποκτηθούν σχεδόν μονοενεργειακά φάσματα. Επιπλέον χρησιμοποιήθηκαν οι τεχνικές μονής και η διπλής έκθεσης.