The objective of this study was to examine the link between radiographic measures of bone quality and total knee implant migration as measured by radiostereometric analysis (RSA). Two uncemented total knee arthroplasty studies (n=65) with RSA and bone mineral density (BMD) exams up to two years post surgery, and one study with cemented total knees with one year RSA data (n=18) were examined. Radiograph image texture analysis was used to characterize the bone microarchitecture, and a feasibility study was conducted to determine if a given x-ray machine could be used to obtain bone mineral density at the same time as the RSA exams. Random ForestTM ensemble classification tree statistical models classified patients into groups based on implant migration with a range of cut-points. Models based on bone texture parameters measured from the two year radiographs had a sensitivity of 87.5% and specificity of 80% when classifying patients who had more than 0.3mm maximum total point motion (MTPM) at two years using the one year exam as reference. Other cut-points were examined, with models generally having a lower specificity if the acceptable migration was smaller, and lower sensitivity if higher migrations were tolerable. In a predictive model, post-operative bone texture could be used to create a model with a sensitivity of 75% and a specificity of 80% when predicting those subjects with cemented implants who went on to more than 0.4mm total migration by one year. Bone mineral density of the proximal tibia, as determined by clinical scanners, was not found to increase the accuracy of implant migration group classification. An empirical fit to central regions of a purposed-built cross-wedge calibration phantom returned residuals of less than ±1.5% for the bone-equivalent thicknesses. The coefficient of variation of the region greyscale values in three images spread over three days is under 4%, showing the stability of the system to hold a calibration between phantom exams and patient scans. Scatter and dynamic range issues will need to be considered for an accurate calibration across the full range of areal bone mineral densities in the distal femur and proximal tibia.

Abstract The current benchmark for the assessment of fracture risk is the status of osteoporosis based on the measurement of bone mineral density (BMD) by dual-energy X-ray absorptiometry (DXA). However, DXA-based BMD has been shown to lack predictive ability for individual fracture risk. More than half of the hip fractures occur among people who are not classified as having osteoporosis. Osteoporosis (i.e. reduced bone mass) is only one risk factor for a fracture. In addition to bone mass, the mechanical strength of a bone is influenced by material and structural factors. However, we have limited information about the combined effects of BMD and bone structural properties in the evaluation of fracture risk, with regard to different types of hip fractures in particular. Therefore, this study investigated the radiograph-based structural factors of the upper femur for the assessment of bone mechanical competence and cervical and trochanteric hip fracture risk. The subjects of the clinical study comprised 74 postmenopausal women with non-pathologic cervical or trochanteric hip fracture and 40 age-matched controls. The impact of bone structure on the bone mechanical competence was studied using the experimental material of 140 cadaver femurs. The femora were mechanically tested in order to determine the failure load in a side impact configuration, simulating a sideways fall. In all study series, standard BMD measurements were performed, and the structural parameters of bone were determined from digitized plain radiographs. The present study showed that the large variation in the mechanical competence of bone is associated with the geometrical and architectural variation of bone. Moreover, the results strongly suggested that the etiopathology of different types of hip fractures significantly differs, and that fracture risk prediction should thus be performed separately for the cervical and trochanteric hip fractures. Furthermore, the study implied that the current clinical procedure can better be used for the assessment of the risk of trochanteric fracture, whereas cervical fracture is more strongly affected by the geometrical factors than by BMD. Finally, radiograph-based structural parameters of trabecular bone and bone geometry predicted in vitro failure loads of the proximal femur with a similar accuracy as DXA, when appropriate image analysis technology was used. Thus, the technology may be suitable for further development and application in clinical fracture risk assessment.

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Övervikt och fetma hos barn och ungdomar har blivit allt mer förekommande och prevalensen ökar dramatiskt över hela världen. Sedan raffinerade kolhydrater introducerades har även kariessjukdomen fått större utbredning. Då det finns gemensamma bakomliggande faktorer som påverkar både vikt och kariesprevalens vill vi i vår litteraturstudie undersöka om det finns något samband mellan body mass index (BMI) och kariesprevalens för barn och ungdomar. Efter sökningar i den medicinska databasen PubMed på artiklar från de senaste 5 åren fann vi oeniga resultat med jämn fördelning. Resultatet av litteraturstudien är att två av de undersökta studierna tyder på att det inte finns något samband mellan BMI och kariesprevalens, lika många anser att det finns en svag eller möjlig association, medan två studier ansåg att det fanns ett signifikant samband. Majoriteten av de undersökta studierna kan alltså inte se något signifikant samband mellan BMI och kariesprevalens. För att säkerställa ett samband eller ej krävs fler studier och en djupare analys av tillförlitligheten i respektive studie.

Die Dualenergie-Röntgenabsorptiometrie (DEXA, Dual Energy X-Ray Absorptiometry) ist ein in der Humanmedizin und Teilen der Veterinärmedizin etabliertes Verfahren zur Untersuchung der Knochenmineraldichte, des Knochenmineralgehaltes und der Körperzusammensetzung. Für das Pferd existieren bisher lediglich vereinzelte Studien zur Untersuchung des Knochens mittels der DEXA-Methode, welche allesamt auf nur sehr geringen Versuchstierzahlen beruhen. Ziel dieser Arbeit war es daher die DEXA-Methode für die Untersuchung am Pferd zu validieren. Hierfür wurden die Röhrbeine von 103 Schlachtpferden mittels des Densitometers PIXI LUNAR®, welches aus der Humanmedizin stammt und dort zur Untersuchung des Unterarmes dient, untersucht und die densitometrische Knochenmineraldichte (BMD) und der densitometrische Knochenmineralstoffgehalt (BMC) ermittelt. Als Messpunkt wurde standar-disiert die Mitte zwischen der Basis und dem Caput des Os metacarpale tertium bzw. des Os metatarsale tertium gewählt. Im Anschluss an die densitometrische Messung wurde als Referenzverfahren eine chemische Analyse durchgeführt, in welcher der Rohasche- sowie der Calcium- Phosphor- und Magnesiumgehalt der Röhrbeine bestimmt wurden. Die Angabe der Ergebnisse erfolgt als Median und 25-/75-Perzentil. Der Rohaschegehalt lag im Mittel über alle Röhrbeine bei 698 (69,1 - 70,3) g/kg TS. Für die Mineralstoffe konnten folgende Gehalte ermittelt werden: Calcium 265 (259 - 272) g/kg TS, Phosphor 123 (121 - 126) g/kg TS und Magnesium 2,40 (2,19 - 2,66) g/kg TS. Das Calcium-Phosphor-Verhältnis lag in einem Bereich von 2,14 - 2,18. Die Resultate der DEXA-Methode werden neben dem Mineralstoffgehalt auch vom Knochenumfang beeinflusst, so dass die folgenden Ergebnisse für die Vorder- und Hintergliedmaße (VGM, HGM) separat dargestellt werden: BMD: VGM 3,22 (2,80 - 3,65) g/cm², HGM 4,21 (3,76 - 4,65) g/cm²; BMC: VGM 26,5 (22,8 - 30,1) g, HGM 32,9 (29,0 - 36,3) g. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Reproduzierbarkeitsstudien durchgeführt, bei denen für die BMD bei der Reproduzierbarkeit ohne Reposition Abweichungen in einem Bereich von 1,06 - 1,85 % und mit Reposition in einem Bereich von 3,51 - 4,48 % gefunden wurden. Für die BMC lag die Abweichung für die Reproduzierbarkeit ohne Reposition in einem Bereich von 1,28 - 2,79 % und mit Reposition schwankte sie zwischen 3,38 und 3,94 %. Um für den Einsatz der DEXA-Methode bei Verlaufsuntersuchungen den Einfluss der exakten Messlokalisation zu eruieren, wurden Messungen in einem Abstand von ein, zwei und drei Zentimetern proximal und distal des ursprünglichen Messpunktes vorgenommen. Die Ergeb-nisse dieser Studie wichen für die BMD um 3,53 - 9,16 % und für den BMC um 4,21 - 12,5 % von den Ergebnissen des zentralen Messpunktes in der Mitte der Diaphyse ab. Diese Abweichung liegt innerhalb der 25-/75-Perzentile der Messergebnisse des zentralen Messpunktes. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie führen zu dem Schluss, dass es möglich ist die Knochenmineraldichte und den Knochenmineralgehalt des Röhrbeines des Pferdes mittels der DEXA-Methode zu ermitteln. Die guten Ergebnisse der Reproduzierbarkeitsstudien und der Abstandsmessungen vom zentralen Messpunkt legen die Durchführbarkeit am stehenden, sedierten Pferd nahe. Bei der DEXA-Methode wird ein Knochenabschnitt mit einem sehr hohen Kortikalisanteil erfasst, welcher auf Einflüsse, wie beispielsweise Training oder Ruhigstellung mit einer Veränderung des Knochenumfanges bei gleichbleibenden Mineralstoffkonzentrationen reagiert. Diese Eigenschaft führt zu einem geringen Zusammenhang zwischen der DEXA-Methode und der chemischen Analyse, so dass sich die Ergebnisse der beiden Messverfahren zwar gut in den Kontext anderer Studien einfügen, der direkte Vergleich der beiden Methoden jedoch nicht möglich ist. / DXA (dual energy X-ray absorptiometry) is an established method for the measurement of bone mineral density (BMD), bone mineral content (BMC) and whole body composition in human and partly in veterinary medicine. However, there are only a small number of studies that examine the bone in horses using DXA. All these studies are based on small samples. Therefore, the objective of this study was to validate the use of DXA for the measurement of BMD and BMC in the horse. In total the cannons of 103 horses were scanned ex vivo, using the PIXI LUNAR® densitometer. In human medicine this densitometer is used for the exami-nation of the forearm. The measuring point was the exact middle between basis and caput of the third metacarpal/metatarsal bone. In a second step the DXA measurements were complemented with a chemical analysis, analyzing the ash content, calcium, phosphorus and magnesium content of the bones. The results are presented as median and 25-/75-percentile. The average ash content of the cannon bones was 698 (691 - 703) g/kg DM. The average mineral content was measured in the following order: calcium 265 (259 - 272) g/kg DM, phosphorus 123 (121 - 126) g/kg DM und magnesium 2.44 (2.19 - 2.66) g/kg DM. The ratio of calcium to phosphorus ranged from 2.14 to 2.18. The DXA results are influenced not only by the bone´s mineral content, but also by its diameter. Because of this the results are separated into the results of the forelimb (fl) and the hindlimb (hl) which generates the following results: BMD: fl 3.22 (2.80 - 3.65) g/cm², hl 4.21 (3.76 - 4.65) g/cm²; BMC: fl 26.5 (22.8 - 30.1) g, hl 32.9 (29.0 - 36.3) g. Several robustness checks of the measurements were conducted. For the BMD measurements, the range of measurements diverged by 3.51-4.48 % for measurements with limb repositioning, and by 1.06-1.85 % for measurements without limb repositioning. For the BMC measurements, the range of measurements diverged by 3.38-3.94 % for measurements with limb repositioning, and by 1.28-2.79 for measurements without limb repositioning. To determine the importance of the exact bone position for follow-up investigations, measurements in a distance of one, two and three centimeters proximal and distal of the original measuring point were performed. The results of these measurements deviated from the result of the central measuring point at the centre of the diaphysis in a range of 3.53 – 9.16 % for BMD and a range of 4.21 – 12.5 % for BMC. This variation falls within the percentiles of the central measuring point. Overall, the results of this study indicate that DXA is useable for determining BMD and BMC at the third metacarpal/metatarsal bone of the horse. The high reproducibility of the results and the distance measurements suggest that DXA is suitable for measurements at the standing, tranquilized horse. However, the cannon bone is a bone with a high content of cortical bone. This means that the diameter of the bone changes as a result of training or immobilization, while the BMD and BMC remain unchanged by such influence. This leads to a weak correlation between the results from the DXA and chemical analyses. Thus, while these two types of analysis fit well into the context of prior studies, a direct comparison between these measurements is not possible.

Abstract Today, the diagnosis of osteoporosis and assessment of fracture risk is based on estimation of bone mineral density (BMD) determined by dual-energy X-ray absorptiometry (DXA). A lack has been shown in the prediction of individual fracture risk using DXA-based BMD (BMDDXA). Digital radiography (DR) has eased the application of dual-energy techniques for separating bone and soft tissue, but the direct application of dual-energy digital radiography (DEDR) to determine BMD has not been investigated. Additionally, with BMD and bone mass, bone geometry affects strongly the mechanical strength of bone. Geometrical parameters can also be determined from the DR images. This study aimed to investigate the ability of DEDR to determine BMD and whether the combination of DEDR-based BMD and geometry improves the prediction of maximal load. Fracture and osteoporosis diagnoses could thus be done with one examination, i.e. with DEDR, whereas in the current routine both DR imaging and DXA examination are needed for diagnoses. Reindeer femora were imaged by DR with two different energies (79 and 100 kVp). The different geometrical parameters were also determined from the 79 kVp images. The BMD measured by DEDR (BMDDEDR) were calculated using the calculation principle of DXA. The ability of BMDDEDR to predict BMDDXA was investigated. The femora were mechanically tested in an axial loading configuration with the shaft in a vertical position to determine mechanical parameters. The best combination of BMDDEDR and geometrical parameters to predict bone maximal load was explored. BMDDXA was used for comparison. Significant moderate to high linear correlations were observed in all regions of the upper femur (femoral neck, Ward’s triangle, trochanter and inter-trochanter) between BMDDEDR and BMDDXA. BMDDEDR of the femoral neck and BMDDXA of the femoral neck predicted maximal load similarly. The best combination of parameters to predict maximal load was BMDDEDR at Ward’s triangle, femoral shaft diameter (FSD) and femoral shaft axis length (FNAL) (r = 0.79, p < 0.05). The study shows that DEDR is a suitable method to determine BMD in vitro and the combination of BMD and geometry improves the prediction of bone maximal load when compared to BMDDEDR of femoral neck or trochanter only. The thesis also includes unpublished data from a preliminary human study. / Tiivistelmä Osteoporoosin diagnosointi ja murtumariskin määrittäminen perustuvat kaksienergisellä röntgenabsorptiometrialla (DXA) mitattavaan luun mineraalitiheyden (BMD) arviointiin. DXA:lla määritetyn luun mineraalitiheyden (BMDDXA) on kuitenkin osoitettu olevan puutteellinen murtumariskin yksilöllisessä ennustamisessa. Digitaalinen röntgenkuvaus (DR) on helpottanut sellaisten kaksienergisten tekniikoiden toteuttamista, joissa luu ja pehmytkudos on eroteltu toisistaan. Kaksienergisen digitaalisen röntgenkuvausmenetelmän (DEDR) soveltamista BMD:n määrittämiseen ei ole tutkittu. BMD:n ja luun massan lisäksi on luun geometrialla vahva vaikutus luun mekaaniseen lujuuteen. Geometriset parametrit voidaan määrittää niin ikään digitaalisista röntgenkuvista. Tässä työssä tutkittiin, pystytäänkö DEDR:llä määrittämään BMD sekä parantaako DEDR:llä mitattujen BMD:n ja geometrian yhdistelmä luun maksimikuormituksen ennustetta. Näin ollen murtuma- ja osteoporoosidiagnoosit voitaisiin tehdä yhdellä tutkimuksella (DEDR), kun nykyisin diagnoosit vaativat sekä digitaalisen röntgenkuvauksen että DXA-tutkimuksen. Poron reisiluut kuvattiin digitaalisen röntgenlaitteen kahdella eri kuvausjännitteellä (79 ja 100 kVp). 79 kVp -kuvista määritettiin myös erilaiset geometriaparametrit. BMD laskettiin DEDR-kuvista (BMDDEDR) DXA:n laskentaperiaatetta käyttäen. BMDDEDR:n kyky ennustaa BMDDXA:a tutkittiin. Maksimikuormituksen selvittämiseksi reisiluut testattiin mekaanisesti aksiaalisuunnassa varren ollessa pystysuorassa asennossa. BMDDEDR- ja geometriaparametreista määritettiin paras yhdistelmä maksimikuorman ennustamiseen. BMDDXA-arvoja käytettiin analysoinnissa vertailun vuoksi. BMDDEDR- ja BMDDXA-arvojen välillä havaittiin merkitsevä keskinkertainen tai korkea korrelaatio kaikissa mielenkiintoalueissa (reisiluun kaula, Wardin kolmio, sarvennoisen alue ja reisiluun varren alue). Wardin kolmiosta mitatun BMD:n (WABMDDEDR), reisiluun varren halkaisijan (FSD) ja reisiluun kaulan kautta kulkevan akselin (FNAL) yhdistelmä ennusti parhaiten luun haurautta (r = 0.79, p < 0.05). Tutkimus osoittaa, että DEDR on sopiva menetelmä BMD:n määrittämiseen tutkimusolosuhteissa ja että BMD:n ja geometrian yhdistelmä parantaa maksimikuormituksen ennustetta pelkästään reisiluun kaulasta tai sarvennoisesta mitattuun BMDDEDR:iin verrattuna. Väitöskirja sisältää myös julkaisemattomia tuloksia alustavista ihmistutkimuksista.

Orientador: Henrique Luiz Monteiro / Resumo: A avaliação da composição corporal é um recurso utilizado para a detecção, prevenção e tratamento de doenças relacionadas às alterações no padrão e distribuição dos tecidos corporais. Osteopenia/osteoporose, sarcopenia e obesidade se sobrepõem, criando combinação de outros distúrbios teciduais, sendo a obesidade osteosarcopênica a mais multifacetada. A prática de atividade física pode prevenir/tratar diversas doenças metabólicas e intervir positivamente na capacidade funcional de adultos e idosos. Entretanto, há poucos estudos de intervenção para a população diagnosticada com obesidade sarcopênica ou osteosarcopênica e o uso e aplicação das informações que são disponibilizadas pelo raio-X de dupla energia (DEXA) ainda permanecem bem pouco exploradas. Objetivo: analisar os componentes da composição corporal e explorar a associação entre sarcopenia, obesidade e osteoporose e hábitos de atividades físicas de homens e mulheres, em tratamento na atenção básica em saúde. Explorar as informações que o DEXA disponibiliza e o comportamento de indicadores para predição da obesidade, sarcopenia e suas combinações. Metodologia: estudo transversal com pacientes de 50 anos ou mais, usuários da atenção básica em saúde do município de Bauru-SP. Para a análise da composição corporal foi utilizado DEXA. Entrevistas sobre as características dos pacientes, atividade física habitual, poder aquisitivo, escolaridade, tabagismo e consumo de álcool foram realizadas. Resultados: os 206 pacientes avali... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Body composition is a resource used for the detection, prevention and treatment of diseases related to changes in the pattern and distribution of body tissues. Osteopenia / osteoporosis, sarcopenia and obesity overlap, creating a combination of other tissue disorders, with osteosarcopenic obesity being the most multifaceted. The practice of physical activity can prevent / treat several metabolic diseases and intervene positively in the functional capacity of adults and the elderly. However, there are few intervention studies for the population diagnosed with sarcopenic or osteosarcopenic obesity, and the use and application of the information provided by dual energy X-ray (DXA) remains poorly explored. Aim: to analyze the components of body composition and explore the association between sarcopenia, obesity and osteoporosis and physical activity habits of men and women, being treated in basic health care. Explore the information that DXA provides and the behavior of indicators for predicting obesity, sarcopenia and their combinations. Methodology: cross-sectional study with patients aged 50 years or older, users of primary health care in the city of Bauru-SP. For body composition analysis, DXA was used. Interviews about patient characteristics, habitual physical activity, purchasing power, schooling, smoking and alcohol consumption were performed. Results: The 206 patients evaluated presented 66.9 + 7 years old, with a predominance of females (81.6%). The prevalence of two or... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Die Dualenergie-Röntgenabsorptiometrie (DEXA, Dual Energy X-Ray Absorptiometry) ist ein in der Humanmedizin und Teilen der Veterinärmedizin etabliertes Verfahren zur Untersuchung der Knochenmineraldichte, des Knochenmineralgehaltes und der Körperzusammensetzung. Für das Pferd existieren bisher lediglich vereinzelte Studien zur Untersuchung des Knochens mittels der DEXA-Methode, welche allesamt auf nur sehr geringen Versuchstierzahlen beruhen. Ziel dieser Arbeit war es daher die DEXA-Methode für die Untersuchung am Pferd zu validieren. Hierfür wurden die Röhrbeine von 103 Schlachtpferden mittels des Densitometers PIXI LUNAR®, welches aus der Humanmedizin stammt und dort zur Untersuchung des Unterarmes dient, untersucht und die densitometrische Knochenmineraldichte (BMD) und der densitometrische Knochenmineralstoffgehalt (BMC) ermittelt. Als Messpunkt wurde standar-disiert die Mitte zwischen der Basis und dem Caput des Os metacarpale tertium bzw. des Os metatarsale tertium gewählt. Im Anschluss an die densitometrische Messung wurde als Referenzverfahren eine chemische Analyse durchgeführt, in welcher der Rohasche- sowie der Calcium- Phosphor- und Magnesiumgehalt der Röhrbeine bestimmt wurden. Die Angabe der Ergebnisse erfolgt als Median und 25-/75-Perzentil. Der Rohaschegehalt lag im Mittel über alle Röhrbeine bei 698 (69,1 - 70,3) g/kg TS. Für die Mineralstoffe konnten folgende Gehalte ermittelt werden: Calcium 265 (259 - 272) g/kg TS, Phosphor 123 (121 - 126) g/kg TS und Magnesium 2,40 (2,19 - 2,66) g/kg TS. Das Calcium-Phosphor-Verhältnis lag in einem Bereich von 2,14 - 2,18. Die Resultate der DEXA-Methode werden neben dem Mineralstoffgehalt auch vom Knochenumfang beeinflusst, so dass die folgenden Ergebnisse für die Vorder- und Hintergliedmaße (VGM, HGM) separat dargestellt werden: BMD: VGM 3,22 (2,80 - 3,65) g/cm², HGM 4,21 (3,76 - 4,65) g/cm²; BMC: VGM 26,5 (22,8 - 30,1) g, HGM 32,9 (29,0 - 36,3) g. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Reproduzierbarkeitsstudien durchgeführt, bei denen für die BMD bei der Reproduzierbarkeit ohne Reposition Abweichungen in einem Bereich von 1,06 - 1,85 % und mit Reposition in einem Bereich von 3,51 - 4,48 % gefunden wurden. Für die BMC lag die Abweichung für die Reproduzierbarkeit ohne Reposition in einem Bereich von 1,28 - 2,79 % und mit Reposition schwankte sie zwischen 3,38 und 3,94 %. Um für den Einsatz der DEXA-Methode bei Verlaufsuntersuchungen den Einfluss der exakten Messlokalisation zu eruieren, wurden Messungen in einem Abstand von ein, zwei und drei Zentimetern proximal und distal des ursprünglichen Messpunktes vorgenommen. Die Ergeb-nisse dieser Studie wichen für die BMD um 3,53 - 9,16 % und für den BMC um 4,21 - 12,5 % von den Ergebnissen des zentralen Messpunktes in der Mitte der Diaphyse ab. Diese Abweichung liegt innerhalb der 25-/75-Perzentile der Messergebnisse des zentralen Messpunktes. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie führen zu dem Schluss, dass es möglich ist die Knochenmineraldichte und den Knochenmineralgehalt des Röhrbeines des Pferdes mittels der DEXA-Methode zu ermitteln. Die guten Ergebnisse der Reproduzierbarkeitsstudien und der Abstandsmessungen vom zentralen Messpunkt legen die Durchführbarkeit am stehenden, sedierten Pferd nahe. Bei der DEXA-Methode wird ein Knochenabschnitt mit einem sehr hohen Kortikalisanteil erfasst, welcher auf Einflüsse, wie beispielsweise Training oder Ruhigstellung mit einer Veränderung des Knochenumfanges bei gleichbleibenden Mineralstoffkonzentrationen reagiert. Diese Eigenschaft führt zu einem geringen Zusammenhang zwischen der DEXA-Methode und der chemischen Analyse, so dass sich die Ergebnisse der beiden Messverfahren zwar gut in den Kontext anderer Studien einfügen, der direkte Vergleich der beiden Methoden jedoch nicht möglich ist.:1 Einleitung 2 Literaturübersicht 2.1 Das Röhrbein des Pferdes 2.1.1 Knochenaufbau 2.1.2 Knochenzusammensetzung 2.1.3 Knochenbildung 2.1.4 Knochenumbau 2.1.5 Einfluss des Alters auf den Knochen 2.1.6 Unterschiede zwischen und innerhalb der Gliedmaßen 2.1.7 Einfluss des Geschlechtes auf den Knochen 2.1.8 Einfluss von Haltung auf den Knochen 2.1.9 Einfluss von Belastung/Training auf den Knochen 2.1.10 Einfluss der Ernährung auf den Knochen 2.2 DEXA-Methode 2.3 Einsatz der DEXA-Methode in der Humanmedizin 2.4 Nicht-medizinische Einsatzgebiete der DEXA-Methode 2.5 Einsatz der DEXA-Methode in der Veterinärmedizin 2.5.1 Anwendung der DEXA-Methode bei Maus und Ratte 2.5.2 Anwendung der DEXA-Methode beim Geflügel 2.5.3 Anwendung der DEXA-Methode bei Hund und Katze 2.5.4 Anwendung der DEXA-Methode beim Schwein 2.5.5 Anwendung der DEXA-Methode beim Rind 2.6 Einsatz der DEXA-Methode beim Pferd 2.7 Weitere Methoden der Osteodensitometrie 2.7.1 In-vivo-Methoden 2.7.2 In-vitro-Methoden 3 Tiere, Material und Methoden 3.1 Tiere und Material 3.1.1 Tiere 3.1.2 Probenentnahme und –aufbewahrung 3.2 Methoden 3.2.1 Physikalische Grundlagen der DEXA-Methode 3.2.2 Dichtebestimmung mittels DEXA 3.2.3 Chemische Knochenanalyse 3.3 Statistische Auswertung 3.4 Darstellung der Ergebnisse 4 Ergebnisse 4.1 Ergebnisse der chemischen Analyse 4.1.1 volumetrische Knochendichte, Rohasche-, Calcium-, Magnesium- und Phoshorgehalte im Gliedmaßenvergleich (Angabe in Median und 25-/75-Perzentil) 4.1.2 Einfluss des Alters auf den Rohasche-, Calcium-, Magnesium- und Phosphorgehalt im Röhrbein (Angabe in Median und 25-/75-Perzentil) 4.1.3 Einfluss der Rasse auf den Rohasche-, Calcium-, Magnesium- und Phosphorgehalt im Röhrbein (Angabe in Median und 25-/75-Perzentil) 4.1.4 Einfluss des Geschlechtes auf den Rohasche-, Calcium-, Magnesium- und Phosphorgehalt im Röhrbein (Angabe in Median und 25-/75-Perzentil) 4.2 Ergebnisse der DEXA-Methode 4.2.1 Abweichung vom zentralen Messpunkt 4.2.2 Reproduzierbarkeit 4.3 Vergleich der Densitometrie mit der chemischen Analyse 5 Diskussion 5.1 Kritik der Methoden 5.1.1 Versuchspferde 5.1.2 DEXA-Methode 5.2 Diskussion der Ergebnisse 5.3 Schlussbetrachtung 6 Zusammenfassung 7 Summary 8 Literaturverzeichnis 9 Tabellenanhang 10 Danksagung / DXA (dual energy X-ray absorptiometry) is an established method for the measurement of bone mineral density (BMD), bone mineral content (BMC) and whole body composition in human and partly in veterinary medicine. However, there are only a small number of studies that examine the bone in horses using DXA. All these studies are based on small samples. Therefore, the objective of this study was to validate the use of DXA for the measurement of BMD and BMC in the horse. In total the cannons of 103 horses were scanned ex vivo, using the PIXI LUNAR® densitometer. In human medicine this densitometer is used for the exami-nation of the forearm. The measuring point was the exact middle between basis and caput of the third metacarpal/metatarsal bone. In a second step the DXA measurements were complemented with a chemical analysis, analyzing the ash content, calcium, phosphorus and magnesium content of the bones. The results are presented as median and 25-/75-percentile. The average ash content of the cannon bones was 698 (691 - 703) g/kg DM. The average mineral content was measured in the following order: calcium 265 (259 - 272) g/kg DM, phosphorus 123 (121 - 126) g/kg DM und magnesium 2.44 (2.19 - 2.66) g/kg DM. The ratio of calcium to phosphorus ranged from 2.14 to 2.18. The DXA results are influenced not only by the bone´s mineral content, but also by its diameter. Because of this the results are separated into the results of the forelimb (fl) and the hindlimb (hl) which generates the following results: BMD: fl 3.22 (2.80 - 3.65) g/cm², hl 4.21 (3.76 - 4.65) g/cm²; BMC: fl 26.5 (22.8 - 30.1) g, hl 32.9 (29.0 - 36.3) g. Several robustness checks of the measurements were conducted. For the BMD measurements, the range of measurements diverged by 3.51-4.48 % for measurements with limb repositioning, and by 1.06-1.85 % for measurements without limb repositioning. For the BMC measurements, the range of measurements diverged by 3.38-3.94 % for measurements with limb repositioning, and by 1.28-2.79 for measurements without limb repositioning. To determine the importance of the exact bone position for follow-up investigations, measurements in a distance of one, two and three centimeters proximal and distal of the original measuring point were performed. The results of these measurements deviated from the result of the central measuring point at the centre of the diaphysis in a range of 3.53 – 9.16 % for BMD and a range of 4.21 – 12.5 % for BMC. This variation falls within the percentiles of the central measuring point. Overall, the results of this study indicate that DXA is useable for determining BMD and BMC at the third metacarpal/metatarsal bone of the horse. The high reproducibility of the results and the distance measurements suggest that DXA is suitable for measurements at the standing, tranquilized horse. However, the cannon bone is a bone with a high content of cortical bone. This means that the diameter of the bone changes as a result of training or immobilization, while the BMD and BMC remain unchanged by such influence. This leads to a weak correlation between the results from the DXA and chemical analyses. Thus, while these two types of analysis fit well into the context of prior studies, a direct comparison between these measurements is not possible.:1 Einleitung 2 Literaturübersicht 2.1 Das Röhrbein des Pferdes 2.1.1 Knochenaufbau 2.1.2 Knochenzusammensetzung 2.1.3 Knochenbildung 2.1.4 Knochenumbau 2.1.5 Einfluss des Alters auf den Knochen 2.1.6 Unterschiede zwischen und innerhalb der Gliedmaßen 2.1.7 Einfluss des Geschlechtes auf den Knochen 2.1.8 Einfluss von Haltung auf den Knochen 2.1.9 Einfluss von Belastung/Training auf den Knochen 2.1.10 Einfluss der Ernährung auf den Knochen 2.2 DEXA-Methode 2.3 Einsatz der DEXA-Methode in der Humanmedizin 2.4 Nicht-medizinische Einsatzgebiete der DEXA-Methode 2.5 Einsatz der DEXA-Methode in der Veterinärmedizin 2.5.1 Anwendung der DEXA-Methode bei Maus und Ratte 2.5.2 Anwendung der DEXA-Methode beim Geflügel 2.5.3 Anwendung der DEXA-Methode bei Hund und Katze 2.5.4 Anwendung der DEXA-Methode beim Schwein 2.5.5 Anwendung der DEXA-Methode beim Rind 2.6 Einsatz der DEXA-Methode beim Pferd 2.7 Weitere Methoden der Osteodensitometrie 2.7.1 In-vivo-Methoden 2.7.2 In-vitro-Methoden 3 Tiere, Material und Methoden 3.1 Tiere und Material 3.1.1 Tiere 3.1.2 Probenentnahme und –aufbewahrung 3.2 Methoden 3.2.1 Physikalische Grundlagen der DEXA-Methode 3.2.2 Dichtebestimmung mittels DEXA 3.2.3 Chemische Knochenanalyse 3.3 Statistische Auswertung 3.4 Darstellung der Ergebnisse 4 Ergebnisse 4.1 Ergebnisse der chemischen Analyse 4.1.1 volumetrische Knochendichte, Rohasche-, Calcium-, Magnesium- und Phoshorgehalte im Gliedmaßenvergleich (Angabe in Median und 25-/75-Perzentil) 4.1.2 Einfluss des Alters auf den Rohasche-, Calcium-, Magnesium- und Phosphorgehalt im Röhrbein (Angabe in Median und 25-/75-Perzentil) 4.1.3 Einfluss der Rasse auf den Rohasche-, Calcium-, Magnesium- und Phosphorgehalt im Röhrbein (Angabe in Median und 25-/75-Perzentil) 4.1.4 Einfluss des Geschlechtes auf den Rohasche-, Calcium-, Magnesium- und Phosphorgehalt im Röhrbein (Angabe in Median und 25-/75-Perzentil) 4.2 Ergebnisse der DEXA-Methode 4.2.1 Abweichung vom zentralen Messpunkt 4.2.2 Reproduzierbarkeit 4.3 Vergleich der Densitometrie mit der chemischen Analyse 5 Diskussion 5.1 Kritik der Methoden 5.1.1 Versuchspferde 5.1.2 DEXA-Methode 5.2 Diskussion der Ergebnisse 5.3 Schlussbetrachtung 6 Zusammenfassung 7 Summary 8 Literaturverzeichnis 9 Tabellenanhang 10 Danksagung

Approximately 23% of Canadians over the age of 65 are considered frail, with that number predicted to increase up to 40% for the population over the age of 85. Frailty is a geriatric syndrome defined by the natural decline in muscle mass and function caused by the natural aging process. When developing to an excessive degree, frailty may present as a disease state, which is recognized as sarcopenia. The exact definition of sarcopenia relies on the presence of low muscle mass, strength, and/or function, but quantitative cut-off values are still a topic of debate. Understanding how biomarkers measured via diagnostic imaging such as magnetic resonance imaging (MRI) and dual-energy x-ray absorptiometry (DXA) describe skeletal muscle can allow doctors to develop a profile of sarcopenia and define predictors to aide in preventative therapy. 4 male and 9 female (mean age = 78 ± 6.5 years) participants from a frailty study underwent full-body DXA and had their dominant thigh scanned using a 3.0T MRI. DXA-derived appendicular lean mass (ALM) and MRI-derived cross-sectional area (CSA), fat fraction (FF), T2 relaxation (T2), magnetization transfer ratio (MTR), fractional anisotropy (FA) and mean diffusivity (MD) from 4 muscle groups at the mid-thigh were defined as muscle biomarkers. Pearson's correlation was calculated to identify relationships between biomarkers and a Wilcoxon rank-sum test was performed to assess the agreement of low-muscle mass characterization between ALM normalized by height (ALMI), ALM normalized by BMI (ALM/BMI), and the gold standard MRI cross-sectional area. Strong positive correlations between muscle quantity biomarkers such as ALMI and CSA were recognized within the quadriceps (p=0.0095), adductors (p=0.035), and sartorius (p=0.00065) muscles while muscle quality biomarkers such as FF and T2 showed significant positive correlation within the quadriceps (p=3.58*10^-5) and the hamstring (p=0.0042) muscles. Finally, ALM/BMI displayed a much stronger agreement in muscle mass quantification with the gold-standard of MRI-CSA over the more commonly researched ALMI from DXA. The main purpose of this study was to collate a vast array of skeletal muscle biomarkers obtained using DXA and MRI on a frail population, and show that significant correlations can be recognized from a single MRI-slice located at the mid-thigh. Additionally, this study recognized the potential of ALM/BMI as the DXA-derived biomarker of choice in muscle mass assessment of frailty. / Thesis / Master of Applied Science (MASc) / A person is diagnosed with sarcopenia when they present symptoms of low muscle mass, strength, and/or function. Defining these three criteria with objective measures has been long debated by researchers and clinicians alike. By understanding how different properties, or biomarkers, of skeletal muscle relate to one another and change as a person becomes more frail, we hope to better understand sarcopenia and identify the best measures to classify someone as sarcopenic. Being able to accurately diagnose someone as sarcopenic early allows for more effective treatment of this muscle disease. In this study, non-invasive magnetic resonance imaging (MRI) and dual energy x-ray absorptiometry (DXA) were used to measure many different biomarkers of skeletal muscle at the mid-thigh. Through characterizing these measures of muscle quality and quantity between different imaging techniques this study aimed to recognize which imaging techniques, and more specifically biomarkers, can best distinguish between a person who is sarcopenic and one who is non-sarcopenic.