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Quantitative Ultrasound Assessment of Cortical Bone Properties Beyond Bone Mineral Density - 28/01/19

Doi : 10.1016/j.irbm.2018.10.006 
Q. Grimal , P. Laugier
 Sorbonne Université, INSERM, CNRS, Laboratoire d'Imagerie Biomédicale, LIB, F-75006 Paris, France 

Corresponding author.

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Abstract

The development of quantitative ultrasound (QUS) technologies to measure bone is motivated by the need to overcome the limitations of X-ray based methods, measuring bone mineral density (BMD) which is the gold standard to date for the diagnosis of osteoporosis. Because it uses mechanical waves, the ultrasound modality is a particularly relevant means to probe bone mechanical resistance. The vast majority of QUS technologies commercialized to date merely aim to provide surrogate markers for BMD. During the past decade, innovative QUS approaches have emerged to assess bone beyond BMD. This may be achieved by (1) specifically assessing the cortical bone compartment, independently of trabecular bone, and (2) providing intrinsic bone properties such as cortical bone thickness and material properties. One specific motivation is to estimate intracortical porosity, a quantity reflected in material properties. This article aims at an overview of recent QUS developments to measure cortical bone properties. We also draw a picture of the current knowledge on bone material properties of interest for bone QUS. We discuss the potential of ultrasound to provide novel biomarkers of bone health through the assessment of material properties.

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Graphical abstract

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Highlights

Bone fragility assessment would benefit from an accurate evaluation of cortical bone.
Innovative QUS technologies aim to measure intrinsic properties of cortical bone.
Available technologies measure bone thickness and bulk wave velocities.
Intracortical porosity, a fingerprint of remodeling, can be deduced from material properties.
Ex vivo documentation of material properties of pathological bone tissues is lacking.

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Keywords : Ultrasound, Cortical bone, Elasticity, Porosity, Thickness, Imaging, Velocity


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Vol 40 - N° 1

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