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Does the bone mineral density measured on a preoperative CT scan before total hip arthroplasty reflect the bone's mechanical properties? - 01/02/23

Doi : 10.1016/j.otsr.2022.103348 
Nicolas Gaujac a, Elhadi Sariali a, , Quentin Grimal b
a Department of Orthopaedic Surgery, Hôpital La Pitié Salpétrière, 47-83, boulevard de l’Hôpital, 75013 Paris, France 
b Sorbonne Université, INSERM, CNRS, Laboratoire d’Imagerie Biomédicale, LIB, 15, rue de l’Ecole de Médecine, 75006 Paris, France 

Corresponding author.

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Abstract

Introduction

No method exists to quantify the bone quality and factors that will ensure osteointegration of total hip arthroplasty (THA) implants. A preoperative CT scan can be used to evaluate the bone mineral density (BMD) when planning a THA procedure. The aim of this study was to validate BMD measurement as a marker of bone quality based on a preoperative CT scan.

Hypothesis

BMD reflects the bone's mechanical properties for the purposes of preoperative THA planning.

Methods

Patients who underwent primary THA for hip osteoarthritis or dysplasia with cementless implants and 3D preoperative plan were enrolled prospectively. The cortical BMD was calculated on CT scans used in the preoperative planning process. During the surgical procedure, the femoral head and neck were collected. These bone samples were subsequently scanned with a calibrated micro-CT scanner. The BMD was derived from the micro-CT scan and used as input for a finite element model to determine the bone's mechanical properties. Correlations between BMD, apparent moduli of elasticity and porosity were calculated.

Results

The values of cortical BMD measured on the micro-CT and CT scan were significantly correlated (cc=0.52). The mean angular cortical BMD measured with the micro-CT scan was 1472.33mg/cm3 (SD: 357.53mg/cm3, 980.64–2830.6mg/cm3). There was no significant correlation between cortical BMD and the various apparent moduli of elasticity, except for Eyy and Gzy. Cortical BMD and porosity were inversely correlated with a Spearman coefficient of −0.41 (CI95: [−0.71; −0.02], p=0.03). There was also an inverse correlation between the apparent moduli of elasticity (independent of their orientation) and porosity (p<0.01).

Discussion

BMD provides information about porosity, which is a major factor when evaluating the bone's mechanical properties before THA.

Level of evidence

IV.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : BMD, Bone quality, Total hip arthroplasty, microct, Mechanical properties


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Vol 109 - N° 1

Article 103348- février 2023 Retour au numéro
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  • Correlation between shape-closed femoral stem design and bone cement implantation syndrome in osteoporotic elderly femoral neck fracture undergoing cemented hip arthroplasty: A retrospective case-control study in 128 patients
  • Kulapat Chulsomlee, Sasichol Prukviwat, Panithan Tuntiyatorn, Satetha Vasaruchapong, Noratep Kulachote, Norachart Sirisreetreerux, Thiraphat Tanphiriyakun, Pongsthorn Chanplakorn, Paphon Sa-ngasoongsong
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