CT-basierte Modellierung der Knochenmikroarchitektur und des Frakturrisikos bei COPD

Diese translationale Studie zielt darauf ab, ein für die chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD) spezifisches Frakturvorhersagemodell unter Verwendung der einzigartigen Computertomographie (CT)-basierten Bewertung der peripheren Knochenmikroarchitektur der Ermittler zu etablieren. Osteoporose, eine häufige Komorbidität bei Patienten mit COPD, beschleunigt Morbidität und Mortalität. Die Grundlage für diese Komorbidität ist kaum verstanden, daher die Notwendigkeit, den Zusammenhang zwischen COPD-bezogenen Faktoren und der Knochenmikroarchitektur und deren Zusammenhang mit dem Frakturrisiko zu charakterisieren. Mehrere COPD-bezogene Faktoren sind mit Osteoporose assoziiert. Verschiedene COPD-bedingte Ursachen des Knochenschwunds können kortikale und trabekuläre Knochenstrukturen ungleichmäßig mit unterschiedlichen mechanischen Folgen beeinflussen, was ein unterschiedliches COPD-assoziiertes Frakturrisiko bei Personen mit ähnlicher Knochenmineraldichte (BMD) widerspiegelt. Über diese Verknüpfung ist wenig bekannt, und das Ziel der Studie ist es, diese Wissenslücke mit einem klinisch geeigneten neuen CT-basierten Werkzeug zur Charakterisierung der Knochenmikroarchitektur an peripheren Stellen zu schließen. Insbesondere wird diese Studie (1) die Verallgemeinerbarkeit der Beurteilung der Knochenmikroarchitektur durch die Forscher aufzeigen, die auf aufkommende CT-Scanner mit niedriger Dosis und hoher Auflösung von verschiedenen Anbietern angewendet wird; (2) Bewertung seines Potenzials im Vergleich zur Dualenergie-Röntgen-Absorptiometrie (DXA), um häufige Frakturen zu erklären und Vorfälle von Frakturen bei Patienten mit COPD vorherzusagen; (3) die Auswirkungen verschiedener COPD-bezogener Faktoren auf die Knochenstrukturen und ihre Auswirkungen auf das Frakturrisiko zu quantifizieren; (4) COPD-Subtypen mit schneller Knochenstrukturdegeneration zu identifizieren; und (5) Entwicklung eines COPD-spezifischen Modells zur Bewertung des Frakturrisikos unter Verwendung patientenspezifischer Daten.

Die Studie nutzt (1) bestehende COPD-Patientenkohorten mit Lungencharakterisierung an der University of Iowa (UI) und der Columbia University (CU), die ein breites demografisches Spektrum repräsentieren; (2) Zugang zu neuen CT-Scannern an beiden Standorten; und (3) einzigartige Bildverarbeitungsmethoden zur Quantifizierung dreidimensionaler Knochenstrukturmetriken. Die Studie wird 550 Raucher mit und ohne COPD aus den UI- und CU-Kohorten der Studien COPDGene und SPIROMICS rekrutieren. Raucher ohne COPD bilden die Kontrollgruppe für die Studie. Bei Baseline- und 3-Jahres-Follow-up-Besuchen sammelt das Studienteam (1) Daten in Bezug auf Risikofaktoren; (2) ein seitlicher CT-Scout-Scan der Wirbelsäule zur Beurteilung von Wirbelfrakturen; (3) hochauflösende CT-Scans der Hüfte und des Knöchels zur Berechnung der Knochenstrukturmetriken; (4) Ganzkörper-, Wirbelsäulen- und Hüft-DXA-Scans zur Bewertung der Knochenmineraldichte und Körperzusammensetzung; und (5) DXA-Wirbelfrakturbeurteilung.

Diese Studie wird ein aufkommendes CT-basiertes, scannerunabhängiges, verallgemeinerbares Instrument zur Beurteilung der Knochenreaktion auf verschiedene therapeutische Interventionen etablieren, die darauf abzielen, den Knochenverlust zu verlangsamen oder umzukehren und möglicherweise die Knochenstruktur wiederherzustellen, was möglicherweise zu patientenspezifischeren Interventionen führt. Außerdem versucht diese Studie, die Beziehungen zwischen verschiedenen COPD-bezogenen Faktoren, Knochenstrukturveränderungen und deren Auswirkungen auf das Frakturrisiko zu erklären.

Schließlich wird ein COPD-spezifisches Modell zur Bewertung des Frakturrisikos entwickelt, das patientenspezifische demografische, klinische und radiografische Daten und CT-BMD an der Wirbelsäule sowie knochenstrukturelle Messungen an Hüfte und/oder Knöchel verwendet.