Chronobiological Characterstics of the Projection- Mineral Density Repeatability Error Oscillations Determined by Dexa Method in Gruen Regions

Objective: to determine the main cause of the high repeatability error RE by realizing individual chronobiological investigations of the projection mineral density (PMD) in bone within the prosthesis zone by the dual energy X-ray absorptiometry (DEXA) method. Materials and methods. For the first time the chrono-biological evaluation is performed for the RE of the PMD measured in bone by DEXA method. The present results are obtained for Gruen regions of 10 patients after the total hip replacement. Results. The RE demonstrates hebdomadal oscillations. Possible causes of this phenomenon are examined. It is suggested that the tremor is one of them. Physical model of the tremor effect on intensity of X-rays transmitted through bone tissue is proposed. According to the model the effective pathway of X-rays in bone varies due to the tremor and depends on the hebdomadal rhythms. This model takes into account the bone architecture characterized by the regions with high and low atomic density (trabecular structure, young and old osteons) and allows us to argue the physical basis of the tremor impact on the attenuation of X-ray radiation in bone structure. Dependence of the measurements on the spatial fluctuations of bone structures caused by the tremor is predicted. Conclusion. It is recommended to consider the impact of tremor in the study of the PMD in the prosthesis area after hip replacement.

тотальное эндопротезирование тазобедренного сустава, двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия, зоны Груена, ошибка воспроизводимости, Total hip replacement, X-ray absorptiometry, regions Gruen, repeatability error

1. Cohen B., Rushton N. Bone remodelling in the proximal femur after charnley total hip arthroplasty. J. Bone Joint Surg. (Br.). 1995; 77 (5): 815-819.

2. Gallinaro P., Mass A., Leonardi F. et al. Eight- to ten-year results of a variable geometry stem. Orthopedics. 2007; 30 (11): 954-958.

3. Cohen B., Rushton N. Accuracy of DEXA measurement of bone mineral density after total hip arthroplasty. J. Bone Joint Surg. (Br). 1995; 77 (3): 479-483.

4. Boden H., Adolphson P., Oberg M. Unstable versus stable uncemented femoral stems: a radiological study of periprosthetic bone changes in two types of uncemented stems with different concepts of fixation. Arch. Orthop. Trauma Surg. 2004; 124 (6): 382-392.

5. Boden H.S.G., Skoldenberg O.G., Salemyr M.O.F. et al. Continuous bone loss around a tapered uncemented femoral stem. A long-term evaluation with DEXA. Acta Orthopaedica. 2006; 77 (6): 877-885.

6. Martini F., Lebherz C., Mayer F. et al. Precision of the measurements of periprosthetic bone mineral density in hips with a custom-made femoral stem. J. Bone Joint Surg. (Br.). 2000; 82 (7): 1065-1071.

7. Аврунин А.С., Голиков В.Ю., Сарычева С.С. и др. Дозы облучения пациентов при использовании рентгеновского денситометра PRODIGY для индивидуального мониторинга плотности костной ткани. Медицинская радиология и радиоционная безопасность. 2009; 54 (4): 32-37.

8. Bonnick S.L., Lewis L.A. Bone densitometry for technologists. Humana Press Inc. Totowa, New Jersey, 2006. 416 p.

9. Аврунин А.С., Тихилов Р.М., Шубняков И.И. и др. Об определении минеральной плотности костной ткани в перипротезной зоне. Ортопедия, травматология и протезирование. 2009; 3: 121-126.

10. Аврунин А.С., Тихилов Р.М., Шубняков И.И. и др. Ошибка воспроизводимости метода двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии при исследовании перипротезной зоны вокруг бедренного компонента клиновидной формы типа SPOTORNO (экспериментальное исследование). Травматология и ортопедия России. 2009; 2: 89-95.

11. Аврунин А.С., Тихилов Р.М., Шубняков И.И. и др. Ошибка воспроизводимости ДЭРА при оценке ПМПКТ в перипротезной зоне полированного клиновидного бедренного компонента цементной фиксации. Гений ортопедии. 2010; 1: 96-102.

12. Аврунин А.С., Тихилов Р.М., Шубняков И.И. и др. Ошибка воспроизводимости аппаратно-программного комплекса Lunar Prodigy (version Encore) (Prodigy) при исследовании фантомов и костных структур. Гений ортопедии. 2010; 4: 104-110.

13. Abrahamsen B., Gram J., Hansen T. B., Beck-Nielsen H. Cross calibration of QDR-2000 and QDR-1000 dualenergy X-ray densitometers for bone mineral and softtissue measurements. Bone. 1995; 16 (3): 385-390.

14. Goh J.C.H., Low S.L., Bose K. Effect of femoral rotation on bone mineral density measurements with dual energy x-ray absorptiometry. Calcif. Tissue Int. 1995; 57 (5): 340-343.

15. Dequeker J., Pearson J., Reeve J. et al. Dual X-ray absorptiometry - cross-calibration and normative reference ranges for the spine: Results of a European Community Concerted Action. Bone. 1995; 17 (3): 247-254.

16. Dirrigl F.J., Dalsky G.P., Warner S.E. Dual-energy X-ray absorptiometry of birds: an examination of excised skeletal specimens. J. Vet. Med. A. Physiol. Clin. Med. 2004; 51 (6): 313-319.

17. Аврунин А.С., Тихилов Р.М., Шубняков И.И. и др. Метод двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии. Влияние ротации бедренной кости на величину проекционной минеральной плотности костной ткани в зонах интереса проксимального отдела. Медицинская визуализация. 2009; 4: 120-127.

18. Аврунин А.С., Тихилов Р.М., Шубняков И.И., Емельянов В.Г. Позволяет ли метод двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии выявить быстрые колебания проекционной минеральной плотности костной ткани в поясничном отделе позвоночника? Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. 2008; 3: 47-52.

19. Аврунин А.С., Тихилов Р.М., Шубняков И.И., Емельянов В.Г. Неинвазивный клинический метод оценки остеоцитарного ремоделирования. Новые возможности двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии. Ортопедия, травматология и протезирование. 2008; 2: 67-74.

20. Аврунин А.С., Тихилов Р.М., Шубняков И.И., Емельянов В.Г. Оценивает ли двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия параметры физиологического обмена минерального матрикса? Гений ортопедии. 2008; 1: 41-49.

21. Аврунин А.С., Тихилов Р.М., Шубняков И.И. Динамическая оценка остеоцитарного ремоделирования костной ткани при использовании неинвазивного метода. Морфология. 2009; 2: 66-73.

22. Аврунин А.С., Тихилов Р.М., Шубняков И.И. и др. Минимально необходимое количество исследований ПМПКТ методом ДЭРА при индивидуальной диагностике остеопороза и мониторинге состояния скелета по дистальному отделу предплечья (предварительные рекомендации). Ортопедия, травматология и протезирование. 2009; 1: 9-56.

23. Деряпа Н.Р., Мошкин М.П., Постный В.С. Проблемы медицинской биоритмологии. М.: Медицина, 1985. 206 с.

24. Elble R.J. Tremor: clinical features, pathophysiology, and treatment. Neurol. Clin. 2009; 27 (3): 679-695.

25. Ayachea S.S., Al-ani T., Lefaucheura J.-P. Distinction between essential and physiological tremor using Hilbert-Huang transform. Neurophysiol. Clin. 2014; 44 (2): 203-212.

26. Basden C. Medication- and toxin-induced neurologic syndromes. Prim. Care. 2015; 42 (2): 259-265.

27. Руководство по хирургии тазобедренного сустава: в 2-х томах; Под ред. Р.М. Тихилова, И.И. Шубнякова. СПб.: РНИИТО им. Р.Р. Вредена, 2014. Т.1. 368 с.

28. Хронобиология и хрономедицина: Руководство; Под ред. Ф.И. Комарова. М.: Медицина, 1989. 400 с.

29. de Jong W.C., Koolstra J.H., Korfage J.A.M. et al. The daily habitual in vivo strain history of a non-weight-bearing bone. Bone. 2010; 46 (1): 196-202.