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Revealing Detailed Cartilage Function Through Nanoparticle Diffusion Imaging: A Computed Tomography & Finite Element Study.

ナノ粒子拡散イメージングによる詳細な軟骨機能の解明:CTおよび有限要素法を用いた研究 (機械翻訳の邦題)

Annals of biomedical engineering2024Tuppurainen J, Paakkari P, Jäntti J, et al.
研究デザインその他の原著論文
対象動物

記録の確認項目

研究デザイン
その他の原著論文
対象
動物
出版年
2024
出典
doi.org
抄録の表示
表示あり
出版状態
有効な記録
状態確認日
2026/08/17
収集日
2026/08/04
鮮度
確認期限内
確認段階
自動処理
記録状態
公開

日本語要約(機械生成)

関節軟骨の機能を構成要素レベルで明らかにする手法の開発を目的とした。ウマ膝関節から採取した軟骨試料(n=60)を対象に、陽イオン性酸化タンタルナノ粒子造影剤を用いた従来型エネルギー積分型マイクロCTと、同造影剤と中性ヨージキサノールを用いた二重造影剤によるフォトンカウンティング型マイクロCTの2つのイメージング法を実施した。造影剤の取り込みを測定し、線維強化多孔弾性有限要素モデルから得られた軟骨の機能特性と比較した。その結果、軟骨の線維性および非線維性機能、さらに透過性に影響される流体流動を評価できることが示された。これにより、これらの機能特性を生体力学的計算モデルに組み込むことが可能となり、軟骨診断と治療の個別化への応用が期待される。

この要約は公開抄録のみを根拠にAIが機械的に生成したものです。正確な内容は原文を確認してください。

抄録

The ability of articular cartilage to withstand significant mechanical stresses during activities, such as walking or running, relies on its distinctive structure. Integrating detailed tissue properties into subject-specific biomechanical models is challenging due to the complexity of analyzing these characteristics. This limitation compromises the accuracy of models in replicating cartilage function and impacts predictive capabilities. To address this, methods revealing cartilage function at the constituent-specific level are essential. In this study, we demonstrated that computational modeling derived individual constituent-specific biomechanical properties could be predicted by a novel nanoparticle contrast-enhanced computer tomography (CECT) method. We imaged articular cartilage samples collected from the equine stifle joint (n = 60) using contrast-enhanced micro-computed tomography (µCECT) to determine contrast agents' intake within the samples, and compared those to cartilage functional properties, derived from a fibril-reinforced poroelastic finite element model. Two distinct imaging techniques were investigated: conventional energy-integrating µCECT employing a cationic tantalum oxide nanoparticle (Ta2O5-cNP) contrast agent and novel photon-counting µCECT utilizing a dual-contrast agent, comprising Ta2O5-cNP and neutral iodixanol. The results demonstrate the capacity to evaluate fibrillar and non-fibrillar functionality of cartilage, along with permeability-affected fluid flow in cartilage. This finding indicates the feasibility of incorporating these specific functional properties into biomechanical computational models, holding potential for personalized approaches to cartilage diagnostics and treatment.

MeSH

AnimalsCartilage, ArticularContrast MediaFinite Element AnalysisHorsesModels, BiologicalNanoparticlesX-Ray Microtomography

DOI 10.1007/s10439-024-03552-7

PMID 39012563

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