Purpose: To describe the most common in vivo imaging-based research tools used to assess bone properties that are influenced by mechanical loading associated with exercise, habitual physical activity, or disease states. Bone is a complex metabolically active tissue that adapts to changes in mechanical loading by altering the amount and spatial organization of mineral.
Method: Using a narrative review design, the authors provide an overview of bone biology and biomechanics to emphasize the importance of bone size scale, porosity, and degree of mineralization when interpreting measures acquired using quantitative ultrasound (QUS), dual-energy X-ray absorptiometry (DXA), computed tomography (CT), magnetic resonance imaging (MRI), and finite element analysis (FEA). For each imaging modality, basic imaging principles, typical outcome measures associated with changes in mechanical loading, and salient features for physiotherapists are described.
Main results: While each imaging modality has strengths and limitations, currently CT-based methods are best suited for determining the effects of mechanical loading on bone properties-particularly in the peripheral skeleton.
Conclusions: Regardless of the imaging technology used, the physiotherapist must carefully consider the assumptions of the imaging-based method, the clinical context, the nature of the change in mechanical loading, and the expected time course for change in bone properties.
Purpose: To describe the most common in vivo imaging-based research tools used to assess bone properties that are influenced by mechanical loading associated with exercise, habitual physical activity, or disease states. Bone is a complex metabolically active tissue that adapts to changes in mechanical loading by altering the amount and spatial organization of mineral. Method: Using a narrative review design, the authors provide an overview of bone biology and biomechanics to emphasize the importance of bone size scale, porosity, and degree of mineralization when interpreting measures acquired using quantitative ultrasound (QUS), dual-energy X-ray absorptiometry (DXA), computed tomography (CT), magnetic resonance imaging (MRI), and finite element analysis (FEA). For each imaging modality, basic imaging principles, typical outcome measures associated with changes in mechanical loading, and salient features for physiotherapists are described. Main Results: While each imaging modality has strengths and limitations, currently CT-based methods are best suited for determining the effects of mechanical loading on bone properties—particularly in the peripheral skeleton. Conclusions: Regardless of the imaging technology used, the physiotherapist must carefully consider the assumptions of the imaging-based method, the clinical context, the nature of the change in mechanical loading, and the expected time course for change in bone properties.
RÉSUMÉ Objectif : Décrire les outils de recherche en imagerie in vivo les plus couramment utilisés pour l'évaluation des propriétés des os qui sont influencés par la charge mécanique associée à l'exercice, à l'activité physique habituelle ou aux problèmes de santé. Les os sont des tissus actifs complexes sur le plan métabolique, qui s'adaptent aux changements de la charge mécanique en modifiant la quantité et l'organisation spatiale des minéraux. Méthode : À l'aide d'un modèle de revue narrative, un aperçu de la biologie et de la biomécanique osseuse est produit en vue de mettre l'accent sur l'importance de l'échelle de la dimension des os, de la porosité et du degré de minéralisation au moment d'interpréter les mesures recueillies à l'aide d'ultrasons quantitatifs (QUS), d'absorptiométrie à rayons X biphotonique (DXA), de tomographie informatisée (CT), d'imagerie par résonance magnétique (IRM) et d'analyse par éléments finis (FEA). Pour chaque modalité d'imagerie, les principes d'imagerie de base, les mesures typiques de résultats associés aux changements de charge mécanique et les caractéristiques principales pour les physiothérapeutes ont été décrits. Principaux résultats : Bien que chaque modalité d'imagerie ait ses forces et ses limites, les méthodes à base de tomographie informatisée sont les mieux adaptées pour déterminer les effets de la charge mécanique sur les propriétés osseuses – particulièrement dans le squelette périphérique. Conclusions : Sans égard à la technologie d'imagerie utilisée, le physiothérapeute doit analyser soigneusement les hypothèses de la méthode fondée sur l'imagerie, le contexte clinique, la nature du changement de charge mécanique et le délai attendu de changement des propriétés osseuses.
Keywords: adaptation physiologique; adaptation, physiological; adult; adulte; bone and bones; charge; diagnostic imaging; imagerie médicale; os; osseux; poids; weight-bearing.