Computer-aided diagnosis for osteoporosis based on trabecular bone analysis using panoramic radiographs

Background: Mandibular bone on panoramic radiographs has been proven to be useful for identifying postmenopausal women with low skeletal bone mineral density. One of the important parts of mandibular bone is trabecular bone. Trabecular bone architecture is one of the factors that governs bone strength and may be categorized as a contributor to bone quality. Purpose: The purposes of this study were to develop a computer-aided system for measuring trabecular bone line strength on panoramic radiographs in identifying postmenopausal women with osteoporosis and to clarify the diagnostic efficacy of the system. Methods: Reduction and expansion of trabecular bone sample images using a two level Gaussian pyramid for removing noises and small segments were first introduced. Then, line strength at each pixel was calculated based on its existence on the trabecular bone with emphasizes line segment which has similar orientation with the root of tooth. The density was measured with respect to line strength of segment structure which has similar orientation with the root of tooth, either on the left and the right in the mandibular bone. Number of pixels in the line segment area was compared with a threshold value to determine whether normal or osteoporosis. Results: From experiment on 100 data, the accuracy of 88%, sensitivity of 92%, and specificity of 86.7% were achieved. Conclusion: The computer-aided system of trabecular bone analysis may be useful for detecting osteoporosis using panoramic radiographs.

Latar belakang: Tulang mandibula pada panoramik radiografi telah banyak diteliti dan terbukti mampu digunakan untuk mengidentifikasi wanita pasca menopause dengan menggunakan bone mineral density rendah. Salah satu bagian tulang mandibula yang penting adalah tulang trabekula. Arsitektur tulang trabekula merupakan salah satu dari faktor-faktor yang mempengaruhi kekuatan tulang dan dapat digolongkan sebagai kontributor bagi kualitas tulang. Tujuan: Penelitian ini bertujuan untuk membangun sebuah sistem dengan bantuan komputer untuk mengukur kekuatan garis pada tulang trabekula dan menggunakannya untuk mendeteksi osteoporosis pada wanita postmenopause. Metode: Dilakukan sampling pada sebagian tulang mandibular yang menghasilkan sebuah sampel citra. Sampel citra ini selanjutnya diperbaiki dari derau (noise) dengan menggunakan piramida Gaussian dua level. Kekuatan garis pada tiap piksel dihitung berdasarkan orientasi segmen garis tulang trabekula yang sejajar dengan akar gigi. Setelah dilakukan binerisasi, luasan segmen yang dihasilkan dihitung dan dibandingkan dengan sebuah nilai ambang. Bila luasan melebihi nilai threshold maka dikategorikan sebagai normal. Sebaliknya bila luasan dibawah nilai threshold, dikategorikan sebagai osteoporosis. Hasil: Berdasarkan eksperimen terhadap 100 data, sistem mampu mencapai akurasi identifikasi sebesar 88%, sensitivitas 92%, dan spesifisitas 86,7%. Kesimpulan: Sistem analisa trabecular bone dengan bantuan komputer ini dapat digunakan oleh para dokter gigi untuk mendeteksi osteoporosis menggunakan panoramik radiografi.