Osteoporosis is becoming an increasingly important public health issue, and effective treatments to prevent fragility fractures are available. Osteoporosis imaging is of critical importance in identifying individuals at risk for fractures who would require pharmacotherapy to reduce fracture risk and also in monitoring response to treatment. Dual x-ray absorptiometry is currently the state-of-the-art technique to measure bone mineral density and to diagnose osteoporosis according to the World Health Organization guidelines. Motivated by a 2000 National Institutes of Health consensus conference, substantial research efforts have focused on assessing bone quality by using advanced imaging techniques. Among these techniques aimed at better characterizing fracture risk and treatment effects, high-resolution peripheral quantitative computed tomography (CT) currently plays a central role, and a large number of recent studies have used this technique to study trabecular and cortical bone architecture. Other techniques to analyze bone quality include multidetector CT, magnetic resonance imaging, and quantitative ultrasonography. In addition to quantitative imaging techniques measuring bone density and quality, imaging needs to be used to diagnose prevalent osteoporotic fractures, such as spine fractures on chest radiographs and sagittal multidetector CT reconstructions. Radiologists need to be sensitized to the fact that the presence of fragility fractures will alter patient care, and these fractures need to be described in the report. This review article covers state-of-the-art imaging techniques to measure bone mineral density, describes novel techniques to study bone quality, and focuses on how standard imaging techniques should be used to diagnose prevalent osteoporotic fractures. © RSNA, 2012

ABSTRACT The goal of this magnetic resonance (MR) imaging study was to quantify vertebral bone marrow fat content and composition in diabetic and nondiabetic postmenopausal women with fragility fractures and to compare them with nonfracture controls with and without type 2 diabetes mellitus. Sixty-nine postmenopausal women (mean age 63 ± 5 years) were recruited. Thirty-six patients (47.8%) had spinal and/or peripheral fragility fractures. Seventeen fracture patients were diabetic. Thirty-three women (52.2%) were nonfracture controls. Sixteen women were diabetic nonfracture controls. To quantify vertebral bone marrow fat content and composition, patients underwent MR spectroscopy (MRS) of the lumbar spine at 3 Tesla. Bone mineral density (BMD) was determined by dual-energy X-ray absorptiometry (DXA) of the hip and lumbar spine (LS) and quantitative computed tomography (QCT) of the LS. To evaluate associations of vertebral marrow fat content and composition with spinal and/or peripheral fragility fractures and diabetes, we used linear regression models adjusted for age, race, and spine volumetric bone mineral density (vBMD) by QCT. At the LS, nondiabetic and diabetic fracture patients had lower vBMD than controls and diabetics without fractures (p = 0.018; p = 0.005). However, areal bone mineral density (aBMD) by DXA did not differ between fracture and nonfracture patients. After adjustment for age, race, and spinal vBMD, the prevalence of fragility fractures was associated with −1.7% lower unsaturation levels (confidence interval [CI] −2.8% to −0.5%, p = 0.005) and +2.9% higher saturation levels (CI 0.5% to 5.3%, p = 0.017). Diabetes was associated with −1.3% (CI –2.3% to −0.2%, p = 0.018) lower unsaturation and +3.3% (CI 1.1% to 5.4%, p = 0.004) higher saturation levels. Diabetics with fractures had the lowest marrow unsaturation and highest saturation. There were no associations of marrow fat content with diabetes or fracture. Our results suggest that altered bone marrow fat composition is linked with fragility fractures and diabetes. MRS of spinal bone marrow fat may therefore serve as a novel tool for BMD-independent fracture risk assessment.

Motivation: High-resolution T1ρ mapping is desired to improve the early diagnosis of diseases such as osteoarthritis; however, it suffers from long acquisition times. Goal(s): To accelerate high-resolution T1ρ mapping using compressed-sensing reconstruction in a multi-site multi-vendor setting. Approach: We standardized the T1ρ imaging protocol between three sites using three MR platforms (GE/Philips/Siemens). Accelerated high-resolution T1ρ mapping with accelerator factors (AF) ranging 8-12 were performed using both retrospective and prospective downsamplings with compressed-sensing reconstruction. Results: The coefficients-of-variation between reference and accelerated maps were <5% for all sites. Reliable high-resolution T1ρ mapping of the whole knee can be acquired within 7 mins. Impact: Standardization of the acquisition and reconstruction of accelerated high-resolution T1ρ mapping across sites and MR platforms will greatly facilitate its future use in clinical trials and clinical practice, significantly improving diagnosis and evaluation of responses to interventions/treatments for OA.

Motivation: High-resolution T1ρ mapping is desired for improved sensitivity to small lesions and less partial volume averaging effects. However, the low image SNR can induce bias in T1ρ quantification. Goal(s): To develop and evaluate advanced fitting methods of high-resolution T1ρ mapping in a multi-site multi-vendor setting. Approach: High-resolution T1ρ mapping in volunteers were collected with a harmonized protocol from three sites and three MR platforms. Data were fitted with nonlinear least-squares (NLS) fitting, noise-corrected NLS fitting (NCNLS), and maximum-likelihood estimation (MLE). Results: :NLS overestimated T1ρ while NCNLS and MLE reduced the overestimation. The results were consistent across all sitesImpact: Advanced fitting methods can reduce fitting errors induced by low SNR for high-resolution T1ρ mapping, which may provide improved diagnosis of osteoarthritis.

Background: Anterior cruciate ligament (ACL) injury often leads to posttraumatic osteoarthritis (PTOA), despite ACL reconstruction (ACLR). Medial meniscal extrusion (MME) is implicated in PTOA progression but remains understudied after ACL injury and ACLR. Hypothesis/Purpose: It was hypothesized that MME would increase longitudinally after ACL injury and ACLR, with greater changes in the ipsilateral knee compared with the contralateral knee, leading to cartilage degeneration. The study aimed to assess MME 3 years after ACLR and its relationship with magnetic resonance imaging (MRI) T1ρ and T2 as cartilage degeneration markers. Study Design: Cohort study; Level of evidence, 2. Methods: MME and relative percentage of extrusion (RPE) were measured on 3 coronal slices of 3-dimensional fast spin-echo images and the mean values were used. T1ρ and T2 sequences were obtained and cartilage compositional measurements were performed using in-house developed software with MATLAB. Mixed models were used to assess the longitudinal changes and linear regression was used to assess the relationships between RPE and T1ρ and T2 values. Results: A total of 54 participants with unilateral ACL injuries underwent preoperative bilateral knee MRI. A total of 36 participants completed MR scans at 6 months and 3 years after ACLR. MME and RPE measurements demonstrated high reliability (ICC > 0.88 and > 0.91, respectively). The predicted values of MME and RPE from the mixed models showed that the ipsilateral side had significantly greater MME and RPE than the contralateral side at all 3 time points ( P = .023 for MME; P = .013 for RPE at baseline; and P < .001 at 6 months and P < .001 at 3 years for both MME and RPE). The rate of change of MME and RPE on the ipsilateral side was significantly greater than that on the contralateral side ( P < .001). Postoperative RPE was associated with T1ρ and T2 values in the posterior medial femoral condyle. Conclusion: MME and RPE obtained pre- and postoperatively after ACLR on the ipsilateral side were significantly greater than those on the contralateral side, and the longitudinal increases on the ipsilateral side were greater than those on the contralateral side. Postoperative RPE was significantly associated with cartilage degeneration in the posterior medial femoral condyle.

ABSTRACT The role of the infrapatellar fat pad (IPFP) in knee osteoarthritis is not understood. This study aimed to identify relationships between MRI‐based signal abnormalities in the IPFP and measures of structural pathology and symptom severity in PFJOA, as well as investigate the influence of obesity and sex on these relationships. Seventy participants (ages 28–80) with isolated PFJOA underwent bilateral knee MRI scan acquisitions and completed the Knee Injury and Osteoarthritis Outcome Score (KOOS). MR images were scored for abnormal IPFP area and signal intensity, joint effusion, synovial proliferation, and patellar and trochlear cartilage damage. Repeated measures correlations were performed to assess associations between abnormal area and signal of IPFP and PFJOA pathology and KOOS, respectively. Associations were interrogated across weight‐based groups based on BMI and sex‐based groups. Between abnormal IPFP and PFJOA pathology, we observed no significant associations. Between abnormal IPFP and patient‐reported outcomes, we observed weak to moderate significant negative associations between the size of the abnormal IPFP area and all KOOS subscales. In a sex‐based analysis of IPFP and KOOS associations, we observed significant moderate negative correlations between IPFP and KOOS scores across all subcategories in female participants. In male participants, abnormal IPFP was not associated with KOOS scores. The IPFP is significantly related to PFJOA patient‐reported pain and function, and this correlation is stronger in high‐risk OA groups.