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La simulación a partir de reconstrucciones 3D de densitometría ósea convencional discrimina mejor el riesgo de fractura por osteoporosis

Participaron en esta investigación miembros de la Unidad de Investigación BCN MedTech; la empresa Galgo Medical, spin-off de la UPF, la Cátedra QUAES-UPF y el centro radiológico CETIR.

Redacción EM 25-02-2019

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Esquema resumen del trabajo de investigación.

Un estudio reciente publicado en la revista 'Bone', ha tenido como principal objetivo encontrar criterios biomecánicos para la discriminación del riesgo de fracturas de cadera explotando modelos 3D DXA derivados y simulaciones por elementos finitos específicas para pacientes en un contexto in vivo. 

Carlos Ruiz Wills, primer autor del trabajo, y Jérôme Noailly, coordinador del estudio, ambos miembros del laboratorio de Biomecánica y Mecanobiologia de la Unidad de Investigación BCN MedTech han explicado que "esta investigación ha logrado demostrar que el modelado y la simulación biomecánica del hueso por elementos finitos a partir de reconstrucciones 3D de densitometría ósea convencional proveen descriptores de la mecánica interna del tejido que superan a la tradicionalmente explorada densidad ósea, a la hora de reconocer el riesgo de fractura por osteoporosis del fémur proximal (fractura de cadera)".

El método por elementos finitos es un método numérico de cálculo muy empleado en las simulaciones de sistemas físicos y biológicos complejos que permite resolver ecuaciones diferenciales asociadas a problemas físicos sobre geometrías complicadas.

Este estudio combina las competencias del laboratorio de Biomecánica y Mecanobiología en biomecánica computacional y las competencias del grupo SIMBIOsys de BCN MedTech, dirigido por Miguel A. González Ballester (ICREA), en análisis de imágenes biomédicas. Tal sinergia ilustra nuevas tendencias en la explotación del potencial de modelos y simulaciones para mejorar el diagnóstico de pacientes, explican Noailly y González Ballester: "Por un lado, el análisis avanzado de imágenes ofrece un marco personalizado de modelado y realidad aumentada, al integrar en modelos virtuales la morfología y las densidades de los huesos de los pacientes. Por otro, la conversión de estos modelos en modelos de elementos finitos capaces de integrar ecuaciones de comportamiento mecánico del hueso frente a acontecimientos mecánicos externos; por ejemplo, una caída, permite calcular descriptores que integran de forma única efectos cruzados entre calidad ósea, morfología particular del hueso y fuerzas mecánicas externas que suelen depender del peso y de la altura del paciente".

"Los modelos 3D obtenidos en este trabajo provienen de la reconstrucción de densitometrías planas en imágenes 2D utilizando el software 3D Shaper desarrollado por Galgo Medical, empresa tecnológica derivada de la UPF", comenta Luís Miguel del Rio, radiólogo del centro radiológico CETIR (Grupo Ascires) y colaborador del estudio. El potencial de esta tecnología biomédica proviene del hecho de que las simulaciones obtenidas por estos investigadores contemplan la interacción tridimensional entre densidad ósea, geometría del fémur y cargas mecánicas externas, la cual no se puede medir en un paciente.

Los resultados obtenidos en este trabajo muestran un poder de discriminación que suele ser superior al 80% con respecto al cálculo de riesgo de fractura de cadera a consecuencia de una caída del paciente. Además, en la discriminación del riesgo de fractura, las simulaciones han permitido que los autores otorguen una importancia relativa al estado tensional del hueso trabecular o esponjoso, frente al estado tensional del hueso cortical.


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