La osteoporosis es una enfermedad esquelética en que se produce una disminución de la densidad de masa ósea. Los huesos se vuelven más porosos y se hacen más frágiles haciéndolos más susceptibles a las fracturas. Esta enfermedad reduce la densidad ósea y debilita el hueso. El debilitamiento del hueso aumenta el riesgo de fractura. Entre todas las fracturas osteoporóticas posibles, las fracturas de cadera son un problema importante en los países occidentales. De hecho, se estima que afecta a un tercio de las mujeres y a un quinto de los hombres. La fractura de cadera reduce la movilidad, la calidad de vida e incluso puede aumentar la mortalidad en mujeres y hombres. Como tal, la predicción de fracturas osteoporóticas de cadera es muy importante en términos de calidad y esperanza de vida.

La predicción de fracturas osteoporóticas de cadera es muy importante en términos de calidad y esperanza de vida

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 explican:

"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 Jérôme Noailly y Miguel A. 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 lado, 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 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

"Los modelos 3D obtenidos en este trabajo provienen de la reconstrucción de densitometrías planas en 2D imágenes (DXA, dual energy X-ray absorptiometry) 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.

El estudio, publicado recientemente en la edición avanzada de la revista Bone, es el resultado de una colaboración activa de Carlos Ruiz Wills, primer autor del trabajo; Andy Luis Olivares, Simone Tassani, Mario Ceresa, Veronika Zimmers, Miguel A. González Ballester (ICREA) y Jérôme Noailly, coordinador del estudio, todos ellos miembros de la Unidad de Investigación BCN MedTech, del Departamento de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (DTIC) de la UPF, con la empresa Galgo Medical (Spin-off UPF) y el centro radiológico CETIR (Grupo Ascires). Esta colaboración científico-tecnológica entre centros privados y públicos es posible gracias a instrumentos como la Cátedra QUAES-UPF y el proyecto Retos Colaboración BioDXA, con el objetivo de fomentar la investigación y la transferencia del conocimiento en el campo de tecnologías computacionales aplicadas a la salud.

Trabajo de referencia:

Carlos Ruiz Wills, Andy Luis Olivares, Simone Tassani, Mario Ceresa, Veronika Zimmer, Miguel A. González Ballester, Luis Miguel del Río, Ludovic Humbert, Jérôme Noailly (2019), “3D patient-specific finite element models of the proximal femur based on DXA towards the classification of fracture and non-fracture cases”, Bone, Volum 121, abril, pàgs. 89-99. https://doi.org/10.1016/j.bone.2019.01.001