La osteoporosis se podrá detectar y prevenir con mayor eficacia, gracias a una nueva herramienta de diagnóstico creada por un equipo de investigación integrado por investigadores de la unidad BCN MedTech de la UPF, las empreses 3D-Shaper Medicaly CETIR Medical Group y el Hospital de la Santa Creu i Sant Pau.

A partir de esta colaboración público-privada, se ha podido diseñar una nueva herramienta para calcular el riesgo de fractura debido a la osteoporosis de fémur, desde el enfoque de la biomecánica -que estudia las estructuras de carácter mecánico de los seres vivos como las que explican el movimiento del cuerpo-, con costes de implementación que hacen viable su aplicación en la práctica clínica.

Esta herramienta parte del ensamblaje de métodos estadísticos para generar imágenes tridimensionales del fémur, desarrollados por 3D-Shaper Medical con simulaciones biomecánicas desarrolladas con BCN MedTech (UPF). Como punto de partida para aplicar los métodos estadísticos, la nueva herramienta utiliza imágenes 2D obtenidas a partir del método más extendido actualmente para el diagnóstico clínico de la osteoporosis (DXA). Debe tenerse en cuenta que las herramientas de diagnóstico más extendidas a día de hoy se basan en imágenes bidimensionales, que no permiten captar adecuadamente la densidad de los compartimentos trabecular y cortical del hueso. Esto es fundamental para valorar la fortaleza del hueso y prevenir posibles fracturas.

La investigación con la que se ha creado el nuevo método diagnóstico se ha divulgado recientemente en un artículo científico publicado en Journal of Clinical Densitometry. Sus autores son Muhammad Qasim, Mirella López Picazo y Ludovic Humbert, de la empresa 3D-ShaperMedical; Carlos Ruiz Wills y Jérôme Noailly de la unidad BCN MedTech, vinculada al Departamento de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (DTIC) de la UPF; Silvana Di Gregorio y Luis Miguel del Río Barquero, del CETIR Medical Group; y Jorge Malouf Sierra, del Hospital de la Santa Creu i Sant Pau. La investigación ha contado con el apoyo económico del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, de la Agencia Estatal de Investigación, de la Agencia por la competitividad de la empresa de la Generalitat de Cataluña (ACCIÓ) y del Programa Marie Sklodowska-Curie del Horizon 2020 de la UE.

¿Por qué mejorar los métodos actuales?

La metodología más extendida actualmente para diagnosticar la osteoporosis de fémur es la denominada absorciometría de rayos X de doble energía (DXA: Dual energy X-ray Absorptiometry). Esta técnica permite determinar la densidad mineral del tejido óseo, a partir de la cantidad de radiación que es capaz de absorber. Precisamente la osteoporosis está relacionada con una pérdida de densidad ósea, disminuyendo la fuerza del hueso e incrementando el riesgo de fracturas. Esta metodología, con la que se obtienen imágenes bidimensionales, presenta limitaciones para determinar la distribución volumétrica de la densidad mineral -que debe ser tridimensional-, lo que es fundamental para examinar cuidadosamente la fortaleza ósea y mejorar la prevención de las fracturas.

Otra metodología más avanzada, escasamente implementada en el diagnóstico clínico por el hecho de que expone a los pacientes a niveles superiores de radiación, es la Tomografía Computerizada cuantitativa (QCT: Quantitative Computed Tomography). Las tomografías permiten obtener imágenes detalladas de distintas regiones internas del cuerpo incluyendo el tejido óseo, también a partir de rayos X, pero con reconstrucciones 3D del volumen del hueso. Estudios previos han probado que esta capacidad 3D de la QCT la convierte en una técnica mejor preparada para estimar la fortaleza de los huesos y el riesgo de fractura que el método DXA convencional de 2D. Además, permite traducir la información volumétrica de la morfología y calidad del hueso en información mecánica de fortaleza ósea. Sin embargo, su uso no se ha extendido a la práctica clínica, no sólo por exponer a los pacientes a mayores dosis de radiación, sino también por tener un coste elevado y porque el tiempo de procesamiento de las imágenes obtenidas por QCT es superior al de las imágenes planas de DXA.

La investigación plantea un método efectivo y viable para la práctica clínica

El nuevo método se basa en la absorciometría de rayos X de doble energía 3D (3D-DXA), técnica desarrollada por el equipo de 3D-Shaper Medical a partir de su investigación iniciada en la UPF antes de la creación del empresa de base tecnológica. Esencialmente, “la nueva metodología complementa y mejora la DXA con sistemas computacionales y estadísticos que permiten estimar la densidad mineral de todo el volumen del hueso, así como obtener imágenes detalladas de su forma en tres dimensiones. También abre la posibilidad de convertir esta información volumétrica en información cuantitativa de resistencia ósea, a partir de simulaciones biomecánicas con el método de los elementos finitos, especialidad del equipo del BCN Medtech” - explica Jérôme Noailly, investigador principal en biomecánica y mecanobiología de esta unidad de investigación de la UPF.

La 3D-DXA utiliza imágenes bidimensionales de la DXA, sobre las que se aplica una simulación biomecánica tridimensional añadida. De esta forma, se pueden obtener resultados equivalentes a los de la tomografía computerizada, ya que se traducen las mediciones volumétricas y de geometría en resultados de capacidad de resistencia del fémur del sujeto explorado. La nueva herramienta dispone del potencial de mejorar los diagnósticos actuales -comúnmente realizados con el método DXA convencional-, que no tienen la capacidad para detectar hasta el 50% de pacientes con alto riesgo de fractura de fémur.

De hecho, el equipo de investigación en su conjunto ha podido ya probar la eficacia de la 3D-DXA por la cuantificación de la resistencia ósea, con un estudio realizado con 157 pacientes. Sus resultados mejoran las perspectivas para alcanzar el siguiente paso: la predicción de riesgo de fractura a partir de imágenes de DXA.

Artículo de referencia: 

Muhammad Qasim, Mirella López Picazo, Carlos Ruiz Wills, Jérôme Noailly, Silvana Di Gregorio, Luis Miguel Del Río Barquero, Jorge Malouf Sierra, Ludovic Humbert. 3D-DXA based finite element modelling for femur strength prediction: evaluation against QCT. Journal of Clinical Densitometry, Volume 27, Issue 2, 2024, 101471, ISSN 1094-6950. https://doi.org/10.1016/j.jocd.2024.101471.