In vivo morphometric and mechanical characterization of trabecular bone from high resolution magnetic resonance imaging

La osteoporosis es una enfermedad osea que se manifiesta con una menor densidad osea y el deterioro de la arquitectura del hueso esponjoso. Ambos factores aumentan la fragilidad osea y el riesgo de sufrir fracturas oseas, especialmente en mujeres, donde existe una alta prevalencia. El diagnostico actual de la osteoporosis se basa en la cuantificacion de la densidad mineral osea (DMO) mediante la tecnica de absorciometria dual de rayos X (DXA). Sin embargo, la DMO no puede considerarse de manera aislada para la evaluacion del riesgo de fractura o los efectos terapeuticos. Existen otros factores, tales como la disposicion microestructural de las trabeculas y sus caracteristicas que es necesario tener en cuenta para determinar la calidad del hueso y evaluar de manera mas directa el riesgo de fractura. Los avances tecnicos de las modalidades de imagen medica, como la tomografia computarizada multidetector (MDCT), la tomografia computarizada periferica cuantitativa (HR-pQCT) y la resonancia magnetica (RM) han permitido la adquisicion in vivo con resoluciones espaciales elevadas. La estructura del hueso trabecular puede observarse con un buen detalle empleando estas tecnicas. En particular, el uso de los equipos de RM de 3 Teslas (T) ha permitido la adquisicion con resoluciones espaciales muy altas. Ademas, el buen contraste entre hueso y medula que proporcionan las imagenes de RM, asi como la utilizacion de radiaciones no ionizantes situan a la RM como una tecnica muy adecuada para la caracterizacion in vivo de hueso trabecular en la enfermedad de la osteoporosis. En la presente tesis se proponen nuevos desarrollos metodologicos para la caracterizacion morfometrica y mecanica del hueso trabecular en tres dimensiones (3D) y se aplican a adquisiciones de RM de 3T con alta resolucion espacial. El analisis morfometrico esta compuesto por diferentes algoritmos disenados para cuantificar la morfologia, la complejidad, la topologia y los parametros de anisotropia del tejido trabecular. En cuanto a la caracterizacion mecanica, se desarrollaron nuevos metodos que permiten la simulacion automatizada de la estructura del hueso trabecular en condiciones de compresion y el calculo del modulo de elasticidad. La metodologia desarrollada se ha aplicado a una poblacion de sujetos sanos con el fin de obtener los valores de normalidad del hueso esponjoso. Los algoritmos se han aplicado tambien a una poblacion de pacientes con osteoporosis con el fin de cuantificar las variaciones de los parametros en la enfermedad y evaluar las diferencias con los resultados obtenidos en un grupo de sujetos sanos con edad similar.Los desarrollos metodologicos propuestos y las aplicaciones clinicas proporcionan resultados satisfactorios, presentando los parametros una alta sensibilidad a variaciones de la estructura trabecular principalmente influenciadas por el sexo y el estado de enfermedad. Por otra parte, los metodos presentan elevada reproducibilidad y precision en la cuantificacion de los valores morfometricos y mecanicos. Estos resultados refuerzan el uso de los parametros presentados como posibles biomarcadores de imagen en la enfermedad de la osteoporosis.