Hasta ahora, nunca ha habido una herramienta que pueda determinar cuánto tiempo le tomará al paciente sanar de una fractura tibial.
"Lo emocionante de nuestro proyecto fue que todo el análisis mecánico se realizó sin conocer el tratamiento clínico de los pacientes, y el cirujano nunca vio ninguno de nuestros datos", dice Hannah Dailey, profesora asistente de ingeniería mecánica y mecánica enPC Rossin School of Engineering and Applied Science de la Universidad de Lehigh ". Cuando lo reunimos todo, pudimos responder a la pregunta:" ¿Puede la prueba mecánica virtual predecir cuánto tiempo le tomará al paciente sanar? "Descubrimos que podía"
Dailey, quien también está afiliado al Instituto de Materiales y Dispositivos Funcionales I-FMD de Lehigh, es el autor principal de "Pruebas mecánicas virtuales basadas en escaneos de tomografía computarizada de baja dosis para fracturas tibiales". El artículo apareció en julio3 edición del Revista de cirugía ósea y articular .
La mayoría de las personas que se rompen la tibia o la espinilla, continúan a lo largo de una línea de tiempo de curación normal. A medida que pasan las semanas, se forma más hueso nuevo llamado callo a lo largo de la línea de fractura. El callo comienza como un material esponjoso que con el tiempo se endureceen un hueso que es tan fuerte, o más fuerte, que antes del descanso. Los pacientes suelen someterse a rayos X a intervalos regulares, y siempre que las imágenes revelen que hay cada vez más callos en la región, todo está bien.
Pero algunas personas no sanan normalmente. Esta falta de curación se llama no unión y puede ser completamente debilitante.
"Las lesiones musculoesqueléticas son muy, muy dolorosas", dice Dailey. "Y cuando un hueso no se cura adecuadamente, los pacientes pueden sentir dolor durante semanas o meses".
Idealmente, dice, los cirujanos volverían a operar temprano en un paciente sin unión. Pero diferenciando entre una verdadera no unión, donde no se está formando ningún hueso nuevo, y un hueso que se está curando, solo que muy lentamente- es difícil. Y esa diferencia es crítica. Si es la primera, una segunda cirugía es imprescindible. Si es la última, puede ser mejor que el paciente espere y evite el riesgo y el gasto de otra operación.
No es difícil determinar la diferencia crucial entre quién necesita cirugía adicional y quién no porque los cirujanos generalmente dependen de las radiografías para determinar el grado de curación ósea. Sin embargo, las radiografías son bidimensionales, a menudo difusas y pueden revelaruna imagen incompleta
"Nuestro enfoque fue: '¿Podemos medir la curación de una manera estructural y poner un número sobre la curación de un hueso?'", Dice Dailey. "En lugar de usar rayos X para determinar, 'Sí, curado' o"No, no sanado", ¿podemos ser más precisos? Al usar herramientas de ingeniería, la respuesta fue sí. Podríamos ".
En este estudio, los adultos con fracturas de la diáfisis tibial fueron reclutados prospectivamente para observación luego del clavado intramedular escariado estándar, un procedimiento en el cual se inserta una varilla de titanio en el espacio hueco de la tibia y se asegura en la parte superior e inferior con tornillos. Los tornillospermita que el paciente soporte peso poco después de la cirugía evitando que el fragmento de hueso superior se colapse sobre el fragmento de hueso inferior.
El seguimiento del paciente incluyó radiografías y la finalización de las medidas de resultado informadas por el paciente, todas realizadas a las 6, 12, 18 y 24 semanas después de la cirugía. Las tomografías computarizadas TC de baja dosis se realizaron a las 12 semanas.proporcionó una imagen tridimensional detallada de lo que estaba sucediendo dentro de cada paciente.
Utilizando software especializado y comercialmente disponible en los escaneos, el estudiante de doctorado y coautor del estudio de Dailey, Peter Schwarzenberg, construyó modelos estructurales mecánicos en 3-D que identificaron las regiones de hueso y hueso nuevo o callo. Schwarzenberg luego ejecutó los modelos a través desoftware de análisis de elementos finitos: el mismo programa utilizado por los ingenieros civiles para simular cuánta deformación le sucede a un puente cuando se le aplica una carga como automóviles o peatones. Schwarzenberg y Dailey querían hacer lo mismo para los huesos: aplicaruna fuerza y ver cuánto se flexionó el hueso. Cuanto menos se flexionó, más se curó.
Schwarzenberg usó el software de elementos finitos para dividir cada modelo óseo en pequeñas zonas llamadas tetraedros que tienen una relación matemática entre sí. Él y Dailey simularon arreglar la parte inferior del hueso para que no se pudiera mover y cargarla parte superior del hueso en forma de giro rotacional de un grado. La técnica se llama prueba de torsión virtual.
"Entonces sabemos lo que le está sucediendo a los tetraedros en los bordes del hueso", dice Schwarzenberg. "Pero el análisis de elementos finitos le permite calcular lo que está sucediendo en los vecinos de esos tetraedros y luego en los vecinos de esos tetraedros, ycalcula todo el camino hasta que haya evaluado cada pieza dentro del hueso "
Esos cálculos revelaron cuánto se flexionó el hueso cuando estaba torcido.
"Desea hacer una prueba que pueda aplicar a todos, y un giro es el estándar", dice Dailey. "Proviene de la historia de la experimentación con animales. Teníamos una idea bastante buena de lo que sucede en los huesos deanimales a las 12 semanas, pero antes de hacer esto, nadie sabía cuánta curación estructural ha tenido lugar en humanos a las 12 semanas ".
El par luego usó las tomografías computarizadas para recrear digitalmente una versión saludable de la pierna de cada persona. Schwarzenberg realizó la misma prueba de torsión virtual en ese modelo saludable y luego midió la flexión de la pierna intacta contra la pierna fracturada. El porcentaje resultante ayudódeterminan qué tan rígido se comparó el hueso roto con el hueso sano. Cuanto más rígido era un hueso al principio del proceso de curación, más rápido podía soportar peso el paciente.
Schwarzenberg y Dailey descubrieron que sus resultados de la prueba mecánica virtual se correlacionaron significativamente con el tiempo que tardó cada paciente en sanar. También identificó claramente la instancia única de una falta de unión.
Dailey dice que el objetivo es producir una prueba de diagnóstico que pueda ayudar a los cirujanos a determinar si es necesaria una operación adicional. También podría ayudar a los médicos a determinar cuándo es seguro para los pacientes soportar peso, y podría ayudar a medir la efectividad de dispositivos comoestimuladores del crecimiento óseo que podrían ser alternativas a la cirugía en algunos casos sin unión.
Dailey y su equipo reconocen una falla en su diseño experimental: cómo caracterizan actualmente el callo.
"Hay muchos datos sobre las propiedades mecánicas del hueso", dice Schwarzenberg. "Es imposible obtener huesos de cadáver con callos porque el callo desaparece cuando un hueso roto está completamente curado. El hueso es esta estructura dura organizada, y el callo escasi como el cartílago. Se remodela en hueso, pero en los puntos temporales que estamos viendo, no esperamos que el callo tenga la misma estructura subyacente que el hueso. Creemos que lo estamos haciendo demasiado fuerte porque estamos usandoun modelo que se desarrolló a partir del hueso "
Schwarzenberg actualmente está tratando de llenar ese vacío de conocimiento en la Unidad de Investigación Musculoesquelética de la Universidad de Zurich, como parte del programa de Experiencias Internacionales de Investigación de Posgrado de Educación Internacional IIE-GIRE. Durante su beca de seis meses, está combinandotécnica virtual con un algoritmo de optimización para medir las propiedades mecánicas de los callos.
Para poder responder a la pregunta de si un hueso se está curando y cuándo es capaz de soportar peso es revolucionario, dice Dailey.
"Estas técnicas avanzadas de modelado y simulación brindan la oportunidad de responder preguntas fundamentales como '¿Cuáles son las propiedades mecánicas del hueso recién formado?' Preguntas que, créanlo o no, no se han abordado antes. Porque no es comopuedes llevar a una persona, cortar una pieza uniforme de material, luego ponerla en una máquina y probarla ", dice ella." Eso es imposible. Pero ahora podemos hacerlo de manera virtual ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Lehigh . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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