Tortuosidade e conectividade da rede trabecular do rádio distal a partir de imagens microtomográficas / Trabecular network tortuosity and connectivity of distal radius from microtomographic images

A osteoporose é uma doença que causa perda de massa óssea e deterioração da estrutura trabecular. A rede formada pelo osso trabecular é muito importante para estabelecer a competência mecânica do esqueleto. Estudos mostram que a microarquitetura trabecular pode elevar a predição do risco de fratura para cerca de 90 por cento , por isso a sua investigação é de grande interesse da comunidade científica. Vários parâmetros estão relacionados à competência mecânica da estrutura óssea, entretanto, a tortuosidade trabecular ainda não foi seriamente levada em consideração e sua contribuição é desconhecida. Neste trabalho, o enfoque está direcionado à estimativa da tortuosidade trabecular e sua correlação com a conectividade, através da característica de Euler-Poincaré, para amostras do osso rádio distal in  vitro, a partir de imagens de microtomografia computadorizada. Um método para estimar a tortuosidade do volume trabecular é apresentado e a tortuosidade é computada para os dois sentidos das três direções do volume. Os resultados apresentam valores distintos da tortuosidade dependendo da qualidade da rede trabecular e uma correlação positiva (r  =   0,64) com a característica de Euler-Poincaré; além disso, observa-se que a tortuosidade busca alinhar-se nas direções de maiores tensões e compressões imprimidas à rede trabecular. Tais resultados evidenciam a importância da tortuosidade como parâmetro estrutural da rede trabecular.

Osteoporosis is disease causing bone mass loss and deterioration of the trabecular structure. The trabecular network is very important to establish the mechanical competence of the skeleton. It is known that the trabecular microarchitecture can improve the fracture risk prediction up to 90 percent , for this reason the trabecular bone investigation has become of great interest for the scientific community. Several parameters provide structural details of the bone mechanical competence, however, the trabecular network tortuosity has not been seriously taken into account yet and its contribution is unknown. This paper directs attention to the trabecular tortuosity estimation and its correlation to the connectivity, through Euler-Poincaré characteristic, from in  vitro distal radius bone samples by micro-computed tomographic images. A method to estimate the trabecular bone tortuosity is presented and its value is computed for both directions of the three volume axis. The results indicate that the trabecular tortuosity depends on the trabecular network quality and a positive correlation (r  = 0.64) with the Euler-Poincaré characteristic. Inasmuch, it has been observed that the tortuosity tends to get aligned in the direction of main stress imposed on trabecular bone network. These results support the tortuosity as an important structural parameter.

Característica de Euler-Poincaré aplicada para identificar baixa densidade óssea a partir de imagens tomográficas de vértebras / The Euler-Poincaré characteristic applied to identify low bone density from vertebral tomographic images

A densidade mineral óssea (DMO) é o exame padrão-ouro para o diagnóstico da osteoporose. No entanto, sabe-se que apenas essa medida não é suficiente para identificar completamente a fragilidade óssea e o conseqüente risco de fratura, tornando-se necessário a investigação da estrutura óssea. OBJETIVOS: Avaliar se a característica de Euler-Poincaré (CEP) para analisar a conectividade do osso trabecular poderia fornecer um suporte adicional na identificação da deterioração da estrutura óssea. MATERIAIS E MÉTODOS: Analisou-se um conjunto de imagens formando disectors, obtidas da tomografia computadorizada de vértebras lombares, a partir dos quais foi estimada a característica Euler-Poincarè.(CEP). Para lidar com o processamento de imagens dos disectors, foi desenvolvido um programa de computador usando o GTK+ para MS-Windows. Os resultados foram comparados com a DMO. RESULTADOS: Verificou-se que a medida da CEP está correlacionada com os resultados obtidos por meio da DMO para as vértebras lombares. Ficou demonstrado também que a área de conectividade das trabéculas que é propagada ao longo dos disectors corrobora para assegurar que os resultados da CEP sejam consistentes com a medida da DMO. CONCLUSÕES: A aplicação da CEP na análise das tomografias vertebrais poderá vir a se constituir num método para avaliar a estrutura óssea trabecular, e sua correlação com a resistência mecânica do osso, sendo necessários porém mais estudos para confirmar esses dados.

The bone mineral density (BMD) is the gold standard test for the diagnosis of osteoporosis. Nevertheless, it is known that only this measurement is not sufficient to completely identify bone fragility and the consequent risk of fracture, becoming necessary the investigation of the bone structure. OBJECTIVES: Evaluate if the Euler-Poincaré characteristic (EPC) for the analysis of the connectivity of the trabecular bone could supply an additional support in identifying the deterioration of the bone structure. MATERIALS AND METHODS: A group of images forming dissectors were analyzed, obtained from the computerized tomography of the lumbar vertebrae, from which the Euler-Poincarè characteristic (EPC) was estimated. To deal with the processing of images of the dissectors, a computer program was developed using the GTK+ for MS-Windows. The results were compared to the BMD. RESULTS: It was verified that the measurement of the EPC is correlated with the results obtained by means of the BMD for the lumbar vertebrae. It was also demonstrated that the area of connectivity of the trabecular that is propagated over the dissectors corroborates to ensure that the results of the EPC are consistent with the BMD measurement. CONCLUSIONS: The application of ECP in the analysis of the vertebral tomographies could constitute a method to evaluate the trabecular bone structure, and its correlation with the mechanical resistance of the bone, however being necessary more studies to confirm this data.