Ensayo estructural no destructivo utilizando microtomografía de rayos X para estimación de diferencias de densidad másica en muestras óseas de conejo / Non-destructive structural assay using X-ray micro-tomography to estimate mass density differences in rabbit bone samples

RESUMEN

Al realizarse estudios sobre muestras óseas para analizar características como dureza, densidad y salud, se suelen utilizar equipamientos que permiten la cuantificación de la densidad electrónica, proporcional a la densidad másica, que se relaciona directamente con la densidad mineral ósea. El test conocido como densitometría ósea se suele realizar con equipos de rayos X, ultrasonido o por medio de la utilización de isótopos radioactivos. Este estudio cuantifica la cantidad mineral ósea por superficie y suele ser utilizado para evaluar, entre otros, riesgos de fracturas o estado de osteoporosis. La técnica de tomografía computada utiliza imágenes bidimensionales de rayos X y métodos de reconstrucción tomográfica implementados en algoritmos computacionales para obtener información de la estructura interna de un objeto, de forma no destructiva. Equipamientos especialmente desarrollados logran obtener imágenes con resolución sub-milimétrica, dando lugar a la técnica conocida como micro-tomografía. La posibilidad de estudiar estructuras óseas con este grado de resolución y obtener imágenes morfológicas tridimensionales con información de la densidad electrónica, presenta una importante opción para estudios específicos sobre, entre otros, crecimiento de hueso y estudios de nuevos componentes que permiten acelerar el crecimiento de tejidos dañados. En el presente trabajo se analizan muestras óseas del cráneo de conejos donde se han dañado determinadas zonas y se han injertado diferentes sustancias tendientes a evaluar respuestas de reparación de tejido óseo. El análisis se realiza a los fines de estudiar la performance de la técnica de micro-tomografía desarrollada en laboratorio con el objetivo de observar su potencialidad en este tipo de estudios y la capacidad de estos análisis en la caracterización de las propiedades físicas de este tipo de muestras.

ABSTRACT

When performing studies on bone samples aiming at analyzing its physical characteristics such as hardness, density and health, typically it is used to utilize different equipment for the quantification of electron density, which results proportional to mass density, which is directly related to bone mineral density. The test known as bone densitometry is usually done using X-ray equipment, ultrasound or through the utilization of radioactive isotopes. This analysis quantifies the amount of mineral bone on a surface and is usually implemented to assess, among others, risks of fractures or the osteoporosis state in a patient. The computed tomography technique uses two-dimensional X-ray images and tomographic reconstruction methods implemented on computational algorithms to obtain information about the internal structure of an object in a nondestructively way. Specially developed equipment able to obtain images with sub-millimeter resolution, results in the technique known as micro-tomography. The ability to study bone structures at sub-millimeter levels and obtain three-dimensional morphological images with electron density information, presents an important option for specific studies on bone growth and studies on new components that allow the growth of damaged tissues. In this paper rabbits cranium bone samples where certain areas have been damaged and have been filled with different substances specially designed to evaluate repair responses on bone tissue are analyzed. The analysis is performed in order to study the performance of the micro-tomography technique developed in the laboratory in order to observe its potentiality in this type of studies and the ability of these analysis in the characterization of the physical properties of such samples.