Structural parameters determining the strength of the porcine vertebral body affected by tumors
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2011
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Abstract
Los factores de riesgo de fractura para pacientes afectados por metástasis en la columna vertebral no están claros. Los parámetros estructurales que explican el debilitamiento de la vértebra no han sido determinados. En este trabajo, desarrollamos un modelo de elementos finitos para predecir la resistencia de la vértebra afectada por tumores, y usamos este modelo para encontrar los parámetros estructurales que determinan la resistencia. Trece vértebras porcinas fueron aisladas y escaneadas. A ocho muestras se le crearon defectos artificiales. Luego todas las muestras fueron escaneadas nuevamente y comprimidas hasta la falla. Se crearon modelos de elementos finitos desde las imágenes del escaneo. Se usó un modelo de material elasto plástico y propiedades mecánicas relacionadas con el nivel de gris de la imagen. Se encontró una alta correlación entre las cargas de fluencia del modelo y las experimentales (r=0.964, p<0.001).
Una vez que el modelo fue validado, se generaron modelos de la vértebra intacta y siete defectos diferentes. Los resultados mostraron que la mínima masa mineral en una sección transversal fue el mejor predictor de la resistencia normalizada por la resistencia de la vértebra intacta (r=-0.972,p<0.001). Se definió un parámetro de sensibilidad como la pendiente de la regresión entre la resistencia normalizada y la fracción de área del defecto. Este análisis mostró que vértebras con mayor densidad mineral son más sensibles al crecimiento de un tumor (r=0.889, p<0.001). En general, se concluye que los parámetros de área son mejores predictores que los volumétricos, y que incluir la masa mineral mejora la correlación con la resistencia.
Una vez que el modelo fue validado, se generaron modelos de la vértebra intacta y siete defectos diferentes. Los resultados mostraron que la mínima masa mineral en una sección transversal fue el mejor predictor de la resistencia normalizada por la resistencia de la vértebra intacta (r=-0.972,p<0.001). Se definió un parámetro de sensibilidad como la pendiente de la regresión entre la resistencia normalizada y la fracción de área del defecto. Este análisis mostró que vértebras con mayor densidad mineral son más sensibles al crecimiento de un tumor (r=0.889, p<0.001). En general, se concluye que los parámetros de área son mejores predictores que los volumétricos, y que incluir la masa mineral mejora la correlación con la resistencia.
Description
Tesis (Master of Science in Engineering)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2011