Anális morfológico, biomecánico y textural de imágenes de densitómetro central DEXA como complemento diagnóstico de la osteoporosis

Resumen

Objetivo Evaluar la posibilidad de analizar, asistidos por computador, imágenes densitométricas digitalizadas de la cadera obtenidas mediante DEXA, para obtener no solamente datos densitométricos sino también macroestructurales, microestructurales y biomecánicos; y establecer las relaciones entre ellos. Diseño del estudio: Estudio observacional de casos y controles. Sujetos y grupos: Personas del sexo femenino a los que se les había realizado una DEXA previamente, no habían recibido tratamiento para la osteoporosis (se aceptaba calcio y vitamina D) y no presentaban concomitantemente ninguna patología relacionada con el metabolismo óseo. Se seleccionaron imágenes densitométricas DEXA de cadera de 14 mujeres con DMO en rango normal, de 15 mujeres osteopénicas y de 13 osteoporóticas, efectuando sobre ellas un análisis morfológico, biomecánico y textural-fractal mediante el aplicativo informático Q-Bone®. Resultados: La edad media de las pacientes analizadas fue de 59 años, de las cuales un 40% tenían más de 65 años. Estratificando por DMO, la edad fue de 52 años para el grupo con DMO en rango normal, 62 años para el grupo osteopénico y 64 años para los pacientes con osteoporosis. Se comprobó que existían diferencias significativas en relación con la edad (p<0.05) entre los grupos de pacientes con DMO en rango normal y osteoporótico, y el grupo normal y osteopénico. En cuanto a las variables densitométricas, la DMO media en el cuello femoral fue de 1,018 +/- 0.082 g/cm2 para el grupo normal, 0.843+/- 0.059 g/cm2 para el grupo osteopénico y 0.676+/- 0.136 g/cm2 para el grupo osteoporótico. Para la variable CMO en cuello femoral los resultados obtenidos fueron 30,5 +/- 3,2 g, 26,3 +/- 2,6 g y 20 +/- 4,4 g, respectivamente. Se realizaron estudios de correlación de Pearson entre la DMO y el resto de variables. Se demostró que a medida que aumenta la edad, la DMO en todas las áreas de la cadera disminuye linealmente y de forma significativa (p<0,05). La DMO total de la cadera se incrementa con el IMC (p<0,05). Ambos son hallazgos típicos para las dos variables. En cuanto a las variables macroestructurales y la DMO, el AST (relacionado con el diámetro interno y por tanto con el grosor cortical) se correlaciona fuertemente con la DMO (r=0,310; p<0,01). El resto no muestran correlación. Las variables microestructurales en cuyo cálculo se incluyen variables de masa (es decir, los índices ópticofractales), se correlacionan con la DMO de forma directamente proporcional (r=0,4; p<0,01); pero en el cuello y el triángulo de Ward, no en el trocánter. En cuanto a la biomecánica, únicamente el buckling ratio se correlaciona con la DMO (r=-0,486; p<0,01), que es el factor de inestabilidad de la cadera que relaciona el grosor cortical con el radio del cuello femoral. Es especialmente sensible para la detección de patrones de cuello femoral con la cortical muy fina. El resto de variables, ni las de Yoshikawa (IF y SF, más influidas por la macroestructura clásica) ni el momento de inercia (MIST) o el módulo de la sección (MS), ambas influidas por el radio al la cuarta potencia del cuello femoral y que indican la distribución de la masa desde el centro del canal medular hacia el exterior, se correlacionan con la DMO. Si se comparan las variables macroestructurales no se encuentran diferencias significativas para las variables macroestructurales que capturan medidas geométricas, como son el LEC (longitud del eje de la cadera), DECF (diámetro externo del cuello femoral) o DICF (diámetro interno del cuello femoral), entre los grupos atendiendo a la DMO (N/OPN/OP). Tampoco se observa con el grosor de las corticales de forma directa, pero sí con las variables AST (area de sección transversal) y Xc (centro de masas), que están relacionadas con la distribución de la masa ósea en el espacio, y que parecen cambiar según los grupos N/OPN/OP; al igual que se ha comentado en las variables densitométricas. Se realizaron estudios de correlación de Pearson entre las variables macroestructurales y el resto de variables. Las variables macroestructurales , no varían significativamente con la edad, a excepción del AST (r=-0,540; p<0,01) que está relacionado con la distancia del endostio al centro del canal medular (y por tanto con el diámetro interno). El AST suele disminuir con la edad y es uno de los factores de riesgo de fractura más reconocidos. También se observa una correlación del AST con la DMO (r=0,310; p<0,05). En cuanto al resto de variables macroestructurales, el diámetro interno se correlaciona con el factor de seguridad y el índice de caída (r=-0,344; p<0,05). El resto no muestran correlaciones importantes. Se analizaron las variables microestructurales, el análisis estadístico mostró que ninguna variable textural tanto del análisis fractal unidireccional (DF2D, DF3D) como del análisis fractal multidireccional (iso-anisotropía) resultó tener una relación significativa con los grupos de pacientes categorizados por DMO. Se puede observar que cuando se combina la variable Lpx (luminosidad media) con variables fractales (provenientes del análisis textural de la imagen) para obtener los índices óptico-fractales, los resultados estadísticos mejoran sustancialmente, encontrando grados de significación mayores entre los pacientes categorizados por DMO y los IOF que entre las categorías de DMO y las DF2D o DF3D. Esto es lógico considerando que los IOF combinan masa con estructura en distintas proporciones. Se realizaron estudios de correlación de Pearson entre las variables microestructurales y el resto de variables. Aparentemente solo correlacionan con la edad las variables microestructurales que más se relacionan con la DMO: IOF-I (p<0,05). A mayor edad, menor IOF, con un r en torno a 0,4. Dentro del grupo específico de pacientes osteoporóticas se pierde la correlación, lo que da idea de que estas variables microestructurales que incluyen masa en su cálculo están incluyendo los cambios en la DMO. En cuanto a la correlación con la DMO, la variable microestructural de masa IOF-I correlaciona bien con la DMO y la CMO de la misma región de la cadera (r=0,473; p<0,05) excepto en el trocánter. A mayor DMO mayor IOF, de modo que son proporcionales. La DF3D, que es una medición pura de microestructura, no correlaciona con la DMO, ni tampoco lo hace la iso-anisotropía por los mismos motivos. Por lo tanto, se puede concluir que las variables óptico-fractales, que añaden la luminosidad al cálculo (como medida de masa) como son el IOF-I y por otro lado la DF2D que es una variable microestructural cercana a la masa, mejoran la correlación encontrada frente a las variables estructurales más puras (DF3D, IOF-II, iso-anisotropía) con respecto a la DMO en valores absolutos, con la excepción del trocánter. La correlación entre la macroestructura y la microestructura es variable según las localizaciones medidas para el análisis microestructural. En general, en el cuello y en el triángulo la mayor correlación se da entre las variables microestructurales que ponderan la masa en mayor medida, como el IOF-I con el AST (r=0,445; p<0,01), de modo que a mayor IOF mayor AST y viceversa. También se observa una fuerte correlación entre el DF2D y el AST (r=0,573; p<0,01), siendo el DF2D el análisis fractal en el que la masa ósea tiene alguna influencia, a diferencia del DF3D que no muestra correlación. Por el contrario, el grosor cotical solo parece correlacionarse con el DF3D en cualquier localización (el análisis fractal que pondera más la microestructura en detrimento de la masa). Por ejemplo, DF3D en cuello con el grosor cortical superior (r=0,363; p<0,05); de modo que a mayor DF3D mayor grosor de la cortical. El trocánter se comporta de forma diferente al cuello y triángulo, de modo que no se observa correlación entre las variables microestructurales de masa y el AST, pero sí entre DF3D y el grosor cortical. La correlación entre la microestructura y la biomecánica nos indica que, en cuello femoral, correlaciona mejor el MIST y el BR (que correlacionaba particularmente bien con la DMO), con las variables microestructurales de masa DF2D y IOF-III. En todos los casos, a mayor valor de DF2D e IOF, mayor MIST y menor BR (es decir, mejor biomecánica). Sin embargo, DF3D no correlaciona con ninguna variable biomecánica, aunque IOF-II (el índice óptico-fractal más de estructura) sí lo hace con el BR y el FS. En el trocánter no se observa correlación entre ninguna variable microestructural y la biomecánica. En cuanto a las variables biomecánicas en el análisis estadístico se obtiene lo siguiente: ni para la variable Momento de Inercia de la Sección Transversal (MIST) ni para el Modulo de la Sección (MS) se encontraron diferencias significativas para los tres grupos de pacientes categorizados por DMO (N/OPN/OP). La variable Buckling Ratio (BR), medida de la inestabilidad cortical, por el contrario presentó una alta correlación para los distintos grupos de pacientes atendiendo a las categorías normal/osteopénico/osteoporótico (p<0.01), aumentado su valor en el grupo osteopénico y osteoporótico, con respecto al grupo normal. En cuanto a las variables Factor de Seguridad (FS) e Indice de Fractura (IF) no se observó correlación con los grupos de DMO, exceptuando los grupos normal/osteopénico (p=0,05). Tampoco los índices corregidos mostraron correlación con los grupos de DMO. Se realizaron estudios de correlación de Pearson entre las variables biomecánicas y el resto de variables. La edad se correlaciona de forma muy significativa con el momento de inercia (MIST) y el módulo de la sección (MS) (p<0,01) y también aunque en menor medida con el Bucling Ratio (BR). Por el contrario, no muestra correlación con las variables de Yoshikawa Factor de Seguridad (FS) e Indice de Fractura (IF) en la cohorte global de estudio. Sin embargo, específicamente en el grupo osteoporótico sí se encuentra correlación entre FS, IF y la edad (p<0,05), lo que sugiere que en el grupo de pacientes osteoporóticas estas variables varían con la edad de forma más acusada que en las pacientes con DMO normal, por lo cual podrían identifican una población en principio susceptible de un mayor riesgo de fractura. Esta hipótesis se corrobora con el hecho de que FS y IF se correlacionan con el MS y el MIST en el grupo osteoporótico, pero no en la cohorte global. Para finalizar el estudio comparativo entre variables macroestructurales, microestructurales, biomecánicas y densitométricas, se determinaron los modelos predictivos de las variables biomecánicas. Se observa que más del 80% del valor del MIST viene determinado por el AST, la DMO y el IOF-1 de cuello (r2 =0,883), y de ellos, el 80% puede atribuirse al AST. La adición de la edad, las variables de Yoshikawa (FS, IF) y los índices fractales DF2D y DF3D no incrementan de forma significativa la capacidad predictiva del modelo. Conclusiones: Es posible analizar ciertos aspectos de la microestructura, macroestructura y biomecánica a partir de imágenes densitométricas. Las variables morfológicas y biomecánicas analizadas se correlacionan de forma independiente a la DMO con otros factores de riesgo de fractura como la edad, indicando que aportan información sobre calidad ósea complementaria a la información de cantidad ósea que ofrece la DMO. Tanto la DMO como las variables macroestructurales y algunas microstructurales (IOF) se correlacionan con la biomecánica. La correlación entre macroestructura/microestructura y biomecánica es, en una proporción significativa, independiente de la correlación entre DMO y biomecánica; de modo que el análisis macro/microestructural aporta información biomecánica relevante más allá de la DMO. Entre la macro y la microestructura, se observa que las variables biomecánicas que pueden evaluarse mediante densitometría son altamente dependientes de las variables macroestructurales, más que de la microestructura. Por tanto, esta estimación biomecánica no ofrece una evaluación global sino parcial de lo que podría ser el riesgo de fractura; sin embargo, proporciona una valiosa información de resistencia esquelética independiente y complementaria a la DMO. En conjunto, el análisis de calidad ósea realizado sobre imágenes densitométricas complementa el análisis de cantidad ósea tradicional (DMO) y permite una mejor estimación de las diferentes variables que impactan en el riesgo de fractura de la cadera.