Fragilidad relativa de fémures osteoporóticos evaluados con DXA y simulación de caídas con elementos finitos guiados por radiografías de urgencias Translated title: Relative fragility of osteoporotic femurs assessed with DXA and simulation of finite element falls guided by emergency X-rays

Abstract

Resumen Objetivo: El diagnóstico de osteoporosis se ha fundamentado en la medición de la densidad mineral ósea, si bien esta variable tiene una capacidad limitada en la discriminación de pacientes con o sin fracturas. La aplicación del análisis de elementos finitos (FE) sobre imágenes volumétricas de tomografía computarizada ha mejorado la clasificación de sujetos hasta 90%, aunque la dosis de radiación, complejidad y coste no aconsejan su práctica regular. Nuestro objetivo es aplicar el análisis FE a modelos tridimensionales con absorciometría radiológica dual (3DDXA), para clasificar pacientes con fractura osteoporótica de fémur proximal y sin fractura. Material y métodos: Se selecciónó una cohorte de 111 pacientes con osteoporosis densitométrica: 62 con fractura y 49 sin ella. Se utilizaron modelos FE sujetoespecíficos para el impacto, como la simulación estática de la caída lateral. Las simulaciónes de impacto permiten identificar la región crítica en el 95% de los casos, y la respuesta mecánica a una fuerza lateral máxima. Se realizó un análisis mediante un clasificador discriminativo (Support Vector Machine) por tipo de fractura, tejido y género, utilizando las mediciónes DXA y parámetros biomecánicos. Resultados: Los resultados mostraron una sensibilidad de clasificación del 100%, y una tasa de falsos negativos de 0% para los casos de fractura de cuello para el hueso trabecular en las mujeres. Se identifica la variable tensión principal mayor (MPS) como el mejor parámetro para la clasificación. Conclusión: Los resultados sugieren que el uso de modelos 3DDXA podría ayudar a discriminar mejor a los pacientes con elevado riesgo de fracturarse.

Translated abstract

Abstract Objetive: The diagnosis of osteoporosis has been based on the measurement of bone mineral density, although this variable has a limited capacity in discriminating patients with or without fractures. The application of finite element analysis (FE) on computed tomography volumetric images has improved the classification of subjects by up to 90%, although the radiation dose, complexity, and cost do not favor their regular practice. Our objective is to apply FE analysis to threedimensional models with dualenergy xray absorptiometry (3DDXA), to classify patients who present osteoporotic fracture of the proximal femur and those without fracture. Material and methods: A cohort of 111 patients with densitometric osteoporosis was selected: 62 with fracture and 49 without it. Subjectspecific FE models for impact were used, such as static simulation of lateral fall. Impact simulations allow identifying the critical region in 95% of cases, and the mechanical response to maximum lateral force. An analysis was performed using a discriminative classifier (Support Vector Machine) by fracture type, tissue and gender, using DXA measurements and biomechanical parameters. Results: The results showed a classification sensitivity of 100%, and a false negative rate of 0% for cases of neck fracture for trabecular bone in women. The variable major main stress (MPS) is identified as the best parameter for the classification. Conclusion: The results suggest that using 3DDXA models help in order to better discriminate patients with raised fracture risk.