Document 2530706

UlTRASONIDO CUANTITATIVO PARA MEDICION DE
FACTORES QUE INCIDEN EN LA CALIDAD DEL HUESO
Bustamante Paola, Coria Nadia,
Carrera de Bioingeniería. Facultad de Ingeniería
Universidad Nacional de San Juan
[email protected]
Resumen, El Ultrasonido Cuantitativo (QUS) es una técnica que utiliza el ultrasonido(US)para
evaluar la atenuacion del sonido(BUA) y la velocidad del sonido (SOS) en el hueso, a partir de estos
parámetros permite predecir fracturas relacionadas con patologías reumaticas, como por ejemplo la
osteoporosis. La predicción del riesgo de fractura con el BUA y el SOS es independiente de la
predicción del riesgo de fractura medido por la disminución de la masa ósea, lo q apoya el fundamento
teorico de que el US da infomracion acerca de variables que inciden en la calidad del hueso.
Actualmente se dispone de varios métodos diagnósticos para la evaluación de la osteoporosis. Estas son
técnicas que involucran radiación ionizante pero solo miden densidad osea(DMO). Se conoce que la
disminución del DMO en los pacientes solo explica el 70 % de las fracturas que se ocasionan, lo que
determina la existencia de otros parámetros tales como alteraciones en la microestructura ósea que no es
analizada mediante este tipo de radiación .Una técnica no invasiva y libre de irradiación, que proporciona
información acerca de la arquitectura y la elasticidad del hueso es el QUS.
Palabras claves: hueso, ultrasonido, fractura, osteoporosis, QUS, BUA , SOS, DMO
1. Introducción
Caracteristicas del QUS
El US es una onda mecánica, acústica, que
trasmite frecuencias no audibles por el ser
humano en rangos que superan los 20 Khz
y que permite apreciar propiedades
mecánicas
del hueso como la atenuación y la velocidad
con que el sonido atraviesa el hueso. No
produce radiación ionizante, es fácil de
utilizar y en sus otras aplicaciones médicas
no se han demostrado efectos colaterales.
Adicionalmente, el hecho de que pueda
predecir el riesgo de fractura en un
individuo, independientemente de su masa
ósea, sugiere que genera información acerca
de
la
estructura
anisotrópica
y
tridimensional del hueso.
El US no mide la masa ósea. Los
parámetros que mide el US son la
atenuación o BUA (broadband ultrasound
attenuation) y la velocidad del sonido a
través del hueso o SOS (speed of sound). El
BUA (fig. 1)es el producto de la absorción
de energía a través del paso de las
trabéculas, lo cual se mide en
decibelios en relación con la frecuencia con
que ocurre ese gasto, medido en Mhz. El
mecanismo de atenuación de la onda de
ultrasonido en el hueso trabecular
predominantemente es dispersión, mientras
la absorción predomina en el hueso cortical.
Este parámetro es el que más correlaciona
con la presencia de fracturas y su
información aporta datos sobre la densidad
ósea y la cantidad, estructura y orientación
trabecular.
Fig.1. Medicion de BUA
1
El SOS (fig. 2)indica la velocidad con que
el sonido puede atravesar el hueso, medido
en número de metros por segundo y su
resultado depende más de la elasticidad y
densidad ósea que de la orientación
trabecular como es el caso del BUA.
Fig.3
2. Tipos de Sistemas de QUS
disponibles
Fig.2 Medida del SOS
El BUA y el SOS están moderadamente
relacionados, con un coeficiente de
correlación de alrededor de 0,7. Esta
moderada correlación sugiere que están
influenciados por diferentes propiedades
del hueso.
La combinación matemática del BUA y el
SOS se denomina «coeficiente stiffness» .
La evaluación de estos parámetros, pueden
permitir deducir las propiedades mecánicas
del hueso, los cuales a su vez son
determinantes importantes de la rigidez y
resistencia frente a cargas y el subsiguiente
riesgo de fractura.
En 1984 Christian Langton describió por
primera vez la atenuación de la velocidad
del sonido asociada a la presencia de
osteoporosis haciéndolo una medida
cuantitativa, desde entonces hay un interés
creciente por el estudio de esta técnica dada
la larga historia de aplicaciones seguras en
otras áreas de la medicina y lo
relativamente barato de esta tecnología.
Hay varios sistemas disponibles para uso
clínico en la actualidad, que es muy
importante conocer porque la mayoría de
los estudios han sido realizados con los
sistemas
de calcáneo y es la técnica preferencial por
sus resultados.
Los diferentes sistemas de US de los que se
dispone en la actualidad son:
1) Sistemas de calcáneo basados en agua:
(fig. 4).Son los más utilizados y en éstos es
donde se han realizado la mayoría de los
estudios que determinan una utilidad clínica
para el US en la osteoporosis. Se puede
considerar al modelo Achilles como el
prototipo de estos sistemas; además de
medir la atenuación y la velocidad del
sonido calcula un índice llamado stiffness
(rigidez), definido como una combinación
de la velocidad normal y la atenuación del
sonido, el cual se calcula por la fórmula:
stiffness: 0,67 BUA + 0,28 SOS-420.
Se cree que este índice puede mejorar el
coeficiente de variación por encima de los
valores que dan la atenuación o la velocidad
solas.
La última generación de US de calcáneo
basados en sistemas de agua, como el
DTUONE, trae un software que permite
medir imágenes y una región de interés en
el hueso, lo que aumenta la precisión del
estudio, además de medir los datos con
relación a la atenuación del sonido y la
velocidad del sonido.
2
Fig.6
Fig.4
2) Calcáneos secos( fig.5) No utilizan el
agua, sino sistemas secos basados en
aplicación de geles que facilitan la
transmisión de las ondas acústicas. Se
considera al equipo CUBA clinical un
prototipo de éstos. Los valores
de BUA no están normalizados con relación
al grueso del talón en los sistemas clínicos,
aunque la versión para investigación sí lo
permite.
4) Tibia: Los de tibia miden el hueso
cortical de la parte media de la tibia, que
tiene muy fácil acceso al US sin mucho
tejido conectivo que lo rodee. Ha sido
investigado en centros como la Universidad
de Harvard y algunos estudios muestran
validez para el diagnóstico y predicción del
riesgo de fracturas. Se considera al Sound
Scan 2000 un prototipo de estos equipos.
La casa manufacturera menciona que el
hueso cortical de la tibia es el principal
contribuyente de la resistencia a fracturas.
3. Evaluación de osteoporosis
mediante QUS
Fig.5
3) Falanges: ( fig.6) Los equipos basados en
la medición de las falanges, usualmente la
distal de cuatro dedos y se fundamentan en
el hecho de que las falanges tiene una tasa
de recambio óseo similar al de otras partes
del cuerpo, en especial las vértebras, con
proporciones similares de hueso canceloso
y cortical. Se ha sugerido que las falanges
pueden servir para monitorizar pacientes
con artritis reumatoide.
La osteoporosis se puede definir como la
disminución de la densidad mineral ósea y
deterioro microestructural del tejido óseo,
con la subsecuente disminución en la
competencia mecánica del hueso y por lo
tanto un incremento en la susceptibilidad a
fracturas. La prevalencia creciente de la
osteoporosis, conjuntamente con la
importante morbilidad y mortalidad
asociada a esta entidad, hace necesario su
diagnóstico y manejo temprano, para
prevenir sus complicaciones.
La perdida de hueso trabecular en el
calcáneo es un buen predictor del riesgo de
osteoporosis.y por ello es el hueso de
preferencia del ultrasonido cuantitativo.
Desde una perspectiva clínica,el calcáneo
contiene una proporción de hueso
trabecular cercana al 90% y los cambios
metabólicos en el hueso relacionados a la
edad se manifiestan primero en el hueso
trabecular, de manera que el calcáneo es un
buen indicador del estatus del esqueleto. La
medición de la densidad mineral ósea en el
calcáneo ha demostrado ser un buen
predictor del riesgo de fractura de cadera en
la perimenopausia y en mujeres ancianas y
3
se correlaciona bien con las medidas de la
densidad mineral ósea en fémur.
Desde una perspectiva técnica, el calcáneo
es fácilmente accesible, con poca
superposición de tejido blando y las
superficies mediolaterales del hueso son
planas y paralelas, permitiendo una
excelente transmisión del ultrasonido.
La mayoría de las técnicas actuales miden
predominantemente hueso cortical. En el
mejor de los casos, los tomógrafos y las
proyecciones laterales de vértebras de los
equipos DEXA son las determinaciones que
actualmente dan cierta información sobre el
hueso trabecular.
El hueso trabecular es importante, ya que
aunque la mayor cantidad de masa ósea está
dada por la presencia de hueso cortical con
relación al trabecular (5:1), la mayor
cantidad de superficie de recambio y
renovación ósea es trabecular con relación a
la cortical (7:1). Además, después de un
período de reposo absoluto en cama se
puede perder hasta un 15% del hueso
trabecular y este hueso es el que
fundamentalmente está implicado en la
osteoporosis tipo I, el cual es el período de
tiempo donde se pierde la mayor cantidad
de masa ósea. Se considera que el hueso
trabecular manifiesta más tempranamente
los cambios osteoporóticos que el hueso
cortical(fig.7).
Fig. 7 Hueso trabecular
4. Comparación con otros métodos
A pesar de que el ultrasonido cuantitativo y
la densitometría ósea se emplean con las
mismas indicaciones, ambas técnicas se
basan en propiedades físicas distintas y
evalúan diferentes propiedades del hueso.
La densitometría ósea es dependiente solo
de la cantidad de tejido óseo mineralizado;
mientras que el ultrasonido cuantitativo
depende de otros factores, como la
conectividad, engrosamiento de las
trabéculas y anisotropía. Estas propiedades
son
referidas
colectivamente
como
«factores de calidad del hueso». Tanto la
masa ósea, como las propiedades mecánicas
se unen en el denominado «módulo
elástico», que se relaciona a la resistencia al
estrés y determinan la velocidad de
transmisión de la onda de ultrasonido a
través del hueso. A pesar de que la masa
ósea juega un papel de principal
importancia en determinar la resistencia del
hueso al estrés, la posibilidad de evaluar
separadamente la masa ósea y las
propiedades biomecánicas del hueso,
pueden permitir una mejor evaluación del
riesgo de fractura.
Actualmente se dispone de varios métodos
diagnósticos para la evaluación de la
osteoporosis, los cuales incluyen la
absorciometría de fotones simples (AFS), la
absorciometría dual de fotones (ADF), la
absorciometría
dual
de
rayos
X
(DEXA)(fig. 8)y la tomografía cuantitativa
de rayos X. Aunque son técnicas en general
seguras, que han probado plenamente su
utilidad, involucran radiación ionizante, son
realizados por aparatos costosos, y
adicionalmente no son fáciles de
transportar, lo que impide la realización de
estudios en comunidades con dificultades
para
la
movilización
(ancianos,
incapacitados, etc.).
Si bien la medición de la densidad mineral
ósea (DMO) por cualquiera de estas
técnicas, en especial con la tecnología
DEXA. se considera el gold standard en el
diagnóstico de la osteoporosis, la
disminución del DMO en los pacientes
afectados por la enfermedad sólo explica el
70%- 75% de las fracturas que se
ocasionan, lo que determina la existencia de
otros factores independientes involucrados
en la patogénesis de las fracturas además de
la masa ósea pico obtenida a los 40 años y
la pérdida ósea relacionada con la
menopausia y con la edad. La tendencia
propia a la caída en los ancianos y en
especial la calidad de la microestructura del
hueso son factores independientes de la
masa ósea, para la cual no hay evidencia de
que la tecnología actual de radiación
ionizante brinde una adecuada información.
4
Por ello se establece como una alternativa
de diagnostico el ultrasonido óseo
cuantitativo, una técnica no invasiva y libre
de irradiación, que proporciona información
no solo acerca de la densidad mineral ósea,
sino también acerca de la arquitectura y
elasticidad del hueso.
Fig. 8 DEXA
5. Conclusión
La mayor evidencia en el momento actual
sustenta la utilidad del US como predictor
de riesgo de fractura sobre todo a nivel del
calcáneo en poblaciones de edad, lo cual es
independiente de los resultados de los
estudios con DEXA, con los cuales
podemos considerar pobre su correlación.
La evaluación ultrasónica del hueso es una
técnica novedosa, para evaluación de la
osteoporosis, que por sus costes es atractiva
y que por la información que brinda parece
tener unas indicaciones propias en pacientes
mayores de edad, con incapacidad para
movilizarse y/o de escasos recursos
económicos y un complemento de la
tecnología DEXA de columna lumbar y
fémur sobre otros aspectos poco conocidos
del hueso,como la calidad ósea.
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