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ES3036180A1 - Metodo implementado por ordenador de evaluacion personalizada del estimulo atractor para modelos de remodelacion osea, a partir de imagenes tomadas a un paciente - Google Patents

Metodo implementado por ordenador de evaluacion personalizada del estimulo atractor para modelos de remodelacion osea, a partir de imagenes tomadas a un paciente

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ES3036180A1
ES3036180A1 ES202530176A ES202530176A ES3036180A1 ES 3036180 A1 ES3036180 A1 ES 3036180A1 ES 202530176 A ES202530176 A ES 202530176A ES 202530176 A ES202530176 A ES 202530176A ES 3036180 A1 ES3036180 A1 ES 3036180A1
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ES
Spain
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stimulus
representative
region
rsf
bone
Prior art date
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Pending
Application number
ES202530176A
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English (en)
Inventor
Gil Jorge Guitierrez
Soriano Enrique Nadal
Garcia Juan José Rodenas
Vicente Carlos Manuel Atienza
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
INST DE BIOMECANICA DE VALENCIA
Universidad Politecnica de Valencia
Instituto de Biomecanica de Valencia CSIC
Original Assignee
INST DE BIOMECANICA DE VALENCIA
Universidad Politecnica de Valencia
Instituto de Biomecanica de Valencia CSIC
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Filing date
Publication date
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Priority to ES202530176A priority Critical patent/ES3036180A1/es
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Abstract

Método implementado por ordenador, de evaluación personalizada del estímulo atractor para modelos de remodelación, que comprende las siguientes etapas: obtener (100) una imagen médica de una estructura ósea (E) a estudiar; definir (200) unos estados de carga representativos (LS1, LS2, LS3) de dicha estructura ósea; calcular (300) por análisis numérico estructural, las tensiones y/o deformaciones mecánicas que aparecen en la estructura ósea durante los estados de carga representativos; seleccionar (400) una región representativa de estímulos (RSF), de la estructura ósea (E); y calcular (500) el estímulo atractor (ΨA) correspondiente a dicha región representativa de estímulos (RSF), a partir de los valores del estímulo a nivel de tejido (Ψt) que a su vez se calcula a partir del estímulo a nivel continuo (Ψ) en la región representativa de estímulos, (RSF).

Description

MÉTODO IMPLEMENTADO POR ORDENADOR DE EVALUACIÓN PERSONALIZADA DEL ESTÍMULO ATRACTOR PARA MODELOS DE REMODELACIÓN ÓSEA, A PARTIR
DE IMÁGENES TOMADAS A UN PACIENTE
Sector de la técnica
La invención pertenece a los campos técnicos de la biomecánica y la medicina preventiva, siendo de especial aplicación, por ejemplo y sin carácter limitativo, en diseño de implantes óseos, así como en la práctica clínica.
Estado de la técnica
Una de las necesidades más relevantes de la biomecánica y la medicina preventiva es obtener modelos numéricos personalizados para cada paciente. Especialmente, los modelos numéricos destinados a estimar la reconstrucción ósea, ya que, por su precisión, reducido coste en comparación con métodos experimentales y su carácter no-invasivo, son de especial utilidad en el diseño de prótesis e implantes y, además, permiten realizar seguimientos médicos individualizados a cada paciente.
Actualmente, es posible crear modelos numéricos a partir de datos bibliográficos ya existentes. Sin embargo, estos modelos solo pueden usarse para describir el comportamiento genérico de una población, pero no en los contextos del diseño protésico personalizado y de la medicina personalizada. Por otro lado, los métodos de extracción de parámetros de remodelación ósea existentes son económicamente costosos y, en algunos casos, éticamente cuestionables, como en el caso descrito por L.E. Lanyon y sus colaboradores en el artículo “Bone Deformation Recorded In Vivo From Strain Gauges Attached To The Human Tibial Shaft”. Acta Orthopaedica Scandinavica, número 46, páginas de la 256 a la 268, publicado en 1975, donde se muestra la colocación de una galga extensométrica directamente sobre la superficie de la tibia de un sujeto vivo para extraer información del comportamiento mecánico del hueso.
Un parámetro esencial en la formulación de los modelos numéricos de remodelación ósea en función del tiempo, es el llamado estímulo atractor, ¥¿, (también conocido como estímulo de mantenimiento, homeostático o de referencia), del tejido óseo, medido a nivel de tejido.
De hecho, tomando como base el estímulo atractor, ¥¿, Beaupré y Cols., en su artículo “An Approach for Time-Dependent Bone Modeling and remodelling-Theoretical Development”. Journal of Orthopaedic Research. Número 8 (1990), páginas 651-661, formulan un algoritmo de remodelación ósea dependiente del tiempo que permite modelar el proceso de creación/reabsorción del tejido óseo. Dicho algoritmo considera que el tejido óseo trabecular, desde un punto de vista macroscópico, es isótropo y supone que los fenómenos microestructurales pueden modelarse mediante su comportamiento continuo, promedio o "aparente", teniendo dicho comportamiento la suficiente homogeneidad espaciotemporal para la aplicación de la mecánica de medios continos y sus ecuaciones diferenciales.
A lo largo de la presente descripción se empleará la acepción de dicho parámetro más aceptada dentro de la técnica, entendiéndose -por tanto- que el estímulo atractor ( ¥¿ ) es, esencialmente, la cantidad diaria de estímulo a nivel de tejido, ¥ t , necesario preservar la densidad ósea aparente. Para ello se calcular -a su vez- el denominado estímulo a nivel continuo, ¥ , para un caso de cargai,según la siguiente ecuación:
donde:
nes el número de ciclos asociados a cada una de las cargasi,
m es la tensión efectiva a nivel continúo, inducida por la cargai,y
mes el exponente de tensión, un parámetro que pondera la importancia de la frecuencia y la intensidad de la cargai.
El de estímulo a nivel de tejido se calcula mediante la llamada Ley de Potencia, que relaciona el estímulo a nivel continuo ¥ , con el estímulo al nivel del tejido óseo,¥t :
donde:
pes la densidad aparente;
Pces la densidad del hueso cortical (totalmente saturado);
Por lo tanto, representa el estado de estimulación que hace que la densidad ósea se mantenga, de manera tal que, si el estímulo mecánico a nivel de tejido,Wt ,es menor que el atractor, el tejido óseo estaría poco solicitado y tendería a reabsorberse (disminuir su densidad), mientras que, si el estímulo mecánico es mayor que el atractor, el tejido óseo estaría muy solicitado y tendería a densificarse (aumentar su densidad).
También se conoce emplear diversos estímulos atractores genéricos, de referencia, es decir, no específicos para un sujeto, en modelos de remodelación ósea tal y como describen por ejemplo por J. Martínez-Reina y Cols. en su artículo “On the Use of Bone Remodelling Models to Estimate the Density Distribution of Bones. Uniqueness of the Solution”, PLoS ONE 1, 11 2 (2015), o J. Martínez-Reina y Cols. en su artículo “A bone remodelling model including the directional activity of BMUs”, Biomechanics and Modeling in Mechanobiology, 8, pp. 111-127 (2009). No obstante, las estimaciones propuestas están basadas en aproximaciones genéricas, de tipo puramente teórico, por lo que su validez puede variar notablemente, de un paciente específico a otro.
Por otro lado, A. Calvo-Echenique y cols. en su artículo “Numerical simulations of bone remodelling and formation following nucleotomy”, Journal of Biomechanics, 88, pp. 128-147, (2019), describen otras formas de calcular el estímulo atractor, que no están basadas en fundamentos teóricos sino en cálculos cuantitativos, si bien no permiten llevar a cabo una estimación individualizada, para cada paciente.
También se han desarrollado métodos de aproximación cualitativa del estímulo atractor en función de la edad del paciente, en base a tendencias teóricas y con aplicación en la simulación de remodelación ósea, tales como los divulgados, por ejemplo, por A. Papastavrou y cols, en su artículo “On age-dependent bone remodelling”, Journal of Biomechanics, 103 109701, (2020). No obstante, estas estimaciones también están basadas en aproximaciones genéricas y teóricas, por lo que adolecen de las mismas desventajas ya descritas anteriormente.
Además, se conocen otras formas de estimación teórica del valor del estímulo atractor, con aplicación en la simulación de remodelación ósea, por ejemplo las divulgadas por: G. S. Beaupré y cols. en el artículo “An Approach for Time-Dependent Bone Modeling and remodelling-Theoretical Development”, Journal of Orthopaedic Research, 8, pp. 651-661, (1990), o por G. S. Beaupré y cols., en su artículo “An approach for time-dependent bone modeling and remodelling-application: a preliminary remodelling simulation”, J. Orthop Res, 5:663-70, (1990). Estas otras estimaciones se basan, igualmente, en aproximaciones genéricas teóricas, por lo que presentan los mismos inconvenientes ya mencionados.
En vista de todo lo anterior, se requiere desarrollar alguna solución alternativa para la predicción de remodelación ósea basada en el cálculo del estímulo atractor, que pueda realizarse de forma individualizada para cada paciente o sujeto y sin que para ello se necesite generar modelos numéricos pesados, tales como modelos numéricos a nivel trabecular, ni tampoco datos que vayan más allá de los obtenidos habitualmente en la práctica clínica.
Sumario
La presente invención pretende abordar las desventajas e inconvenientes arriba descritos de las técnicas anteriormente mencionadas. Para ello, un primer objeto de la misma se refiere a un método, implementado por ordenador, de evaluación personalizada del estímulo atractor para modelos de remodelación ósea, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:
a) obtener al menos una imagen médica de una estructura ósea, objeto de estudio; b) definir unos estados de carga representativos del uso de la estructura ósea;
c) emplear unos medios de procesamiento del ordenador para calcular, mediante análisis numérico estructural, las tensiones y/o deformaciones mecánicas que aparecen en la estructura ósea durante los estados de carga representativos;
d) seleccionar con los medios de procesamiento del ordenador una región representativa de estímulos, RSF, de la estructura ósea mostrada en la imagen médica, en base a los resultados obtenidos en la etapa anterior; y
e) calcular con los medios de procesamiento del ordenador el estímulo atractor correspondiente a dicha región representativa de estímulos, RSF, a partir de los valores del estímulo a nivel de tejidoWten la región representativa de estímulos, RSF.
Gracias al método según la invención, será posible predecir cómo será la remodelación de una estructura ósea (objeto de estudio), de forma individualizada para cada paciente, ya que dicho método basa la predicción en el valor del estímulo atractor obtenido a partir de imágenes médicas reales de la estructura ósea del paciente en cuestión. Por el contrario, los métodos de predicción ya conocidos en la técnica, utilizan, en mayor o menor medida, meras aproximaciones genéricas teóricas, por lo que conducen a unos resultados no personalizados, menos precisos y menos fiables.
Además, para poder llevar a cabo dicho método, se utilizarán datos habitualmente obtenidos en la práctica clínica como, por ejemplo y sin carácter limitativo, una imagen medica de Tomografía Computarizada convencional (CT-scan), no siendo necesario recopilar otros datos que vayan más allá de los obtenidos habitualmente en la práctica clínica.
En una primera realización del método de evaluación personalizada del estímulo atractor para modelos de remodelación ósea según la presente invención, la selección de la región representativa de estímulos, RSF, de la estructura ósea, comprende las siguientes sub-etapas adicionales:
- calcular la posición del plano medio de la estructura ósea, definido como el plano transversal situado a mitad de su longitud;
- localizar el punto de la estructura ósea perteneciente al plano medio, para el cual se obtiene el valor más alto de la deformación mecánica, de todos los estados de carga representativos; y
- seleccionar como región representativa de estímulos, RSF, aquella región que tiene su centro en el punto obtenido en la sub-etapa anterior y se extiende desde dicho centro una longitud predefinida a lo largo cada eje del espacio;
Además, en la realización del método de la invención descrito en el párrafo anterior, el estímulo atractor , se calcula como el valor promedio del estímulo a nivel de tejidoWt ,en la región representativa de estímulos, RSF.
En una segunda realización del método de evaluación personalizada del estímulo atractor para modelos de remodelación ósea según la presente invención, la región representativa de estímulos (RSF) de la estructura ósea es aquella región en la que los valores máximos de las deformaciones mecánicas provocadas por los estados de carga representativos se encuentran dentro de un rango fisiológico determinado, también denominado ventana adaptada. Además, en la realización del método de la invención descrito en el párrafo anterior, el estímulo atractor se calcula como el valor promedio del estímulo a nivel de tejidoWten la región representativa de estímulos RSF de la estructura ósea.
Preferiblemente, en la segunda realización del método de evaluación personalizada según la presente invención, dicho rango predefinido de valores máximos (o ventana adaptada) de las deformaciones mecánicas es el comprendido entre 50 y 1.500 De forma aún más preferida, dicho rango predefinido de valores máximos de las deformaciones mecánicas es el comprendido entre 225 y 1.250^ s.
En una tercera realización del método de evaluación personalizada del estímulo atractor para modelos de remodelación ósea según la presente invención, la región representativa de estímulos (RSF) de la estructura ósea es aquella región en la que se minimiza la diferencia total de los valores del estímulo a nivel de tejido ¥ t . Además, en esta tercera realización del método de la invención descrito en el párrafo anterior, el estímulo atractor es aquel valor que minimiza la tasa de remodelación ósea f r (¥¿) definida por:
donde
r es la tasa de remodelación ósea del vóxel /; y
Nrel número de vóxeles en la región representativa de estímulos.
A lo largo de la presente descripción, debe entenderse que un vóxel, o píxel volumétrico, es la unidad con forma de paralelepípedo rectangular que compone un elemento tridimensional, siendo en el caso descrito en el párrafo anterior, la región representativa de estímulos un conjunto de vóxeles.
Un segundo objeto de la presente invención se refiere a un medio legible por ordenador que comprende instrucciones, las cuales, al ejecutarse en un ordenador hacen que dicho ordenador lleve a cabo las etapas de unos de los métodos de evaluación personalizada del estímulo atractor para modelos de remodelación ósea, según el primer objeto de la invención, arriba descritos.
En el contexto de la presente invención, debe entenderse que un ordenador esto todo aquel dispositivo provisto de medios de procesamiento capaces de ejecutar instrucciones lógicas tales como, por ejemplo: ordenadores portátiles, ordenadores de sobremesa, tabletas, teléfonos móviles inteligentes (en inglés, smartphones) y relojes inteligentes (en inglés, smartwatches).
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es un diagrama de flujo que muestra las etapas de las que consta un método de evaluación personalizada del estímulo atractor para modelos de remodelación ósea, según la presente invención.
La Figura 2 muestra esquemáticamente los estados de carga representativos asociados a un ciclo de caminado, que se emplean en un método empleado según la Figura 1;
Las Figura 3a, 3b, 3c y 3d son figuras esquemáticas que muestran la distribución de la densidad aparente en la estructura ósea objeto de estudio en el método de la Figura 1, obtenidas durante una sub-etapa intermedia de la etapa de cálculo de las tensiones y/o deformaciones mediante análisis de elementos finitos;
La Figura 4a es una figura esquemática que muestra cuál de los casos de carga representativos produce las deformaciones principales máximas en cada punto de la estructura ósea objeto de estudio en el método de la Figura 1.
La Figura 4b muestra la distribución de las deformaciones principales máximas de la estructura ósea objeto de estudio en el método de la Figura 1, obtenida con datos de cada estado de carga representativo;
La Figura 5, muestra esquemáticamente la región representativa de estímulos RSF, obtenida en el método de la Figura 1; y
La Figura 6a, muestra los valores del estímulo a nivel de tejido que aparecen en la estructura ósea objeto de estudio, obtenidos según el método de la Figura 1, a consecuencia del tercer estado de carga representativo;
La Figura 6b es un detalle a escala ampliada de la Figura 6a, en la que se aprecia mejor la región representativa de estímulos RSF, y
La Figura 6c es, a su vez, un detalle a escala ampliada de la Figura 6b, en la que se muestran exclusivamente los valores correspondientes a dicha región representativa de estímulos RSF.
Descripción detallada
La Figura 1 ilustra de forma esquemática las etapas de las que consta una primera realización de un método de evaluación personalizada del estímulo atractor para modelos de remodelación ósea, según la presente invención.
De acuerdo con dicho método, en una primera etapa 100, se obtiene una imagen médica de una estructura ósea (E, mostrada por ejemplo en las Figs. 3a y 3b) objeto de estudio. En este caso particular, la imagen obtenida es una imagen de tomografía computerizada (CT) y la estructura ósea E, un fémur humano de un varón de 75 Kg. No obstante, el método de la presente invención contempla la posibilidad de usar otro tipo de imágenes médicas tales como, por ejemplo y sin carácter limitativo, imágenes por resonancia magnética (MRI). Lógicamente, también es posible aplicar el método de la invención a otras estructuras óseas diferentes.
Seguidamente, en la etapa 200, se definen cuáles son los estados de carga representativos del uso de la estructura ósea. Para ello, se determinan cuáles son las condiciones de vida que dan lugar a la aparición de cargas en la estructura y generan, por tanto, la aparición de patrones de adaptación ósea. En este caso particular, como la estructura ósea objeto de estudio es un fémur humano, se considera que caminar a un ritmo normal es la actividad más representativa en el tejido óseo observado, dada su relevancia en la vida diaria. De hecho, para la persona experta en la técnica son conocidas cuáles son las cargas mecánicas representativas de cada hueso. Dichas cargas se pueden obtener mediante modelos musculoesqueléticos existentes adaptados a cada paciente o medidas directamente.
En la Figura 2 se muestran esquemáticamente las etapas más importantes de las que consta dicho ciclo de caminado. Como puede apreciarse en esa figura, existen dos etapas principales: una fase de contacto de talón, HP, en la que el talón de la pierna objeto de estudio está en contacto con el suelo y una fase de balanceo, SP, en la que no existe este contacto.
La fase de contacto de talón, HP, comienza en el momento que el talón entra en contacto con el suelo (instante HP<1>). Seguidamente, la planta del pie aumenta progresivamente su contacto con el suelo hasta que adquiere una posición completamente plana (instante HP<2>).
El intervalo de tiempo comprendido entre los instantes HP<i>y HP<2>, es la llamada fase de respuesta de carga, RP. La fase de contacto de talón, HP, finaliza en el instante HP<3>, en el que el talón comienza a despegarse del suelo. La fase de balanceo de talón, SP, comienza a su vez, en el instante SP<1>, momento en el cual los dedos del pie comienzan a despegarse del suelo y transcurre hasta el momento SP<2>anterior a que el talón entre en contacto con el suelo.
En el método de evaluación personalizada del estímulo atractor para modelos de remodelación ósea ilustrado en las Figuras, se considera que existen tres estados de carga representativos del ciclo de caminado arriba descrito: LS<1>, LS<2>y LS<3>. El primer estado de carga representativo, LS<1>, tiene lugar poco después del instante HP<2>en el que la planta del pie adquiere una posición completamente plana (en un instante que corresponde al 13% del ciclo de caminado). El segundo estado de carga representativo, LS<2>, tiene lugar entre el instante HP<3>(en el que finaliza en contacto con el talón) y el instante SP<1>, momento en el cual los dedos del pie comienzan a despegarse del suelo, más en particular, en un instante que corresponde al 37% del ciclo de caminado. Por último, el tercer estado de carga representativo, LS<3>, coincide con el instante SP<1>, en el que dedos del pie comienzan a despegarse del suelo y que corresponde al 66% del ciclo de caminado.
La siguiente etapa del método de evaluación personalizada del estímulo atractor para modelos de remodelación ósea ilustrado en las figuras, i.e., la etapa 300, consiste en calcular mediante análisis de elementos finitos, las tensiones y/o deformaciones mecánicas que aparecen en la estructura ósea durante los estados de carga representativos: LS<1>, LS<2>, y LS<3>.
Para ello, en esta realización particular del método de la invención, los medios de procesamiento del ordenador emplean la imagen médica obtenida en la etapa 100, para crear un modelo numérico mediante un Método de Elementos Finitos de malla cartesiana (cgFEM). Dicho método de elementos finitos (cgFEM) incorpora, además una sub-etapa de corte 3D (en inglés, 3D slicing) para realizar una segmentación del tejido del fémur visible en la imagen médica. La presente invención contempla, no obstante, la posibilidad de usar otros métodos de simulación numérica diferentes.
Posteriormente, en esta realización específica de la invención y sin carácter limitativo, se transforma el valor en unidades Houndsfield(Hüvoxei)de cada vóxel del tejido del fémur (que se obtiene de la imagen médica CT Scan) en valor de densidad ósea aparente en cada vóxel.
Para ello, a modo de ejemplo cada valor (Hüvoxei) obtenido se convierte, a su vez, en un valor de densidad aparente pvoxel, a través de la siguiente relación lineal:
donde:
Pw= 0,022 g/cm3 yHüw= 0 son, respectivamente, la densidad asignada y las unidades Houndsfield asignadas para tejido que no es hueso; y
Pc= 2,1 g/cm3 es la densidad del hueso cortical yHüc= 1.950 es el valor máximo de unidades Houndsfield, medido en la imagen médica de CT scan.
No obstante, la presente invención también contempla expresamente el uso de otros métodos ya conocidos en la técnica para calcular el valor de densidad aparente pvoxel.
Los resultados obtenidos en esta subetapa se muestran en las Figura 3a, 3b, 3c y 3d, donde las figuras 3a y 3b son imágenes del fémur completo objeto de estudio, mientras que las figuras 3c y 3d corresponden a distintas secciones del mismo.
Seguidamente, se calcula el módulo de Young de cada vóxel a partir de su valor de la densidad aparente utilizando la siguiente relación:
No obstante, la presente invención también contempla expresamente el uso de otros métodos ya conocidos en la técnica para calcular el módulo de Young, a partir de la densidad aparente de cada vóxel.
Seguidamente, en la realización del método de la invención ilustrado por las figuras, los medios de procesamiento del ordenador obtienen las deformaciones principales máximas para cada estado de carga ei, i5 l,e2l ls2i ,ls3empleando para ello la siguiente ecuación:
donde:
'1,LSes la deformación principal máxima correspondiente al vóxeliy al estado de carga representativo LS; y
\e¡|, \e¡¡ |, \e¡¡¡\son las deformaciones principales obtenidas resolviendo los autovalores del tensor de deformación.
En la Figura 4a se ilustran esquemáticamente las deformaciones principales máximas que aparecen en la estructura ósea E durante los estados de carga representativos LS<1>, LS<2>y LS<3>, obteniéndose dichas deformaciones mediante la ecuación descrita en el párrafo anterior, durante la etapa cálculo 300 por medio del análisis de elementos finitos. En la Fig. 4a, cada tono de gris identifica uno de dichos estados de carga más representativos.
La Figura 4b por su parte, muestra la distribución de las deformaciones principales máximas '<1>,^ u t i l iz a n d o los datos de cada respectivo estado de carga representativo. En esta realización de la invención las deformaciones principales máximase1¡ maxse calculan usando la expresión:
dondeLSjes cada uno de los estados de carga representativos.
Es importante señalar que las subetapas de la etapa 300, descritas en los párrafos anteriores, a saber, la sub-etapa de segmentación del tejido de la estructura ósea; la subetapa de asignación de un valor de unidades Houndsfield(Hüvoxe)a cada vóxel; la subetapa de conversión de dichos valoresHüvoxeien un valor de densidad aparente,pvoxei, y la subetapa de cálculo del módulo de Young de cada vóxel a partir de su valor de la densidad aparente, son aplicables, no obstante, a cualquier realización del método evaluación personalizada del estímulo atractor para modelos de remodelación ósea según la invención.
A continuación, en el método de evaluación personalizada descrito en las figuras, tiene lugar la etapa 400, en la que los medios de procesamiento del ordenador, en base a los resultados obtenidos en la etapa anterior, seleccionan una región representativa de estímulos RSF, de la estructura ósea E visible en la imagen médica.
En este caso particular, tal y como se ilustra gráficamente en la Figura 5, para obtener la región representativa de estímulos RSF, se calcula, en primer lugar, la posición del plano medio S<m>de la estructura ósea. Seguidamente, localiza el punto C de la estructura ósea E perteneciente a la altura del plano medio S<m>, para el cual se obtiene el valor más alto de la deformación mecánica, de todos los estados de carga representativos.
La posición del punto central C se define a través del ángulo a<g p ,>que es el ángulo formado entre el plano coronal P<c>(i.e. la intersección entre el centro de la cabeza femoral y el punto lateral superior del trocánter mayor) y el plano P<g>(es decir, el plano que contiene a dicho punto C y que, además, corta al eje femoral).
Seguidamente, en el método según la invención, descrito en las figuras, se elige la región representativa de estímulos RSF mostrada, por ejemplo, en la figura 5, como aquella región que tiene su centro en el punto C obtenido en la subetapa anterior y se extiende desde dicho centro una longitud predefinida a lo largo cada eje del espacio.
Por último, en la última etapa del método según la invención mostrado en las figuras, la etapa 500, se calcula el estímulo atractor ^ como el valor promedio del estímulo a nivel de tejidoWten la región representativa de estímulos RSF. Para ello, se recurre a las siguientes ecuaciones:
donde:
nes el número de ciclos asociados a la carga. En este caso particular, 10000 ciclos de carga,7es la tensión efectiva, inducida por la carga en el vóxel considerado, y
mes el exponente de tensión. En este caso particular m = 4, y
n
La elección del exponente de tensión m = 4 proviene de la recomendación dada por R.T. Whalen et. Al en su artículo académico “ Influence of physical activity on the regulation of bone density” (Influencia de la Actividad Física en la Regulación de la Densidad Ósea), publicado en el Journal of Biomechanics Volume 21, número 10 de 1988, Páginas 825-837.
En la Figura 6a, se muestran los valores del estímulo a nivel de tejido ¥ t que aparecen en la estructura ósea E objeto de estudio, calculados en base a la ecuación anterior, a consecuencia del tercer estado de carga representativo.
La figura 6b es una sección, a escala ampliada, de la Figura 6a, en la que se aprecia mejor la región representativa de estímulos RSF. Por último, en la figura 6c es, a su vez, un detalle a escala ampliada de la Figura 6b, en la que se muestran exclusivamente los valores del estímulo a nivel de tejidoWt ,correspondientes a dicha región representativa de estímulos RSF.

Claims (5)

  1. REIVINDICACIONES 1. Método, implementado por ordenador, de evaluación personalizada del estímulo atractor para modelos de remodelación ósea, caracterizado porque comprende las siguientes etapas: a) obtener (100) al menos una imagen médica de una estructura ósea (E), objeto de estudio; b) definir (200) unos estados de carga (LS<1>, LS<2>, LS<3>), representativos del uso de la estructura ósea (E); c) emplear unos medios de procesamiento del ordenador para calcular (300), mediante análisis numérico estructural, las tensiones y/o deformaciones mecánicas que aparecen en la estructura ósea (E) durante los estados de carga representativos (LS<1>, LS<2>, LS<3>); d) seleccionar (400) con los medios de procesamiento del ordenador, una región representativa de estímulos (RSF), de la estructura ósea (E) mostrada en la imagen médica, en base a los resultados obtenidos en la etapa anterior; y e) calcular (500) con los medios de procesamiento del ordenador, el estímulo atractor(¥¿) correspondiente a dicha región representativa de estímulos (RSF), a partir de los valores del estímulo a nivel de tejidoWten la región representativa de estímulos (RSF).
  2. 2. Método, de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la etapa de selección de la región representativa de estímulos (RSF) comprende las siguientes subetapas: - calcular la posición del plano medio (S<m>) de la estructura ósea (E); - localizar el punto de la estructura ósea (E) perteneciente al plano medio, para el cual se obtiene el valor más alto de la deformación mecánica, de todos los estados de carga representativos; y - seleccionar como región representativa de estímulos (RSF), aquella región que tiene su centro en el punto obtenido en la subetapa anterior y se extiende desde dicho centro una longitud predefinida a lo largo cada eje del espacio; y en el que, además, el estímulo atractor (¥¿) se calcula como el valor promedio del estímulo a nivel de tejidoWten la región representativa de estímulos (RSF).
  3. 3. Método, de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la región representativa de estímulos (RSF) de la estructura ósea es la región en la que los valores máximos de las deformaciones mecánicas provocadas por los estados de carga representativos (LS<1>, LS<2>, LS<3>), se encuentran dentro de un rango predefinido y en el estímulo atractor(¥4) se calcula como el valor promedio del estímulo a nivel de tejido ¥ ten la región representativa de estímulos (RSF).
  4. 4. Método, de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el rango predefinido de valores máximos de las deformaciones mecánicas es el comprendido entre 50 y 1.500^s y más preferiblemente, el comprendido entre 225 y 1.250 .
  5. 5. Método, de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la región representativa de estímulos (RSF) de la estructura ósea es la región en la que se minimiza diferencia total de los valores del estímulo a nivel continuo (¥ ) y en el que, además, el estímulo atractor (¥4) es el valor que minimiza la tasa de remodelación ósea ( / f ( ¥<4>)) definida por:
    donde f es la tasa de remodelación ósea del vóxeli;y Nrel número de vóxeles en la región representativa de estímulos (RSF). <6>. Medio legible por ordenador que comprende instrucciones, las cuales, al ejecutarse en un ordenador, hacen que dicho ordenador lleve a cabo las etapas de un método de evaluación personalizada del estímulo atractor para modelos de remodelación ósea, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.
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