Comparación de modelos de elementos finitos lineales y no lineales de la fuerza vertebral a través de la columna...

Área de la Ciencia:

• Ingeniería biomédica
• Radiología
• La ortopedia

Sus antecedentes:

• Las tomografías computarizadas clínicas (TC) ofrecen potencial para la evaluación oportunista de la fuerza vertebral en la estratificación del riesgo de fractura.
• La variabilidad en la calibración y el modelado de elementos finitos (FE) limita la comparabilidad entre estudios.
• Se necesita un conjunto de datos de referencia estandarizado para un análisis biomecánico fiable de la columna vertebral.

Objetivo del estudio:

• Proporcionar un conjunto de datos de referencia de acceso público para el análisis biomecánico estandarizado de la columna torácica y lumbar.
• Ampliar el conjunto de datos VerSe 2019 con una calibración cuantitativa de TC sin fantasmas y una segmentación automatizada.
• Para generar estimaciones de la fuerza vertebral utilizando modelos FE lineales y no lineales.

Principales métodos:

• Calibración cuantitativa de TC sin fantasmas desarrollada utilizando referencias automatizadas de tejidos, validadas con respecto a los fantasmas de calibración.
• Implementó modelos de FE elastoplásticos no lineales y los comparó con dos modelos lineales.
• Subestructuras vertebrales segmentadas y fuerza vertebral estimada a través de los niveles de la columna torácica y lumbar para 141 pacientes escaneados en 5 sistemas de TC.

Principales resultados:

• La calibración sin fantasmas demostró una buena concordancia con los fantasmas de calibración sincrónica.
• Un modelo de FE lineal calibrado por desplazamiento mostró una excelente concordancia con las cargas de falla no lineales (R = 0,96).
• Un modelo lineal basado en la rigidez también mostró una fuerte correlación (R = 0,92); T12 y T9 se identificaron como alternativas confiables a L1 para el cribado.

Conclusiones:

• El estudio proporciona un conjunto de datos de referencia publicado públicamente que incluye escaneos calibrados, segmentaciones, software y salidas de modelado.
• Este recurso facilita la validación y el desarrollo de modelos de FE, herramientas de radiómica y aplicaciones cuantitativas de imágenes.
• Los hallazgos apoyan el análisis biomecánico estandarizado para una mejor evaluación del riesgo de fractura.