Evaluación del daño en la vértebra lumbar L5 mediante análisis por elementos finitos

Evaluation of damage to the lumbar spine vertebrae L5 by finite element analysis

Contenido principal del artículo

Sergio Andrés Ardila Parra
Heller Guillermo Sánchez Acevedo
Octavio Andrés González Estrada

Resumen

La  metástasis  ósea  a  la  columna  vertebral,  pelvis  o  cadera  en  pacientes  con  cáncer  de  próstata  es  una  patología  que  se  presenta  en  aproximadamente  el  80%  de  los  casos.  Las  metástasis  en  la  columna  vertebral  pueden  causar  dolor,  inestabilidad  y  lesiones  neurológicas.  Por  lo  tanto,  es  importante  evaluar  cuándo  se  han  alcanzado  las  condiciones  críticas  y  se  ha  comprometido  la  integridad  estructural  del  hueso.  Los  métodos  numéricos  basados  en  los  datos  de  los  pacientes,  obtenidos  mediante  el  post-procesamiento   de   imágenes   médicas,   proporcionan   una   herramienta   para   modelar   la   complejidad   del  material  tisular  biológico.  La  tomografía  axial  computarizada  (TC)  junto  con  herramientas  de  segmentación  permite  la  reconstrucción  de  modelos  óseos  en  3D  que  incluyen  propiedades  mecánicas,  y  que  representan  el  estado  anisotrópico  de  las  estructuras  óseas.  En  este  trabajo  se  presenta  el  modelo  de  vértebras  lumbares  L5  de  un  paciente  afectado  por  metástasis  y  se  evalúan  los  biomarcadores  para  indicar  el  nivel  de  daño,  en  comparación  con  el  caso  de  referencia  de  hueso  sano  en  una  fase  inicial.

Palabras clave:

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.

Detalles del artículo

Referencias (VER)

J. P. Karr, “Prostate Cancer in the United States and Japan,” in Prostate Cancer and Bone Metastasis. Advances in Experimental Medicine and Biology, vol 324, J. P. Karr and H. Yamanaka, Eds. Boston, MA: Springer, 1992, pp. 17–28.

F. E. Lecouvet et al., “Magnetic resonance imaging of the axial skeleton for detecting bone metastases in patients with high-risk prostate cancer: Diagnostic and cost-effectiveness and comparison with current detection strategies,” J. Clin. Oncol.,vol. 25, no. 22, pp. 3281–3287, 2007, doi:10.1200/JCO.2006.09.2940.

G. R. Mundy, “Metastasis to bone: Causes, consequences and therapeutic opportunities,” Nat. Rev. Cancer, vol. 2, no. 8, pp. 584–593, 2002, doi:10.1038/nrc867.

Instituto Nacional de Cancerología - Colombia, “Cáncer en cifras,” http://www.cancer.gov.co/cancer_en_cifras, 2018/02/16, 2018.

M. Eleraky, I. Papanastassiou, and F. D. Vrionis, “Management of metastatic spine disease,” Curr. Opin. Support. Palliat. Care, vol. 4, no. 3, pp. 182–188, Sep. 2010, doi:10.1097/SPC.0b013e32833d2fdd.

D. Vanel, J. Bittoun, and A. Tardivon, “MRI of bone metastases,” Eur. Radiol., vol. 8, no. 8, pp. 1345–1351, Sep. 1998, doi:10.1007/s003300050549.

H. K. Genant, K. Engelke, and S. Prevrhal, “Advanced CT bone imaging in osteoporosis,” Rheumatology, vol. 47, no. SUPPL. 4, 2008, doi:10.1093/rheumatology/ken180.

R. Castilla, L. Forero, and O. A. González- Estrada, “Comparative study of the influence of dental implant design on the stress and strain distribution using the finite element method,” J. Phys. Conf. Ser., vol. 1159, p. 012016, Jan. 2018, doi:10.1088/1742-6596/1159/1/012016.

M. Vera et al., “Segmentation of brain tumors using a semi-automatic computational strategy,” J. Phys. Conf. Ser., vol. 1160, p. 012002, 2019, doi:10.1088/1742-6596/1160/1/012002.

E. Nadal Soriano, M. J. Rupérez, S. Martínez Sanchis, C. Monserrat Aranda, M. Tur, and F. J. Fuenmayor, “Evaluación basada en el método del gradiente de las propiedades elásticas de tejidos humanos in vivo,” Rev. UIS Ing., vol. 16, no. 1, pp. 15–22, Oct. 2017, doi:10.18273/revuin.v16n1-2017002.

O. A. González-Estrada, S. Natarajan, J. J. Ródenas, H. Nguyen-Xuan, and S. P. A. Bordas, “Efficient recovery-based error estimation for the smoothed finite element method for smooth and singular linear elasticity,” Comput. Mech., vol. 52, no. 1, pp. 37–52, Sep. 2013, doi:10.1007/s00466-012-0795-6.

M. W. Layton, S. A. Goldstein, R. W. Goulet,L. A. Feldkamp, D. J. Kubinski, and G. G. Bole,“Examination of subchondral bone architecture in experimental osteoarthritis by microscopic computed axial tomography,” Arthritis Rheum., vol. 31, no. 11, pp. 1400–1405, Nov. 1988, doi:10.1002/art.1780311109.

E. Avrahami, R. Tadmor, O. Dally, and H. Hadar,“Early MR Demonstration of Spinal Metastases in Patients with Normal Radiographs and CT and Radionuclide Bone Scans,” J. Comput. Assist. Tomogr., vol. 13, no. 4, pp. 598–602, Jul. 1989,doi:10.1097/00004728-198907000-00008.

S. Schievano et al., “Percutaneous Pulmonary Valve Implantation Based on Rapid Prototyping of Right Ventricular Outflow Tract and Pulmonary Trunk from MR Data,” Radiology, vol. 242, no. 2,pp. 490–497, 2007, doi:10.1148/radiol.2422051994.

F. Valencia-Aguirre, C. Mejía-Echeverria, and V. Erazo-Arteaga, “Desarrollo de una prótesis de rodilla para amputaciones transfemorales usando herramientas computacionales,” Rev. UIS Ing.,vol. 16, no. 2, pp. 23–34, 2017, doi:https://doi.org/10.18273/revuin.v16n2-2017002.

W. C. C. Lee, M. Zhang, X. Jia, and J. T. M. Cheung, “Finite element modeling of the contact interface between trans-tibial residual limb and prosthetic socket,” Med. Eng. Phys., vol. 26, no. 8, pp. 655–662, 2004, doi:10.1016/j.medengphy.2004.04.010.

S. A. Ardila Parra, O. A. González-Estrada,and J. E. Quiroga Mendez, “Damage Assessment of Spinal Bones due to Prostate Cancer,” Key Eng. Mater., vol. 774, pp. 149–154, 2018, doi:10.4028/www.scientific.net/KEM.774.149.

A. M. Pham, A. A. Rafii, M. C. Metzger, A. Jamali, and E. B. Strong, “Computer modeling and intraoperative navigation in maxillofacial surgery,”Otolaryngol. - Head Neck Surg., vol. 137, no. 4, pp.624–631, 2007, doi:10.1016/j.otohns.2007.06.719.

J. Y. Rho, M. C. Hobatho, and R. B. Ashman, “Relations of mechanical properties to density and CT numbers in human bone,” Med. Eng. Phys., vol. 17, no. 5, pp. 347–355, Jul. 1995, doi:10.1016/1350-4533(95)97314-F.

J. H. Keyak, J. M. Meagher, H. B. Skinner, and C. D. Mote, “Automated three-dimensional finite element modelling of bone: a new method,”J. Biomed. Eng., vol. 12, no. 5, pp. 389–397, Sep. 1990, doi:10.1016/0141-5425(90)90022-F.

E. Schileo, F. Taddei, A. Malandrino, L. Cristofolini, and M. Viceconti, “Subject-specific finite element models can accurately predict strain levels in long bones,” J. Biomech., vol. 40, no. 13, pp. 2982–2989, 2007, doi:10.1016/j.jbiomech.2007.02.010.

A. Nachemson, “The Load on Lumbar Disks in Different Positions of the Body,” Clin. Orthop. Relat. Res., vol. 45, no. 1, pp. 107–122, 1966,doi:10.1097/00003086-196600450-00014.

J. D. Tobin, K. M. Fox, M. L. Cejku, T. A. Roy, R. S. Epstein, and C. C. Plato, “Bone density changes in normal men: a 4–19 year longitudinal study,” J.Bone Miner. Res., vol. 8, no. suppl 1, p. S142, 1993.

T. Suzuki, T. Shimizu, K. Kurokawa, H. Jimbo, J. Sato, and H. Yamanaka, “Pattern of prostate cancer metastasis to the vertebral column.,” Prostate, vol. 25, no. 3, pp. 141–146, 1994.