Biomarcadores musculoesqueléticos -...
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Angel Alberich-Bayarri, PhD @aalberich [email protected] 1 Biomedical Imaging Research Group La Fe Polytechnics and University Hospital 2 QUIBIM SL Biomarcadores musculoesqueléticos
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Angel Alberich-Bayarri, PhD
1 Biomedical Imaging Research Group
La Fe Polytechnics and University Hospital2 QUIBIM SL
Biomarcadores
musculoesqueléticos
Contenido
• Introducción
• Hueso
• Cartílago
• Músculo
• Proyectos
• Conclusiones A.I.
Introducción
• Las alteraciones del sistema musculoesquelético son el segundo mayor
contribuyente a la discapacidad en todo el mundo.
• El dolor lumbar es la principal causa de discapacidad a nivel mundial.
• No únicamente en edad avanzada, son relevantes a lo largo del ciclo
vital.
• Entre una de cada tres y una de cada cinco personas vive sufre
enfermedades del sistema musculoesquelético dolorosas e
incapacitantes.
Introducción
¿Qué herramientas tenemos para caracterizar el
sistema musculoesquelético mediante la
radiología cuantitativa?
HUESO
Hueso
• Martí-Bonmatí L, Ramirez-Fuentes C, Alberich-Bayarri Á, et al. Curr
Opin Oncol.2015
• Alberich-Bayarri A, Martí-Bonmatí L, Sanz-Requena R, et al.
Radiologia. 2014
• Roque WL, Arcaro K, Alberich-Bayarri A. IEEETrans Biomed Eng.
2013
• Alberich-Bayarri A, Marti-Bonmati L, Angeles Pérez M, et al. Med
Phys. 2010
• Alberich-Bayarri A, Marti-Bonmati L, Sanz-Requena R, et al. AJR
Am J Roentgenol. 2008
Hueso
Hueso
Modelos multivariantes de degeneración ósea
CARTÍLAGO
Cartílago
Tejido
Makela J. Structural and Functional Alterations of Articular Cartilae in
OA. Exp. And Computational Examination. PhD Dissertation, 2016.
Cartílago
Biomarcadores de imagen a partir de Resonancia Magnética
Espesor T1 T2
Morfología Proteoglicanos Colágeno
Cartílago
T = Transformación ME-DESS
T2 S
E M
ult
i-e
cho
Registro y segmentación
T2 D
ESS
3D
T
T
TRA COR
SAG ISO
Cartílago
Espesor
X
1. Contorno y esqueleto
2. Transformada en
distancia
3. Contorno con
distancia al esqueleto
𝐸𝑠𝑝 =σ𝑒(𝑖)
𝑛
Cartílago
Espesor → Parcelación
Cartílago
Mapas T2Ajuste de mínimos cuadrados
monoexponencial no lineal
1 2 3 4 5 6Echo
50
100
150
200
250
300
Sig
na
l In
ten
sity
TE 1
TE 2
TE 3
TE 4
TE 5
TE 6
Valor T2 vóxel a vóxel
𝑆𝐼 𝑇𝐸 = 𝑀0𝑒−𝑇𝐸𝑇2
Cartílago
Espesor T1 T2
MÚSCULO
Músculo
Ferrando B, Gomez-Cabrera MC, et al. Allopurinol partially prevents disuse
muscle atrophy in mice and humans. Sci Rep. 2018
Sarcopenia
Músculo
Colaboración: Rebeca Mirón (Hosp. General) y Consuelo Borrás
Fragilidad
PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN
Proyectos de investigación (1/3)
Osteoprev: Impacto de la femoroplastia con cemento como
prevención de la fractura de cadera (in vitro, in silico e in vivo)
Proyecto coordinado: DPI2014-53401-C2-2-R
Inyección cemento RM pre y 3 meses post
femoroplastia
Ensayo mecánicoBiomarcadores de
imagen
Proyectos de investigación (1/3)
Osteoprev: Impacto de la femoroplastia con cemento como
prevención de la fractura de cadera (in vitro, in silico e in vivo)
Proyecto coordinado: DPI2014-53401-C2-2-R
0
50
100
150
200
1 2 4 5 6 7 8 10 11 12 13 14 15
MPA
Rabbit
Young's Modulus (MPa)Fémur izquierdo (control)
Fémur derecho (cemento)
Incremento promedio de módulo elástico (Young): 47.24%
Proyectos de investigación (2/3)
Cohorte
• 9 sujetos sanos
• Edad: 24 - 51
• Sexo: 8M - 1F
• Inyección de ácido hialurónico
pre-ejercicio 1 rodilla.
Adquisición
• Resonancia Magnética
• Ambas rodillas
• Pre-post ultramaratón, 80km
• Siemens Magnetom Verio 3T
• 36 adquisiciones
Estudio del impacto de ultramaratón en los valores
de espesor y T2 del cartílago femoral antes y
después del ejercicio
Colaboración: Dr. Jordi Catalá (Institutos Dra. Guirado, Barcelona)
Proyectos de investigación (2/3)
• Se obtuvieron diferencias significativas en la mediana
(p=0.037) y en el percentil-25 (p=0.017) del T2 pre vs. post-
ultramaratón, (valores mayores post-ultramaratón).
• En los casos con ácido hialurónico desaparecieron estas
diferencias (p=0.24 y 0.16).
• El espesor del cartílago no presentó diferencias
significativas.
Colaboración: Dr. Jordi Catalá (Institutos Dra. Guirado, Barcelona)
Proyectos de investigación (2/3)
N=9 sujetos, 18cartílagos (D e I)
Espesor global 2.21 ± 0.32 mm
T2 global 64.19 ± 3.25 ms
Volumen global 15.62 ± 3.78 cm3
PRE POST p
Mediana T2global
61.65 ± 3.44 ms 63.72 ± 2.09 ms 0.037
P25 T2global
48.45 ± 4.13 ms 51.20 ± 1.89 ms 0.017
Colaboración: Dr. Jordi Catalá (Institutos Dra. Guirado, Barcelona)
Proyectos de investigación (3/3)
Ligamento femoropatelar medial
Colaboración: Dr. Vicente Sanchís (Hosp. Arnau de Vilanova) y Dra.
Mª Ángeles Pérez (Universidad de Zaragoza)
Patient – specific FE
model of the joint
Parametric model of
the joint
Anatomic virtual MPFL reconstruction *
Quasi-anatomical MPFL reconstruction **
*(Sanchis-Alfonso et al. 2015)
**(Pérez-Prieto et al., 2015)
Nonanatomic reconstructed MPFL with severe pain
** (anterior femoral tunnel)
Nonanatomic reconstructed MPFL with satisfactory
results * (posterior femoral tunnel)
Proyectos de investigación (3/3)
Ligamento femoropatelar medial
Colaboración: Dr. Vicente Sanchís (Hosp. Arnau de Vilanova) y Dra.
Mª Ángeles Pérez (Universidad de Zaragoza)
0° 30° 60°
Positions of the MPFL
during the Nonanatomic
reconstruction with
satisfactory results under
different flexion angles
90° 120°
MPFL Maximum
increment length
(Tension)
MPFL relaxed
(no tension)
MPFL relaxed
(no tension)
MPFL Maximum
increment
length
(Tension)
Nonanatomic satisfactory results
30º
Flexionangle
Anatomic virtual * Nonanatomic satisfactory results*
Quasi-anatomical ** Nonanatomic severe pain **
*(Sanchis-Alfonso et al. 2015) **(Pérez-Prieto et al., 2015)
Conclusiones
ANSYS
Proyectos de investigación (4/4)
Ligamento femoropatelar medial
“Ninguno de nosotros es tan bueno como todos nosotros juntos”, Ray Kroc
Angel Alberich-Bayarri, PhD
1 Biomedical Imaging Research Group
La Fe Polytechnics and University Hospital2 QUIBIM SL
Biomarcadores
musculoesqueléticos
