Morfometría y arquitectura de la proción proximal del fémur: Análisis textural y fractal

Abstract

La arquitectura trabecular del tercio proximal del fémur humano posee una disposición característica de la especie que ha estado unida durante su evolución a la adquisición de la bipedestación y de la marcha bípeda, objeto de estudio por parte de paleontólogos, antropólogos, ingenieros y biomecánicos.

En la actualidad, esta región anatómica adquiere una importante dimensión socio-económico-sanitaria. Desde el punto de vista clínico por el aumento progresivo, y paralelo al envejecimiento demográfico, de la incidencia de enfermedades como la osteoporosis -se estima que afecta a 150-200 millones de personas y que la sufrirá el 33% de las mujeres mayores de 50 años, con una prevalencia del 40% en mujeres de 70-80 años-, la osteoartritis y las fracturas muchas veces a ellas asociadas con una elevada morbilidad y mortalidad. Según datos de la Sociedad Española de Reumatología (SER), la incidencia anual de fracturas de cadera pasará de 414.00 a 972.000 en los próximos 50 años. En España se estiman unas 30.000 fracturas de cadera al año, pero según datos de la Sociedad Española de Fracturas Osteoporóticas (SEFRAOS) esa cifra podría llegar a las 65.000 fracturas al año.

Todo esto hace que el conocimiento, evaluación y caracterización de la arquitectura ósea se haya convertido en un objetivo de los profesionales de la salud. En este contexto las técnicas de análisis de imagen biomédica han tenido un papel esencial por cuanto permiten extraer información compleja de las estructuras biológicas que en ellas aparecen. En el caso del tejido óseo, en especial el hueso esponjoso o trabeculado, tiene un gran interés práctico la determinación de su complejidad espacial y las características estructurales.

Distintos autores apuntan que un a imagen radiológica representa una proyección bidimensional del patrón trabecular que puede contemplarse como una textura. En ella se encontrarán características de complejidad estructural y textural subyacentes que difícilmente pueden ser cuantificadas y detectadas a simple vista. Lo que se ha pretendido con el desarrollo de este trabajo es comprobar y comparar la potencial utilidad de tres métodos diferentes en la caracterización de distintas regiones de hueso trabeculado en el tercio proximal del fémur sobre radiografía convencional: el análisis del nivel de gris, el análisis fractal y de lagunaridad y el análisis con matrices de concurrencia del nivel de gris. Además del abordaje estadístico univariante, más clásico, se han empleado técnicas de análisis multidimensional que permiten caracterizar el objeto de estudio tratando todas las variables de un modo conjunto que permita detectar patrones o tendencias que pueden pasar desapercibidos.

En el primer capítulo se expone el contexto antropológico de la arquitectura ósea del tercio proximal del fémur seguido de unas pinceladas de la anatomía femoral y biología óseas.

El capítulo segundo entronca con el concepto de textura y los métodos para analizarla para, a continuación, desarrollar la base teórica de uno de los dos utilizados en este trabajo: la geometría fractal.

En la tercera parte, recogida en el siguiente capítulo, se muestran los fundamentos y los rudimentos matemáticos de otro de los métodos texturales usados aquí: las matrices de concurrencia del nivel de gris.

El capítulo quinto se ha reservado para la descripción metodológica, tanto de la adquisición de las imágenes radiológicas como de los algoritmos de procesamiento y análisis de imagen, para finalizar con el desarrollo de la metodología estadística llevada a cabo.

Los resultados se han organizado en tantos capítulos, del sexto al octavo, como métodos de análisis: análisis del histograma, análisis fractal y de lagunaridad y análisis textural con matrices de concurrencia.

Finalmente el capítulo nueve se ha reservado para la discusión en la que se exponen los resultados de forma sumaria, se identifican los aspectos mejorables o problemáticos y se revisa la literatura científica.

Con las notas a pie de página se ha intentado que la lectura del texto principal pueda realizarse sin necesidad de recurrir a ellas y, de esta forma, aclarar conceptos y aportar información adicional o bibliografía ampliada. En las figuras, en especial las contenidas en el marco teórico, se ha intentado que tuvieran comprensibilidad y por ello, en ocasiones, los pies de figura son extensos. El trabajo se completa con cuatro anexos donde pueden consultarse las tablas esenciales para la interpretación estadística que, por motivos de claridad, no se han introducido en el cuerpo del trabajo. Se adjuntan también los códigos fuente de los algoritmos de procesamiento y análisis de imagen utilizados.