Método de identificación de los distintos tipos de tejido óseo a nivel subcondral mediante microtomografía computarizada de alta resolución objeto de la presente patente de invención que comprende,

al menos, las siguientes etapas:una primera etapa de obtención de biopsia ósea, donde dicha biopsia ha sido obtenida del centro del cóndilo femoral medial o lateral y en dirección perpendicular al eje de carga;una segunda etapa de obtención de imágenes transversales óseas mediante tomografía computarizada;una tercera etapa de tratamiento de imágenes y análisis cuantitativo de imágenes en 2D de imágenes transversales, donde una vez obtenidas las imágenes transversales al plano de escaneado se procede a realizar un tratamiento de imagen típico con operaciones tipo yuna cuarta etapa de ajuste matemático mediante rectas de distinta pendiente para identificación de las distintas regiones óseas donde se emplean variables morfológicas obtenidas con microtomografía computarizada como es el caso de la variable BAr/TAr (%) para realizar los ajustes

Método de identificación de los distintos tipos de tejido óseo a nivel subcondral mediante microtomografía computarizada de alta resolución.

El objeto de la presente invención es un método de identificación que permita delimitar las distintas regiones de tejido óseo a nivel subcondral: plato subcondral, hueso subcondral, hueso subarticular y hueso trabecular mediante un método de ajuste de los resultados cuantitativos estructurales en 2D obtenidos a partir de las imágenes proporcionadas por microtomografía computarizada (μ-TC). Para ello, se proponen distintos tipos de ajustes dentro del método.

Antecedentes de la invención

La artrosis es una de las patologías más comunes del ser humano. Está caracterizada por una destrucción progresiva del cartílago articular y de cambios concomitantes en el hueso subcondral. Se puede iniciar por múltiples factores genéticos, ambientales, metabólicos y traumáticos (Blanco-García et al 2003). Se ha estimado que esta enfermedad afecta a más de 7 millones de españoles y esta frecuencia va en aumento en relación con la edad, si a los 20 años afecta a entre un 15 y un 20% de la población, a partir de los 70 años la cifra se incrementa hasta aproximadamente un 50%. Debido al envejecimiento de la población mundial la prevalencia de dicha enfermedad se espera que aumente de forma considerable en este siglo.

Hasta hace unas décadas la investigación en artrosis se centraba mayormente en las alteraciones del cartílago porque se creía que la degeneración del cartílago era el cambio más importante en la artrosis. Recientemente, la artrosis se reconoce como una enfermedad que afecta a la articulación entera, especialmente al cartílago y al hueso subcondral, lo que como merma progresivamente su funcionamiento. Se sabe que existe una estrecha comunicación entre ambos tejidos (tanto a nivel molecular, celular como biomecánico), pero dicha comunicación no está todavía completamente establecida ni comprendida. Por ello, son cada vez más los grupos de investigación que se interesan por los cambios que se producen en el hueso subcondral. Si bien es cierto que en otros trabajos se ha demostrado que al menos en un modelo experimental de artrosis en conejos, la enfermedad se inicia en el propio cartílago articular (Calvo et al., 2004).

La microtomografía computarizada (μ-TC) se ha convertido en los últimos años en una herramienta muy poderosa para el estudio de los cambios estructurales en 3D que se producen tanto a nivel del cartílago como del hueso subcondral en un proceso artrósico. A nivel del cartílago permite cuantificar el grosor total del cartílago, su área y su volumen, a la vez que cualitativamente permite obtener la geometría de dicha estructura con resoluciones de hasta 5 μm. A nivel de hueso subcondral, esta tecnología permite la determinación de las variables estructurales óseas más importantes: relación volumétrica ósea (BV/TV), grosor trabecular (Tb.Th), número trabecular (Tb.N), separación trabecular (Tb.Sp), conectividad (Tb.Pf), índice de modelo estructural (SMI), grado de anisotropía (DA), porosidad (P), entre otras (Botter et al. 2008). Además, y previo calibrado con fantomas de hidroxiapatita, es posible la determinación de la densidad mineral ósea volumétrica (vBMD) de cualquier región de interés (McErlain et al., 2008).

El tejido óseo que se encuentra a continuación de la articulación del cartílago se puede caracterizar hasta por 4 tipos distintos que pueden contribuir de forma distinta a la patología del cartílago. Estos tipos se definen como: plato subcondral (región muy estrecha inmediatamente localizada por debajo del cartílago articular), hueso subcondral, hueso subarticular y hueso trabecular. De todos modos, hasta el momento, no existe una definición ni se ha establecido una delimitación precisa de cada uno de este subtipos tisulares. La falta de una definición clara de la distribución anatómica de dichas regiones es uno de los factores que produce confusión en su papel en distintas patologías como la artrosis. Además, la determinación del grosor así como de la densidad mineral ósea (BMD) de cada una de estas regiones es crucial para un mejor entendimiento del papel del hueso adyacente al cartílago en la patogénesis de la artrosis. En este sentido mientras técnicas usuales de imagen como RNM o incluso radiografía simple no son capaces de discriminar este tipo de tejidos, la μ-TC puede proporcionar la información estructural necesaria para delimitar dichas regiones.

Blanco-García FJ, Hernández Royo A, Trigueros JA, Gimeno Marques A, Fernández Portal L, Badia Llach X. Guía de práctica clínica en artrosis de rodilla. SER. Madrid: Editorial You&US; 2003.

Botter SM, van Osch GJVM, Waarsing JH, van der Linden JC, Verhaar JAN, Pols HAP, van Leeuwen JPTM, Weinans H. Osteoarthritis and Cartilage 2008; 16(4):506-514.

Calvo E, Palacios I, Delgado E, Sanchez-Pernaute O, Largo R, Egido J, Herrero-Beaumont G. Histopathological correlation of cartilage swelling detected by magnetic resonance imaging in early experimental osteoarthritis. Osteoarthritis Cartilage 2004; 12:878-886.

McErlain DD, Appleton CTG, Litchfield RB, Pitelka FRCS, Henry JL, Bernier SM, Beier F, Holdsworth DW. Study of subchondral bone adaptations in a rodent surgical model of OA using in vivo micro-computed tomography. Osteoarthritis and Cartilage 2008; 16(4):458-469.

Descripción de la invención

A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos y dibujos se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente invención. Además, la presente invención cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones particulares y preferidas aquí indicadas.

Breve descripción de los dibujos

Fig. 1 muestra varias imágenes de modelo en 3D de un ejemplo de biopsia de cóndilo femoral de conejo, para posterior identificación de los distintos tipos de tejido óseo a nivel subcondral mediante microtomografía computarizada de alta resolución objeto de la presente patente de invención.

Fig. 2 muestra una imagen de escaneado de una biopsia de ejemplo de cóndilo femoral de conejo, para posterior identificación de los distintos tipos de tejido óseo a nivel subcondral mediante microtomografía computarizada de alta resolución objeto de la presente patente de invención.

Fig. 3 muestra un ejemplo de tratamiento de imagen para posterior identificación de los distintos tipos de tejido óseo a nivel subcondral mediante microtomografía computarizada de alta resolución objeto de la presente patente de invención.

Fig. 4 muestra un ejemplo de representación gráfica XY de dos variables estructurales obtenidas para cada sección transversal obtenida mediante tratamiento de las imágenes obtenidas por microtomografia computarizada para posterior identificación de los distintos tipos de tejido óseo a nivel subcondral mediante microtomografia computarizada de alta resolución objeto de la presente patente de invención.

Fig. 5 muestra un ejemplo de ajuste continuo constante completo para posterior identificación de los distintos tipos de tejido óseo a nivel subcondral mediante microtomografia computarizada de alta resolución objeto de la presente patente de invención.

Fig. 6 muestra un ejemplo de ajuste continuo lineal completo para posterior identificación de los distintos tipos de tejido óseo a nivel subcondral mediante microtomografia computarizada de alta resolución objeto de la presente patente de invención.

Fig. 7 muestra un ejemplo de ajuste discontinuo constante completo para posterior identificación de los distintos tipos de tejido óseo a nivel subcondral mediante microtomografia computarizada de alta resolución objeto de la presente patente de invención.

Fig. 8 muestra un ejemplo de ajuste discontinuo lineal completo para posterior identificación de los distintos tipos de tejido óseo a nivel subcondral mediante microtomografia computarizada de alta resolución objeto de la presente patente de invención.

Realización preferente de la invención

El método...

1. Método de identificación de los distintos tipos de tejido óseo a nivel subcondral mediante microtomografía computarizada de alta resolución objeto de la presente patente de invención que comprende, al menos, las siguientes etapas:

una primera etapa de obtención de biopsia ósea, donde dicha biopsia ha sido obtenida de la región central del cóndilo femora medial o lateral y en dirección perpendicular al eje de carga;

una segunda etapa de obtención de imágenes transversales óseas mediante microtomografía computarizada;

una tercera etapa de tratamiento de imágenes y análisis cuantitativo de imágenes transversales en 2D, donde una vez obtenidas las imágenes transversales al plano de escaneado se procede a realizar un tratamiento de imagen típico con operaciones tipo; y

una cuarta etapa de ajuste matemático mediante rectas de distinta pendiente para identificación de las distintas regiones óseas caracterizado porque se emplean variables morfológicas obtenidas mediante microtomografía computarizada como es el caso de la variable BAr/TAr (%) para realizar los ajustes, y donde existen, al menos, las siguientes posibilidades de ajuste de las gráficas:

(i) un primer ajuste continuo constante, aplicado cuando el comienzo de una región coincide con la finalización de la región anterior y, por tanto, las rectas a ajustar tienen un punto en común; y además la región de plato subcondral presenta un valor constante con respecto a las variables morfológicas; considerándose este caso para la variable BAr/TAr que las imágenes transversales que pertenecen al plato subcondral son aquellas que presentan valores de BAr/TAr (%) superiores al 97.0%;

(ii) un segundo ajuste continuo lineal aplicado cuando el comienzo de una región coincide con la finalización de la región anterior y, por tanto, las rectas a ajustar tienen un punto en común; y además, la región de plato subcondral no presenta un valor constante sino lineal con respecto a las variables morfológicas y su ajuste es el de una recta con pendiente y ordenada en el origen a determinar;

(iii) un tercer ajuste discontinuo constante aplicado cuando el comienzo de una región no coincide con la finalización de la región anterior; y además, la región de plato subcondral presenta un valor constante con respecto a las variables morfológicas; para la variable BAr/TAr se ha considerado que las imágenes transversales que pertenecen al plato subcondral son aquellas que presentan valores de BAr/TAr (%) superiores al 97.0%; y

(iv) un cuarto ajuste discontinuo lineal aplicado cuando el comienzo de una región no coincide con la finalización de la región anterior; y donde, además, la región de plato subcondral (la más adyacente al cartílago) no presenta un valor constante sino lineal con respecto a las variables morfológicas.

2. Método de acuerdo con la reivindicación 1 donde el primer ajuste continuo constante comprende, a su vez, las siguientes etapas:

una primera etapa donde se procede en primer lugar a ajustar la región de plato subcondral, donde dicha región se sitúa en el eje X negativo de tal forma no interfiera en el resto de los ajustes; y donde se considera que un punto pertenece a esta región cuando su valor es mayor o igual al 97%;

una segunda etapa de ajuste de la región correspondiente al hueso subcondral, programando las funciones de ajuste de las regiones del hueso subcondral y del hueso subarticular de tal manera que se considere un punto de una región u otra dependiendo de la pendiente de dicho punto; y donde se considera la restricción del punto (0,97) y que pertenece a la recta de ajuste del hueso subcondral;

una tercera etapa de ajuste de la región subarticular y de la región del hueso trabecular una vez ajustada la región del hueso subcondral; y donde para ello, se repite la etapa anterior pero con la restricción de que el punto B, obtenido en la segunda etapa de ajuste, pertenece a la recta de ajuste de la región del hueso subarticular; y donde, además, para esta parte se seleccionarán todos aquellos puntos que después de la segunda etapa de ajuste pertenezcan a la región subarticular, así como el resto de puntos que ya pertenecen a la región trabecular, obteniéndose los ajustes de las dos últimas regiones óseas y determinándose el punto C.

3. Método de acuerdo con la reivindicación 1 y 2 donde el segundo ajuste continuo lineal comprende, a su vez, las siguientes etapas:

una primera etapa de ajuste de la región de plato subcondral, tal y como se explica en la segunda etapa del ajuste continuo constante, programando las funciones de ajuste de las regiones del plato subcondral y del hueso subcondral de tal manera que se considere un punto de una región u otra dependiendo de la pendiente de dicho punto, seleccionándose los que pertenecen al plato subcondral o a la región subcondral; y donde una vez ajustadas, se obtiene el punto A; y donde los puntos situados a la izquierda del punto A se reajustan obteniendo una pendiente y ordenada en el origen ya que son puntos correspondientes al plato subcondral, con la restricción de que BAr/TAr ≤q100%;

una segunda etapa de ajuste de la región correspondiente al hueso subcondral, una vez ajustada la región de plato subcondral, repitiéndose la etapa anterior pero con la restricción de que el punto A obtenido en la primera etapa de ajuste, pertenece a la recta de ajuste de la región del hueso subcondral, seleccionándose todos aquellos puntos que después de la primera etapa de ajuste pertenezcan a la región del hueso subcondral y subarticular; y

una tercera etapa de ajuste del hueso subarticular una vez ajustadas las regiones del plato subcondral y del hueso subcondral, donde se repite la etapa anterior pero con la restricción de que el punto B, obtenido en la segunda etapa de ajuste, pertenece a la recta de ajuste de la región del hueso subarticular, seleccionándose todos aquellos puntos que después de la segunda etapa de ajuste pertenezcan a la región del hueso subarticular, así como el resto de puntos que ya pertenecen a la región trabecular y obteniéndose los ajustes de las dos últimas regiones óseas y determinando el punto C.

4. Método de acuerdo con las reivindicaciones anteriores donde el tercer ajuste discontinuo constante comprende, a su vez, las siguientes etapas:

una primera etapa de ajuste de la región de plato subcondral, donde dicha región para que no interfiera en el resto de los ajustes se sitúa en el eje X negativo, considerándose que un punto pertenece a esta región cuando su valor es mayor o igual al 97%;

una segunda etapa de ajuste de la región correspondiente al hueso subcondral, programando las funciones de ajuste de las regiones del hueso subcondral y del hueso subarticular, de tal manera que se considere un punto de una región u otra dependiendo de la pendiente de dicho punto; y donde una vez ajustadas se obtiene el punto B, reajustándose los puntos situados a la izquierda del punto B obteniendo una pendiente y ordenada en el origen, que son puntos correspondientes a la región subcondral;

una tercera etapa de ajuste de la región del hueso subarticular y del hueso trabecular una vez ajustada la región del hueso subcondral repitiendo lo enunciado en el paso anterior, y ajustando el punto C, donde los puntos situados a la izquierda del punto C se reajustan obteniendo una pendiente y ordenada en el origen, ya que son puntos correspondientes a la región subarticular; y con los puntos situados a la derecha del punto C que son puntos correspondientes a la región trabecular se realiza la misma operación, obteniendo otra pendiente y otra ordenada en el origen, seleccionándose todos aquellos puntos pertenecientes al hueso subarticular así como el resto de puntos que ya pertenecen a la región trabecular.

5. Método de acuerdo con las reivindicaciones anteriores donde el cuarto ajuste discontinuo lineal comprende, al menos, las siguientes etapas:

una primera etapa de ajuste de la región de plato subcondral, analizando las funciones de ajuste de las regiones del plato subcondral y del hueso subcondral de tal manera que se considere un punto de una región u otra dependiendo de la pendiente de dicho punto, seleccionándose aquellos puntos que pertenecen al plato subcondral o a la región subcondral; y donde una vez ajustadas se obtiene el punto A, reajustándose los puntos situados a la izquierda del punto A obteniendo una pendiente y ordenada en el origen, con la restricción de que BAr/TAr ≤q 100%;

una segunda etapa de ajuste de la región correspondiente al hueso subcondral, programando las funciones de ajuste de las regiones del hueso subcondral y del hueso subarticular de tal manera que considere un punto de una región u otra dependiendo de la pendiente de dicho punto; y donde una vez ajustadas, se obtiene el punto B, reajustándose los puntos situados a la izquierda del punto B obteniendo una pendiente y ordenada en el origen, seleccionándose aquellos puntos que pertenecen a la región subcondral o a la región subarticular; y

una tercera etapa de ajuste de la región del hueso subarticular y del hueso trabecular una vez ajustada la región del hueso subcondral donde una vez ajustadas estas regiones se obtiene en este caso el punto C; y donde los puntos situados a la izquierda del punto C se reajustan obteniendo una pendiente y ordenada en el origen que son puntos correspondientes a la región subarticular; y donde con los puntos situados a la derecha del punto C que son puntos correspondientes a la región trabecular, realizándose la misma operación, se obtiene otra pendiente y otra ordenada en el origen, seleccionándose todos aquellos puntos pertenecientes al hueso subarticular así como el resto de puntos que ya pertenecen a la región trabecular.