Un modelo de remodelación ósea
El esqueleto humano es un sistemas complejo y jerarquizado en el que los cambios se manifiestan espacialmente, y pueden producirse tanto a nivel celular como de todo el organismo y a lo largo del tiempo. El carácter multiescala de la remodelación ósea hace necesario un modelo capaz de contemplar varios procesos que tengan lugar en distintos momentos y escalas espaciales. Esta descripción matemática es esencial para comprender la naturaleza adaptativa de los huesos y poder desarrollar modelos, así como para facilitar el diseño de implantes o el diagnóstico de enfermedades. Consciente de ello, el equipo de científicos empleó fondos comunitarios para diseñar una nueva herramienta que permitiese cuantificar la deformación desde el nivel celular hasta el tisular. Los artífices del proyecto MAMBO (Methodologically accurate modelling of bone: New experimental methods for the validation of cortical bone tissue computer models) extrajeron muestras de tejido óseo de origen animal. A continuación, obtuvieron imágenes tridimensionales de las muestras mediante un proceso de carga gradual y de correlación volumétrica digital (DVC, digital volume correlation) que les permitió identificar desplazamientos y deformaciones a nivel local. Una de las muchas ventajas que ofrece la técnica de DVC es la posibilidad de utilizar imágenes microtomográficas de alta resolución para obtener una proyección tridimensional de campo completo del vector de desplazamiento. El equipo empleó técnicas de diferenciación numérica para definir los campos de desplazamiento y generar mapas de deformación. A tales efectos se pusieron en práctica tres estrategias distintas: dos métodos locales basados en la correlación directa y en transformadas rápidas de Fourier y otro de carácter global, consistente en integrar las herramientas de registro de imágenes Sheffield (ShIRT) en un solucionador de elementos finitos. Los errores promedio y los que afectaban a componentes individuales que intervienen en los procesos de desplazamiento y deformación se calcularon en función de los parámetros de registro. El nuevo sistema global basado en ShIRT permite calcular con mayor precisión las deformaciones de tejido óseo cortical y trabecular. De entre todos los métodos documentados en las fuentes bibliográficas, este algoritmo se considera el más eficaz. Aunque es posible definir con exactitud las deformaciones empleando modelos computacionales, la resolución espacial habitual de 500 μm podría no ser suficiente en todos los casos. Por consiguiente, el equipo de MAMBO ha definido una batería de experimentos de validación para probar nuevos modelos computacionales esqueléticos a nivel tisular. Este método se ha empleado para validar los modelos computacionales de hueso trabecular mediante protocolos escalonados independientes basados en estudios de microtomografía computerizada. Los resultados indican una excelente correlación entre los desplazamientos medidos mediante DVC y las predicciones de modelos de elementos finitos basados en análisis de muestras mediante microTC. Se trata de un importante paso para validar modelos computacionales aplicables al estudio de la remodelación ósea, la fortaleza de los tejidos óseos y el comportamiento de las fracturas.
Palabras clave
Remodelación ósea, esqueleto humano, MAMBO, tejido óseo, fractura ósea
