biomarcadores musculoesqueléticos -...

Angel Alberich-Bayarri, PhD

@aalberichalberich_ang@gva.es

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

@aalberichalberich_ang@gva.es

1 Biomedical Imaging Research Group

La Fe Polytechnics and University Hospital2 QUIBIM SL

Biomarcadores

musculoesqueléticos