Difusión acústica de ultrasonido detecta la densidad ósea

Una técnica nueva de ultrasonido puede proporcionar una forma no invasiva de evaluar el riesgo de osteoporosis evaluando la estructura ósea a microescala.

Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte (NC State; Raleigh, EUA) y la Universidad Médica Charité (Charité; Berlín, Alemania), realizaron un estudio computacional numérico para investigar el efecto del tamaño del poro del hueso cortical y la densidad sobre la constante de difusión acústica de dispersión múltiple por ultrasonido. Para hacerlo, se realizaron simulaciones de dominio de tiempo de diferencia finita en secciones transversales del fémur proximal humano derivadas de microestructuras corticales, y se modificaron controlando la densidad y el tamaño de los poros. Para hacerlo, se transmitieron pulsos gaussianos y se registraron las señales para obtener la intensidad retrodispersada.

Luego se extrajo la contribución incoherente de la intensidad retrodispersada para dar acceso a la constante de difusión. Los investigadores encontraron que a 8 MHz, se observaron diferencias significativas en los medios con diferentes microarquitecturas porosas, con la constante difusión difundida de forma monótona por el diámetro o la densidad de los poros. Un aumento en el tamaño de poro o la densidad de poro produjo una disminución en la constante de difusión, lo que sugiere el potencial de la técnica propuesta para la caracterización de la microarquitectura cortical. El estudio fue publicado el 8 de agosto de 2019 en la revista The Journal of the Acoustical Society of America.

“Estamos al menos a años de aplicaciones clínicas, pero si los resultados se mantienen, podemos tener una forma de monitorizar a los pacientes regularmente para determinar la salud del hueso”, dijo la autora correspondiente, Marie Müller, PhD, del departamento de ingeniería mecánica y aeroespacial en la Universidad Estatal de Carolina del Norte. “Eso significa que las personas pueden rastrear su riesgo potencial de osteoporosis sin tener que preocuparse por la exposición a la radiación asociada con los rayos X. Además, la técnica podría ayudar a los investigadores y proveedores de atención médica a determinar el efecto de los esfuerzos de tratamiento de la osteoporosis”.

“Una cosa que es emocionante acerca de estas técnicas es que tomamos una de las deficiencias del ultrasonido y la aprovechamos”, concluyó el Dr. Müller. “La desventaja es el hecho de que el ultrasonido no puede darnos imágenes claras cuando se usa en medios complejos, como el hueso. Esto se debe a que las ondas de ultrasonido rebotan por todo el lugar en estos entornos complejos, lo que hace imposible calcular qué tan lejos han viajado”.

Los huesos largos consisten en un núcleo trabecular y una cubierta externa compacta del hueso cortical. Este último es muy denso, pero está permeado por poros alargados, lo que da como resultado una porosidad que oscila entre el 3% y el 28%. Se ha demostrado previamente que el módulo de elasticidad ósea, la tenacidad y la capacidad de absorción de energía de impacto disminuyen a medida que aumenta la porosidad cortical.

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Universidad Estatal de Carolina del Norte
Universidad Médica Charité