Analisi ad Elementi Finiti basate su DXA per la predizione del rischio di frattura nei pazienti osteoporotici: sviluppo di un algoritmo automatico per la generazione e ottimizzazione di una mesh triangolare. = Finite Element Analysis based on DXA for fracture risk prediction in osteoporotic patients: development of an automatic algorithm for the generation and optimization of a triangular mesh.

L’osteoporosi è una patologia che colpisce il tessuto osseo del paziente, diminuendone la densità e degradandone la microstruttura, con un conseguente aumento del rischio di frattura. In particolare, una manifestazione clinica di questa malattia è data dalle fratture da fragilità, ossia quelle che si verificano per traumi minori o in assenza di traumi evidenti. Con l’aumento dell’aspettativa di vita, questa patologia, prevalente nelle donne post-menopausa e negli uomini sopra i 55 anni, è diventata una crescente problematica socio-economica. Nel 2000, in Europa, si sono registrate circa 620.000 fratture del collo femorale e un numero simile di fratture vertebrali dovute all’osteoporosi. Queste, sopratutto nei pazienti più anziani, possono portare a un rapido peggioramento delle condizioni di salute. È importante, dunque, diagnosticare questa patologia preventivamente al fine di evitare fratture da fragilità, attraverso cure farmacologiche. L’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) riconosce come standard diagnostico l’esame di assorbimetria a raggi X a doppia energia (DXA), che misura la densità minerale ossea (BMD). Tuttavia, vi è un 30% di fratture da fragilità che si verificano in pazienti la cui BMD non ricade all’interno della classe di pazienti osteoporotici. Dunque è necessario considerare altri parametri per una corretta inquadratura clinica del paziente, come la microarchitettura ossea, la geometria del segmento scheletrico e la resistenza di questo ai carichi applicati. Un nuovo indice densitometrico, il Bone Strain Index (BSI), fornisce una valutazione delle deformazioni e degli stress attraverso metodi di analisi ad Elementi Finiti (FEA). Una fase fondamentale per l’ottenimento del BSI è la generazione di un modello bidimensionale, specifico per paziente, la cui qualità è cruciale per la precisione dell’analisi. Il presente studio ha come obbiettivo quello di sviluppare un algoritmo automatico di meshing per la generazione e ottimizzazione di modelli 2D a partire dalle scansioni DXA. In particolare, il dataset utilizzato è composto da 67 scansioni del tratto lombare e da 30 del tratto femorale. Dalla segmentazione di ogni segmento scheletrico sono stati costruiti modelli geometrici bidimensionali sulla quale è stata generata una mesh triangolare. La qualità dei modelli è stata ottimizzata variando i metodi di costruzione delle geometrie di partenza e le dimensioni della mesh, valutando poi uniformità, Aspect Ratio, grado di distorsione e angoli degli elementi. Successivamente è stata eseguita l’Analisi ad Elementi Finiti, seguendo lo stesso protocollo adottato dal software Bone Strain Index. È stato applicato un carico statico di compressione sulle vertebre lombari, mentre per il femore prossimale è stata simulata una caduta laterale sull’anca applicando una forza sul gran trocantere. Per ogni modello lombare realizzato è stata calcolata la deformazione equivalente media per ogni vertebra (L1-L4) e per il segmento totale. Per il distretto femorale le deformazioni medie sono state ottenute per il collo, trocantere e intertrocantere e per l’intero femore prossimale. I risultati sono stati poi confrontati con quelli ottenuti dal software medicale Bone Strain Index, per validare l’efficacia dell’algoritmo sviluppato. Il presente lavoro si è dimostrato essere promettente e in e in grado di migliorare ulteriormente i risultati ottenibili dal software BSI.