Estimación de densidad ósea mediante tomografía computarizada con protocolo GSI y correlaciñon densitométrica

Universidad de Valladolid Facultad de Medicina Grado en Medicina Trabajo Fin de Grado “ESTIMACIÓN DE DENSIDAD ÓSEA MEDIANTE TOMOGRAFÍA COMPUTARIZADA CON PROTOCOLO GSI Y CORRELACIÓN DENSITOMÉTRICA”. Curso 2018-2019 Alumna: Marina Soto Fernández Tutor: Dr. Francisco Ardura Aragón 2 AGRADECIMIENTOS Agradecer al Dr. Sánchez Lite su tiempo y plena predisposición para que este trabajo contase con la ayuda imprescindible del Servicio de Radiodiagnóstico del Hospital Clínico Universitario de Valladolid. 3 ÍNDICE DE CONTENIDOS RESUMEN/ABSTRACT…………………………………………………………………………………………………………. 4 1. INTRODUCCIÓN ……………………………………………………………………………………………………………… 5 1.1 Osteoporosis ……………………………………………………………………………………………………..5 1.2 Fracturas Vertebrales ………………………………………………………………………………..………6 1.3 Densitometría Ósea - Absorciometría Dual De Rayos X (DXA) ……………………………7 1.4 TC con protocolo GSI (Gemstone Spectral Imaging)……………………………………………9 2. HIPÓTESIS Y OBJETIVOS…………………………………………………………………………………………………..10 3. PACIENTES, MATERIALES Y MÉTODOS…………………………………………………………………………….10 3.1 Pacientes………………………………………….……………………………………………………………...10 3.2 Materiales…………………………………………………………………………………………………….....11 3.3 Métodos…………………………………………………………………………………………………………..12 3.3.1 Recogida de datos………………………………………………………………………………13 3.3.2. Análisis de datos……………………………………………………………………..…………13 4. RESULTADOS…………………………………………………………………………………………………………..……13 4.1 Imágenes…………………………………………………………………………………………………………...13 4.2 Estadística descriptiva………………………………………………………………………………………..14 4.3 Correlaciones………………………………………………………………………………………………….....16 5. DISCUSIÓN……………………………………………………………………………………………………………………17 6. CONCLUSIONES…………………………………………………………………………………………………………....20 7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS…………………………………………………………………………………....21 ANEXOS…….………………………………………………………………………………………………………………………24 Anexo I: estudio estadístico completo……………………………………………………………………….25 Anexo II: clasificación de potencia estadística …………………………………………………………..30 4 RESUMEN La osteoporosis es una enfermedad cuya prevalencia ha aumentado en los últimos años debido al envejecimiento de la población, el sedentarismo, el aumento de hábitos tóxicos y otros factores. Su relevancia radica en el riesgo de fractura. Para su diagnóstico y manejo terapéutico podemos cuantificarla mediante la medición de la densidad mineral ósea (DMO). Existen varias técnicas para poder llevar a cabo dicho cometido, siendo la densitometría ósea el patrón oro de todas ellas en la actualidad. Esta técnica presenta una serie de inconvenientes que no encontramos en la Tomografía Computarizada Gemstone Spectral Image (TC-GSI), una nueva variedad dentro de la tecnología de tomografía computarizada con múltiples utilidades, entre las que se encuentra una posible valoración de DMO. Hemos analizado once pacientes que acudieron al Hospital Clínico Universitario de Valladolid por fracturas vertebrales, obtuvimos los valores de DMO mediante TCGSI y mediante densitometría. Posteriormente correlacionamos los valores obtenidos con ambas técnicas. El análisis estadístico mostró correlación estadísticamente significativa entre los datos de densidad de la TC y los de la densitometría a nivel de columna vertebral. Palabras clave: osteoporosis, fractura vertebral, densitometría, TC-GSI, densidad mineral ósea, columna. ABSTRACT Osteoporosis is a disease whose prevalence has increased in recent years due to the aging of the population, sedentary lifestyle, increased toxic habits and other factors. Its relevance lies in the risk of fracture. For its diagnosis and therapeutic management we can quantify it by measuring bone mineral density (BMD). There are several techniques to carry it out, being the densitometry the gold standard of all of them at present. This technique presents a series of drawbacks that we cannot find on the other side. Computed tomography Gemstone Spectral Image (CTGSI) is a new variety within the technology of computed tomography with multiple utilities, among which is a possible assessment of BMD. We have analyzed eleven patients receivet at University Clinical Hospital of Valladolid affected by vertebral fractures. We obtained BMD values by GSI-CT and by densitometry. Later on, we correlated the values obtained with both techniques. The statistical analysis showed a statistically significant correlation between the BMD data from CT-GSI and those from densitometry at the spine. 5 Key words: osteoporosis, vertebral fracture, densitometry, TC-GSI, bone mineral density, spine. 1. INTRODUCCIÓN Este estudio forma parte de uno de los grupos pioneros en investigación de esta técnica y su correspondiente aplicación puesto que solo hemos podido encontrar un artículo que hable sobre ello en la literatura científica. Los pacientes que sufren una fractura vertebral podrían someterse a un estudio de extensión de la fractura y medición de densidad ósea con una sola prueba de imagen (TC – GSI). La correlación de datos densitométricos entre la TC y la DXA en favor de la primera, haría prescindible ésta última y otros estudios complementarios como la resonancia magnética. 1.1 OSTEOPOROSIS La osteoporosis se define como la enfermedad del hueso caracterizada por una menor resistencia del mismo, que se debe tanto a un déficit en la densidad mineral ósea (cantidad) como a una alteración en la microarquitectura del hueso (calidad), o a ambos factores, lo que ocasiona una mayor fragilidad y una mayor predisposición a sufrir fracturas ante traumatismos de baja energía (1). La definición-clasificación de osteoporosis de la Organización Mundial de la Salud (OMS) es densitométrica y no clínica. Se basa en la medida de la masa ósea con el método DEXA en la columna o cadera. Estableciendo cuatro categorías: - Normalidad - Osteopenia - Osteoporosis - Osteoporosis grave o establecida La presencia de una baja masa ósea patológica, osteopenia u osteoporosis, es el mejor indicador de riesgo de fractura para la región donde se ha medido la masa ósea; de ahí su interés, ya que la pérdida de masa ósea es asintomática excepto hasta que se produce la fractura osteoporótica (2). La osteoporosis es un problema de salud pública en aumento. Los datos nos informan de que alrededor del mundo se produce una fractura osteoporótica cada 3 segundos. Comparando cifras, en las mujeres, el riesgo de sufrir osteoporosis es mayor que la suma del riesgo de padecer cáncer de mama, ovario y útero. 6 El aumento de la esperanza de vida ha contribuido a un aumento de la prevalencia de osteoporosis y no solo debido a la disminución de la DMO sino al aumento natural de caídas en la población adulta mayor. Todo ello está provocando un mayor número de complicaciones y gasto social en relación a dicha patología. 1.2 FRACTURAS VERTEBRALES La patología sobre la que se centra el estudio son las fracturas vertebrales. Son las fracturas osteoporóticas únicas, más comunes en todo el mundo, y constituyen una parte integral de la enfermedad osteoporótica. Se dan aproximadamente en un 30-50% de las personas mayores de 50 años. (3) Sin embargo, a diferencia de las fracturas de cadera, muchos factores limitan la disponibilidad de información fiable sobre su epidemiología: de dos tercios a tres cuartos de las fracturas vertebrales son clínicamente silentes (4, 5) y menos del 10% requieren ingreso hospitalario (6). Incluso cuando hay una fractura vertebral en la radiografía de columna vertebral, puede pasar inadvertida para el radiólogo, rara vez se observa en los registros médicos, y solo en ocasiones se solicita tratamiento preventivo (7). La interpretación de los hallazgos encontrados en las imágenes radiográficas depende en la mayoría de las ocasiones, de la preparación y habilidad del observador, y no existe un patrón oro que defina la fractura vertebral. Figura 1. Imagen obtenida de un resumen ejecutivo de la International Osteoporosis Foundation (3). 7 Las fracturas vertebrales son potentes predictores de futuras fracturas de cadera y columna, por ello es esencial un diagnóstico preciso e información clara sobre este tipo de fracturas. Ensayos clínicos a gran escala han demostrado que las terapias para la osteoporosis pueden aumentar entre un 4-12% la densidad mineral del hueso de la columna (DMO) y reducir la tasa de fracturas vertebrales entre un 40-70% (7, 8). 1.3 DENSITOMETRIA ÓSEA – ABSORCIOMETRÍA DUAL DE RAYOS X (DXA) La densitometría ósea constituye el método más extendido en la actualidad para medir la densidad ósea. Dentro de sus indicaciones figura la historia de fracturas no traumáticas. Esta técnica se basa en la absorciometría de rayos X de energía dual (DEXA o DXA). El principio físico básico de la DXA es la medición de la transmisión a través del cuerpo, de rayos X a dos niveles diferentes de energía (alta y baja). La fuente genera un haz de rayos X, que consiste en partículas de fotones transportadas a través de la energía electromagnética. El haz de rayos X se atenúa durante el paso a través de los tejidos. Esta atenuación se ve influenciada por la intensidad de la energía, y la densidad y el grosor de los tejidos humanos. A medida que aumenta la energía de los fotones, la atenuación del haz de rayos X disminuye. Los materiales de baja densidad (tejidos blandos) permiten el paso de un mayor número de fotones, por lo que atenúan el haz de rayos X menos que los materiales de alta densidad como el hueso. La diferencia en la atenuación de los dos picos de energía de rayos X es específica para cada tejido. (9) Con la DXA se obtienen los siguientes valores: densidad mineral ósea en g/cm2 (DMO), contenido mineral óseo en g (BMC), área (cm2), altura (cm) y grosor (cm) del área explorada. Posteriormente proporciona los valores de referencia de la DMO en función de la edad en una gráfica en la que se representan tres líneas: 1. La de referencia 2. +1 desviación estándar (DE) 3. -1 desviación estándar 8 La densidad se calcula a través de procesos matemáticos que estudian la diferencia de atenuación de los tejidos blandos y los tejidos óseos en la captación del haz de baja y alta energía y las determinaciones del área explorada (cm²) y del contenido mineral (g) de manera que con el cociente de ambos se halla la densidad por superficie (g/cm²) de cada sector de región ósea explorada. Figura 2. Obtenida de las guías de osteoporosis de la Sociedad Española de Medicina Interna. (10). Una vez obtenida la DMO en un determinado paciente, ésta debe ser considerada en función de los valores de su población de control, bien respecto al pico de masa ósea de la población joven sana (puntuación T) o bien respecto a su grupo de edad y sexo (puntuación Z). En ambos casos se transforma el valor de la DMO en desviaciones estándar respecto al valor medio poblacional (Figura 2). La estandarización debe realizarse utilizando valores poblacionales válidos, a ser posible, de la misma población estudiada (10). Los resultados de los exámenes se dan bajo dos puntuaciones:  Puntuación T: la cantidad ósea se compara con un adulto joven del mismo género y masa ósea máxima. Con esta puntuación se calcula el riesgo de desarrollar fractura y analizar la posibilidad de tratamiento. Valores mayores a -1 se consideran normales. La osteopenia se sitúa entre los valores de -1,1 y -2,4 y la puntuación menor a -2,5 nos daría la clasificación de osteoporosis. 9  Puntuación Z: en este caso se estudia la cantidad de masa ósea en comparación con otras personas del mismo grupo de edad, misma talla y mismo género. Solo suelen ser significativas puntuaciones excepcionalmente llamativas, bien muy altas o bien muy bajas. 1.4 TC CON PROTOCOLO GSI La Tomografía Computarizada, TC de doble energía o dual, se fundamenta en la adquisición de conjuntos de datos utilizando dos espectros diferentes de energía de rayos X. Permite caracterizar materiales diferentes sobre la base de su composición elemental. Los estudios por medio de doble energía se han conocido desde finales de 1970. Las aplicaciones clínicas de la técnica de doble energía estaban limitadas en los primeros equipos de TC disponibles por la radiación y el tiempo prolongado de las exploraciones. La introducción de los nuevos sistemas de TC dual en 2006 provocó un renovado interés en aplicaciones de doble energía. Los avances tecnológicos permitían realizar estudios más rápidos y con menos nivel de radiación. La reciente adquisición de un equipo de TC con energía dual en el servicio de Radiodiagnóstico del Hospital Clínico Universitario de Valladolid, ha permitido realizar este estudio. El equipo de TC permite gracias a la novedosa aplicación GSI (Gemstone Spectral Imaging) obtener imágenes de densidad de diferentes materiales y realizar estudios cuantitativos. Gemstone Spectral Imaging (GSI) es una aplicación original de energía dual que emplea cambios rápidos de voltaje y genera datos de densidad del material que se pretende estudiar. Se pueden realizar estudios comparativos de materiales, por ejemplo agua-hidroxiapatita (11). El principio físico sobre el que se sustenta esta tecnología es la diferente atenuación de los fotones de rayos X de los materiales a distintos kilovoltajes durante un estudio de TC. El efecto fotoeléctrico se produce cuando un material emite electrones tras incidir sobre él una radiación electromagnética. En la TC de energía dual, se utilizan para escanear al paciente, dos haces a menor y mayor voltaje. El equipo de TC que se ha utilizado durante el estudio utiliza 140 kV y 80 kV en un campo de visión completo de 50 cm, con un registro anatómico casi perfecto. Los niveles de dosis de radiación son similares a los de una única adquisición estándar (11). 16 Aplicando estudio de Curva ROC utilizando como variable resultado de contraste la densidad de la TC global (mg/cm³) se obtuvo como punto de corte para definir entre los términos de osteoporosis y osteopenia al valor de 65,5350 con una sensibilidad del 85,7% y una especificidad del 100%. Por lo que a todos los pacientes que no tienen osteoporosis, el estudio de la TC-GSI los clasifica bien en todos los casos y un 15% de los que sí la tienen podrían perderse. Con un área bajo la curva de 0,905 y una significación estadística de 0,053. (Ver ANEXO I). Figura 7. Curva ROC Figura 8. Coordenada de la Curva ROC. Variable resultado: Densidad TC global. Los datos estadísticos descriptivos ofrecidos por la TC donde clasifica a los pacientes en osteopenia u osteoporosis nos ofrecen como resultado saber que aquellos con valores mayores a 61,56 no sufren osteoporosis y que aquellos con valores menores a 53,76 sí sufren osteoporosis. (VER ANEXO I). 4.2 CORRELACIONES En cuanto al resumen del procesamiento de casos, la TC consiguió clasificar de manera correcta en osteoporóticos u osteopénicos al 90,9% de los pacientes <10> estando 6 de ellos en rango de osteopenia y 4 en rango de osteoporosis a diferencia de 17 lo marcado por la densitometría de columna que indicaba un total de 7 pacientes osteopénicos y 3 osteoporóticos. La potencia ĸ es del 78,3% situándose como una medida de concordancia clasificada como buena (en límite alto), cercana a la consideración de muy buena. (Ver ANEXO II). En cuanto a las correlaciones no paramétricas resulta destacable que en el estudio de la rho de Spearman las correlaciones establecidas entre los datos aportados por las diferentes secciones de la TC y las diferentes densitometrías, se haya observado correlación significativa (p<0,05) entre los datos de la TC y la densitometría de columna (a excepción de las secciones de TC 1B y 2A que han establecido correlación significativa con los valores de la densitometría de fémur total y su T-score). 5. DISCUSIÓN El patrón de oro de la medición de la DMO es la densitometría ósea (DEXA) debido a su accesibilidad, facilidad de uso e interpretación; un tiempo corto de adquisición de datos en alta resolución con una gran fiabilidad y una muy baja radiación. Entonces ¿qué motivos pueden provocar buscar nuevas tecnologías para la medición de la DEXA?: - Es particularmente susceptible a las distorsiones de imagen secundarias a estructuras superpuestas. - Susceptible también a distorsiones secundarias a patología osteodegenerativa de columna vertebral. Esta técnica de detección se vería muy afectada por las imágenes osteoscleróticas de hiperostosis, que pueden conducir a la distorsión de los datos de medición en cierta medida. Teniendo en cuenta que la prevalencia de osteoporosis precisamente se da en su gran mayoría en pacientes mayores donde la patología degenerativa es común, las distorsiones que sufre la DEXA podrían limitar su sensibilidad y especificidad en la medición. - Modalidad de imagen bidimensional. Si tenemos en cuenta que existe una actividad metabólica distinta entre el hueso cortical y el trabecular, cabe pensar que una modalidad de imagen 3D centrada en las áreas de alta actividad metabólica proporcionaría una evaluación más precisa ya que las alteraciones en el hueso durante la osteoporosis temprana ocurren inicialmente en el hueso esponjoso. Por lo tanto, la densitometría puede no detectar la osteoporosis temprana originada en el hueso esponjoso de las vértebras y aumentar así el tiempo de diagnóstico. 18 Como alternativa a las imágenes bidimensionales de la DEXA surgió la idea de usar la TC cuantitativa para este tipo de estudios. Las imágenes proporcionadas por la TC cuantitativa fueron inicialmente viables ya que aportaban datos de una verdadera densidad volumétrica. La TC cuantitativa se puede usar para medir la DMO volumétrica real, descartando completamente los efectos del tamaño del hueso, mientras que también puede medir las densidades de los huesos corticales y esponjosos, así como determinar con mayor precisión los parámetros morfológicos (15). Por lo tanto, las mediciones por TC cuantitativa pueden reflejar los cambios tempranos en la masa ósea vertebral. Sin embargo debido a varios inconvenientes entre los que se destaca una radiación efectiva de entre 1-3 mSv y un método de análisis complejo se ha ido limitando mucho el uso de este tipo de tomografía computarizada. De forma teórica, la técnica ideal para la medición de la DMO sería la exploración por TC de energía dual. A pesar de implicar un par de niveles de energía, la dosis de radiación administrada al paciente se divide entre dos, lo que resulta en un total de radiación hacia el paciente menor en comparación a la TC estándar/cuantitativa. En cuanto a la colimación, ambas usan un punto focal y dosis igual; teniendo por tanto la misma resolución espacial. Respecto al tiempo de toma de imágenes, la tecnología dual no ocasiona un aumento de tiempo sustancial siempre que los protocolos se hayan creado y definido previamente de manera correcta. No obstante, este método requiere escaneo duplicado y, por lo tanto, está limitado por la falta de coincidencia de la imagen y las altas dosis de radiación. Además, es una técnica complicada sin un software correspondiente disponible, por lo que sus aplicaciones clínicas son limitadas (16). En este punto es cuando llegamos a la TC-GSI que puede lograr imágenes espectrales mediante el cambio instantáneo de energía dual a través de una única bombilla, utilizando tecnologías únicas de separación física y determinación cuantitativa de la densidad del material, midiendo las densidades hidroxiapatita y agua-hidroxiapatita del hueso esponjoso vertebral. Puesto que con la TC-GSI podemos suplir las desventajas del resto de tecnologías de tomografía computarizada y hallar aparte del análisis de la densidad mineral ósea (centro de nuestro estudio), la detección de ácido úrico en las imágenes, detección de edema en médula ósea, el análisis de colágeno en ligamentos, tendones y discos intervertebrales o detección de metástasis, parece obvio que sea una tecnología sobre la que investigar y tener en cuenta de cara al futuro. 19 La TC-GSI, aúna la posibilidad de medir la DMO con ciertas ventajas respecto a la DEXA como evitar pruebas complementarias y ser un método de estudio capaz de obtener imágenes multiplanares y volumétricas. Por lo tanto sería interesante seguir evaluando su capacidad como método de medida de la DMO ya que se podría diagnosticar y evaluar el tratamiento de los pacientes con una sola prueba. A todos los pacientes que llegan a Urgencias se les realiza una TC y posteriormente se les cita para la densitometría (y en la mayoría de ocasiones para pruebas complementarias como la resonancia magnética). Agruparlo todo en una sola prueba representaría un ahorro significativo, una disminución de la sobrecarga de listas de espera y una comodidad mayor para los pacientes que además recibirían menos dosis de radiación. Con los datos obtenidos en este estudio, sabemos que la TC nos ha ofrecido como resultado saber que aquellos con valores mayores a 61,56 no sufren osteoporosis y que aquellos con valores menores a 53,76 sí sufren osteoporosis. El rango problema se sitúa entre 53,76 (valor mínimo del grupo osteopenia) y 61,56 (valor máximo del grupo osteoporosis) donde no podemos saber si estamos ante un paciente de un grupo u otro. Dentro de las limitaciones de nuestro estudio se encuentra el contar con una “n” pequeña. A pesar de ello, la potencia estadística es fuerte y abre una ventana a seguir investigando sobre estas correlaciones para encontrar mayor significación estadística. Nuestros objetivos futuros son realizar nuevos estudios en esta línea con una muestra de pacientes mayor (n del trabajo=11) así como, obtener datos de población sana de referencia o a los que se realicen exploraciones con TC por otros motivos distintos a la osteoporosis, de manera que se obtengan unos valores de clasificación en base a desviaciones estándar en la TC-GSI similar a los que se usan en las densitometrías. 20 6. CONCLUSIONES Tras el análisis de resultados y la discusión de los mismos; podemos concluir de manera clara sobre tres puntos principales: - Conseguimos rechazar la hipótesis nula, que establecía que los valores de DMO obtenidos mediante DEXA no se correlacionaban con los valores obtenidos mediante TC-GSI. - Encontramos una correlación con significación estadística entre los datos de DMO detectados por la TC y la DEXA de columna vertebral. - La TC-GSI puede evitar la realización de pruebas adicionales como la DEXA, disminuyendo costes y evitando trastornos y radiación a los pacientes. La TC - GSI y su aplicación en el estudio de densidad mineral ósea representan un avance prometedor en la evaluación de osteoporosis puesto que existen numerosos estudios sobre esta TC en relación con otras patologías, sobre todo oncológicas y vasculares, pero no así como método de estudio de la DMO. 21 7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. 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