Metodologia para a Obtenςão de Parâmetros Físicos e Geométricos do Osso Trabecular Funςão de Imagens de Micro Tomografia

Abstract

Na engenharia, o primeiro passo para a análise de uma estrutura é o conhecimento do material que a compõe e da sua geometria. Normalmente o material é conhecido com ensaios destrutivos de tração, compressão, pesagem e medições volumétricas executados utilizando-se corpos de prova de dimensões padronizadas. Em relação à geometria, na maioria dos casos, são regulares e criadas a partir de formas primitivas como retângulos, triângulos, cilindros, sendo sua criação digital simples de ser executada. No entanto, com materiais vivos, tanto a caracterização do material quanto a criação da geometria digital são bem complexos, devido à variação de suas propriedades, dano e cura, e seu formato irregular. Sendo assim, outra forma de se conhecer o material deve ser utilizada. Este trabalho apresenta uma metodologia básica para a determinação das propriedades físicas e parâmetros geométricos do tecido trabecular ósseo a partir de imagens de micro tomografia. A micro tomografia é uma técnica não destrutiva que reconstrói e modela interiores de amostras na escala micrométrica e obtém informações sobre suas características tridimensionais. A exemplificação da metodologia será apresentada em função da micro tomografia de uma amostra de osso trabecular extraída da cabeça de um fêmur humano. O aparelho que será utilizado para a tomografia será o micro-CT SkyScan 1172 de alta resolução. A partir das imagens obtidas pelo detector de raios X, função do coeficiente de atenuação, são reconstruídas as fatias tomográficas transversais utilizando-se o algoritmo de Feldkamp modificado. Sobre essas fatias, são aplicados algoritmos para a obtenção de propriedades físicas da amostra como volume de vazios, volume de osso, densidade aparente, densidade do pixel, grau de anisotropia, direções anisotrópicas e dimensão fractal tridimensional. Os algoritmos para o cálculo dos volumes de vazio e de osso são baseados em características e quantidade de pixels. A densidade aparente é calculada com o peso total das amostras dividida pelo volume de osso calculado. A densidade do pixel é estimada em cada ponto do osso trabecular correlacionando-se a escala de Hounsfield com densidades de materiais conhecidos, colocados juntos com a amostra durante a aquisição. O grau de anisotropia e as direções anisotrópicas são calculados utilizando-se o método do comprimento médio de interceptação e do momento de inércia das partes das trabéculas constantes em volumes representativos dessa amostra. A dimensão fractal, usada para quantificar a irregularidade das trabéculas, é calculada utilizando-se o método de box counting. Descrições da metodologia são apresentadas assim como conclusões a respeito da coerência dos valores encontrados.