Avaliação óssea cortical usando ondas guiadas por ultrassom: um estudo de reprodutibilidade em uma população saudável

A ideia da pesquisa é desenvolver um dispositivo clínico para medições ósseas corticais usando ultrassom para que possa ser portátil, pelo menos transportável e não ionizante. O princípio de medição é baseado em ondas guiadas por ultrassom, ambas as frequências dependem dos materiais e da geometria do osso cortical. O padrão-ouro atual para avaliação óssea é a DXA, a densitometria óssea por raios-X.

Proporciona uma mineralosidade óssea. É muito útil, mas tem algumas limitações. Primeiro, requer uma sala dedicada.

Sua capacidade de discriminação é apenas moderada e, portanto, não está amplamente disponível em muitas partes do mundo, como na América Latina, em particular no sistema público de saúde. Você pode usar outro dispositivo para avaliação óssea, como ressonância magnética ou QCT, mas eles são maiores e ainda menos disponíveis. Por fim, parece que o ultrassom é uma alternativa muito interessante e promissora.

O primeiro desafio é encontrar parâmetros clínicos úteis. Neste estudo, temos dois tipos de parâmetros, velocidade de preparação, que são muito fáceis, uma medida robusta, mas não tão fácil de interpretar. E também temos a espessura e a porosidade cortical, que são mais fáceis de interpretar em termos de qualidade e quantidade de osso, mas menos fáceis de medir.

E então o segundo desafio é medir esse parâmetro de uma forma muito precisa e confiável. Por que? Queremos medir uma diferença muito pequena entre os pacientes. Para a próxima etapa, nosso laboratório se concentrará no design da próxima geração do dispositivo, que será muito portátil, graças ao avanço da eletrônica.

Também incorporaremos novos parâmetros clínicos emitidos a partir de inteligência artificial e aprendizado de máquina. E, finalmente, também nos concentraremos em diferentes locais de fratura por fragilidade, em particular para fratura de quadril, com a ideia de melhorar a prevenção e o acompanhamento dos pacientes. Para começar, disponha o módulo eletrônico do transformador de isolamento elétrico e o laptop lado a lado em uma mesa grande, garantindo espaço suficiente na frente dessas peças para colocar o antebraço do participante.

Conecte o transformador de isolamento elétrico à fonte de alimentação doméstica da sala usando um cabo dedicado. Conecte o módulo eletrônico ao transformador de isolamento elétrico com um cabo de alimentação dedicado. Pressione o botão liga no transformador para alimentar o módulo e, em seguida, ligue o módulo eletrônico.

Em seguida, conecte o laptop ao módulo usando o cabo USB dedicado para permitir a transmissão de sinais digitalizados para o computador. Se o laptop precisar de energia, conecte o cabo de alimentação ao transformador de isolamento elétrico. Conecte a sonda ultrassônica ao módulo usando o slot de cabo dedicado localizado na parte frontal do módulo.

Coloque o pedal no chão próximo aos pés do operador, garantindo fácil acesso durante a medição. Conecte o pedal ao laptop usando um cabo USB. Para começar, convide o participante a sentar-se em frente ao operador com o antebraço nu apoiado na mesa em frente ao dispositivo ultrassônico de transmissão axial bidirecional.

Meça o comprimento do raio usando uma régua do estiloide radial até o cotovelo. Divida o comprimento por três. Em seguida, marque o local de medição a um terço do raio distal com uma caneta.

Clique na interface homem-máquina ou no ícone HMI no laptop. Na janela pop-up, adicione os dados do participante, incluindo ID anônimo, lateralidade, local medido, ID do operador e sexo. Em seguida, aplique gel ecológico na parte frontal da sonda ultrassônica e no local de medição marcado no antebraço do participante para garantir a propagação da onda ultrassônica.

Coloque a sonda em contato com o antebraço, alinhando seu centro com a marca. Após colocar a sonda em contato com o local marcado no antebraço do participante, clique no botão START localizado no canto inferior direito do software HMI. Observe as velocidades do primeiro sinal de chegada, ou valor do parâmetro VFOS, exibido na interface, que é atualizado a cada 0,5 segundos.

Ajuste lentamente a posição da sonda para atingir um valor de parâmetro vFAS dentro da faixa normal de 3800 a 4200 metros por segundo. Em seguida, ajuste a posição da sonda enquanto observa o valor bidirecional exibido em um caso específico da interface. Aplique uma leve pressão em um lado da sonda para reduzir o valor do ângulo absoluto para menos de 2 graus, garantindo um melhor paralelismo entre a sonda e a superfície óssea.

Ajuste a posição da sonda enquanto observa o valor do parâmetro VA0 a ser exibido na interface. Em seguida, procure um valor dentro da faixa normal de 1.500 a 1.900 metros por segundo, garantindo que a variação do VA0 entre cálculos sucessivos seja inferior a 40 metros por segundo. Em caso de dificuldade, consulte os espectros de imagem de onda guiada na coluna direita da interface.

Confirme se o espectro superior aparece como uma linha contínua com uma inclinação representando o valor VA0. Em seguida, observe a imagem inversa do problema, que aparece automaticamente assim que as velocidades e os valores de ângulo vFAS e VA0 se estabilizam. Confirme se a imagem contém um máximo indicado com um pixel claro e um ou vários máximos secundários indicados com uma cor diferente.

Os três parâmetros de qualidade ausentes, max, diff e low K são calculados automaticamente em tempo real. Ajuste lentamente a posição da sonda enquanto observa os máximos inversos da imagem problemática. Procure encontrar o primeiro máximo mais alto possível e o máximo secundário mais baixo possível usando os casos correspondentes na interface.

Em caso de dificuldade, observe a imagem do espectro de onda guiada na coluna direita da interface. Certifique-se de que a parte inferior do espectro tenha linhas contínuas representando modos de alta velocidade de fase com a qualidade do parâmetro, baixo K, o mais alto possível. Uma vez que uma imagem de problema inversa aceitável seja alcançada, estabilize a posição da sonda e certifique-se de que não haja alterações significativas entre cálculos sucessivos.

Uma vez alcançada uma posição estável, pressione o pedal com o pé para iniciar uma série de 10 aquisições. Após o término da série, observe as médias e desvios-padrão dos parâmetros de interesse. Se os desvios-padrão estiverem abaixo dos limites fixos, aceite a série.

Caso contrário, rejeite-o. Após pressionar a opção PARAR, verifique se os valores finais são informados automaticamente no PDF gerado. Verifique o segundo relatório preciso gerado usando valores exatos do modelo de guia de onda para os cálculos inversos do problema, em vez dos valores aproximados usados no primeiro relatório automático.

Compare os relatórios automáticos e precisos para garantir a consistência. Remova séries inconsistentes que não são eliminadas automaticamente para finalizar o conjunto de dados.