Characterisation of the local microstructure and volumetric strain in human metastatic vertebrae

La spina dorsale è uno dei principali siti colpiti da metastasi ossee. Queste alterano la struttura e le proprietà meccaniche delle vertebre metastatiche riducendone la capacità di sostenere carichi e aumentandone il rischio di rottura. Il processo di rottura delle vertebre con lesioni metastatiche è ad oggi ancora poco conosciuto. Infatti, non si conosce il punto di innesco del fallimento e neanche le caratteristiche del tessuto che ne è interessato. Questo studio ha lo scopo di valutare la composizione microstrutturale e le deformazioni internamente a vertebre sane e metastatiche. 15 segmenti vertebrali, costituiti da una vertebra sana e una metastatica (mista, litica o blastica), sono stati testati in compressione fino a rottura e scansionati all’interno di una micro-tomografia computerizzata (µCT). Le deformazioni sono state misurate utilizzando un algoritmo globale di Digital Volume Correlation (DVC). Il bone volume fraction (BV/TV) locale e le deformazioni sono stati calcolati attraverso uno script in Matlab. I risultati hanno dimostrato come il BV/TV non sia il parametro chiave per predire la rottura delle vertebre. Le correlazioni assumono valori molto variabili per poter definire un trend. È stato evidenziato, però, che all’aumentare della lesione metastatica (litica o blastica) la struttura subisce un’alterazione tale da far diminuire ulteriormente il legame fra BV/TV e deformazione. Questo studio ha mostrato per la prima volta la relazione fra il bone volume fraction locale e le deformazioni in una struttura complessa ed eterogenea come la vertebra metastatica e in condizioni di carico pseudorealistiche. Questi risultati una volta generalizzati ed estesi anche ad altri parametri morfologici potrebbero fornire spiegazioni delle cause di instabilità meccanica utili per creare strumenti in grado di predire le fratture e suggerire nuovi metodi di trattamento.