Fracture healing valuation using X-ray microtomography

A microtomografia 3D por raio-X proporciona medidas quantitativas e tridimensionais da estrutura do calo e essas medidas podem potencialmente estar relacionadas com a resistência do calo. A avaliação quantitativa do reparo ósseo por meio de novas metodologias tem importante aplicação nas pesquisas experimentais relacionadas a tecnologias invasivas e não invasivas para a estimulação do mesmo. O objetivo desse estudo foi avaliar o reparo ósseo por meio da μCT em defeito ósseo em fêmur de rato. Trinta ratos machos da classe Wistar com peso médio de 300g foram divididos em grupos experimentais de 10 animais em cada grupo. Os animais foram anestesiados e um furo com 1,2mm de diâmetro foi realizada na porção medial do fêmur utilizando-se uma broca odontológica. No 7º, 14º e 21º pós-cirúrgico, os animais dos grupos experimentais 1, 2 e 3, respectivamente, foram sacrificados e o fêmur esquerdo excisado. Os fêmures foram envolvidos em gaze e mergulhas em solução PBS e armazenados em um saco plástico em freezer a -20º até a análise microtomográfica. Os fêmures foram escaneados pelo microtomógrafo 1172 (SkyScan, Bélgica). Os softwares NRecon, Dataviewer, CT-Analyzer and CT-Vol, fornecidos pelo fabricante do microtomógrafo, foram utilizados para as seguinte análises: a) análise visual das reconstruções microtomográficas dos fêmures através de secções transversais, coronais e sagitais; b) segmentação do calo ósseo nas reconstruções através de algoritmo de processamento de imagem para quantificação dos parâmetros volume total do calo ósseo (TV), volume do calo ósseo mineralizado (BV), relação BV/TV e densidade mineral óssea volumétrica do calo ósseo (BMD); c) visualização 3D do calo ósseo. A análise estatística dos parâmetros medidos utilizou o teste t de Student com um nível de significância p < 0,05. Houve um aumento estatisticamente significante nos valores dos parâmetros BV/TV e BMD na comparação entre os grupos experimentais 1 e 2. A comparação entre os grupos 3 e 4 não apresentou significância estatística. Os resultados são coerentes com dados encontrados na literatura sobre a fisiologia óssea, porém o algoritmo de processamento de imagem utilizado necessita aprimoramento em alguns de seus procedimentos para se obter melhor resultado de segmentação do calo ósseo na região de interesseX-ray microtomography (uCT) provides quantitative and three dimensional measurements of the callus structure and these measurements could potentially be related to callus strength. The assessment of bone repair through new methodologies has important application in animal investigations regarding invasive or non invasive technologies for the stimulation of bone healing. The aim of this investigation was the use of μCT for the assessment of bone repair in a rat femur bone defect. Thirty male Wistar rats weighting about 300g were divided in three experimental groups with 10 animals on each group. The animals were anesthetized and a circular hole with a 1.2mm diameter was generated at the medial region of the left femur using a dental drill. At the 7th, 14th and 21st day after surgery the animals of experimental groups 1, 2 and 3, respectively, were sacrificed and the left femur excised. The femurs were wrapped in gauze immersed in phosphate-buffered solution and stored in a plastic bag at -20oC until the analysis by microtomograph. The femurs were scanned by the 1172 microtomograph (SkyScan, Belgium). The softwares NRecon, Dataviewer, CT-Analyzer and CT-Vol, provided by the microtomograph manufacture, were used for the following assessments: a) visual examination of the femurs microtomographic reconstructions using transversal, coronal and sagittal sections; b) segmentation of the bone callus in the reconstructions using an image processing algorithm to quantify the parameters total bone callus volume (TV), volume of the mineralized bone callus (BV), the ratio BV/TV and the volumetric bone callus mineral density (BMD); c) 3D rendering of the bone callus. The statistical analysis of the measured parameters was performed by the Student t test with a level of significance p < 0.05. There was a statistically significant increase in the mean values of the parameters BV/TV and BMD in the comparison of experimental groups 1 and 2. The comparison between groups 2 and 3 was not statistically significant. Results are according to bone physiology data from literature although the image processing algorithm used needs some adjustments to get better results in bone callus segmentation in RO