La vibración como método de detección de fracturas en niños

La principal pregunta de investigación que sustenta este estudio piloto es: "¿Pueden los espectros de vibración distinguir de manera confiable los huesos fracturados de los no fracturados en los niños?"

El problema:

Se realiza un número significativo de radiografías innecesarias para descartar la presencia de fracturas. En 2011, 46 000 niños asistieron al Departamento de Emergencias (ED) del Sheffield Children's Hospital, a quienes se les realizaron 10 400 radiografías. 2.215 radiografías de pie/tobillo y muñeca por sí solas resultaron innecesarias. Esto se traduce en un ahorro de costes potencial de 119 610 £/año en Sheffield y aproximadamente 12 millones de £/año en Inglaterra y Gales.

Claramente, existe la necesidad de un método no invasivo, portátil, económico y rápido para examinar huesos largos en busca de fracturas para establecer la probabilidad de que el hueso tenga una fractura negativa o positiva; aquellos con alta probabilidad de fractura pasan luego a ser radiografiados, para establecer presencia, tipo y posición de fractura.

Una posible solución:

El análisis de vibraciones implica la excitación mecánica de un objeto, luego registra y analiza las respuestas posteriores. Cuando se permite que una estructura se mueva libremente después de una excitación, vibrará a sus frecuencias naturales específicas donde las fuerzas de inercia están en equilibrio con las fuerzas elásticas, dependiendo de la rigidez de esa estructura.

El análisis espectral de vibraciones se utiliza de forma fiable en la industria para detectar grietas en la maquinaria.

Los investigadores probaron la hipótesis de que los huesos fracturados y no fracturados arrojan diferentes espectros de vibración en 13 adultos; 7 voluntarios sanos del Departamento de Ingeniería de la Universidad Sheffield Hallam y 6 pacientes después de una lesión en el Northern General Hospital, 3 de los cuales tenían fracturas, con una correlación del 100% de los espectros de vibración con presencia/ausencia de fractura y sin dolor.

Dados estos resultados alentadores, la propuesta es ampliar el estudio a los niños.

Teoría de la investigación:

Los investigadores postulan que existen diferencias detectables en las frecuencias de vibración natural obtenidas de huesos con y sin fractura. El hueso contralateral no lesionado de cada niño servirá como comparación para el lado lesionado.

La aplicación del análisis de vibraciones implica la excitación mecánica de un objeto y el registro y análisis de las respuestas posteriores. En teoría, al aplicar un estímulo al hueso y analizar la respuesta resultante, es posible monitorear varias condiciones patológicas e inducidas por traumatismos.

Las vibraciones pueden ser inducidas por un impulso, que produce una respuesta consistente con la entrada de un número de frecuencias fundamentales independientes, o por ciclos de frecuencia variable de ondas sinusoidales puras.

Habiendo inducido las vibraciones por un pequeño golpeador controlado por computadora especialmente diseñado, el método más común para registrarlas utiliza medidores piezoeléctricos en las prominencias óseas (minimizando el efecto del tejido blando subyacente). Por ejemplo, cuando se analiza la curación de una fractura tibial, el maléolo lateral o medial son sitios principales. El funcionamiento exitoso de los medidores piezoeléctricos depende del acoplamiento del medidor a la estructura bajo investigación, de modo que las tensiones inducidas produzcan un cambio neto en la carga de los terminales del transductor debido al efecto piezoeléctrico.

Los cristales piezoeléctricos son relativamente económicos y sus propiedades son bien conocidas. Tanto los materiales piezoresistivos como los piezoeléctricos se usan comúnmente para detectar la tensión causada por vibraciones en estructuras a macroescala. Sin embargo, a menudo requieren un procesamiento e interpretación de señales desafiantes. El grupo de investigación tiene experiencia trabajando con señales médicas complejas (p. electroencefalogramas) para extraer información relevante y aportará esta experiencia a este proyecto.

Los estudios de factibilidad previos brindan una base sólida para el estudio propuesto. Existe una amplia información sobre la teoría, las técnicas para el análisis de vibraciones de estructuras físicas están bien establecidas y, además, varios estudios han explorado el análisis de vibraciones de baja frecuencia como una posible herramienta de diagnóstico en el campo ortopédico. Por ejemplo, en un estudio se informó que la transmisión de vibraciones a través de una fractura se ve afectada por las etapas de curación del callo de la fractura.

Hasta donde saben los investigadores, ningún estudio ha utilizado la metodología precisa propuesta en este estudio actual para detectar fracturas en niños.