Vibração como método de triagem de fraturas em crianças

A principal questão de pesquisa que sustenta este estudo piloto é: "Os espectros de vibração podem distinguir de forma confiável os ossos fraturados dos não fraturados em crianças?"

O problema:

Um número significativo de radiografias desnecessárias é realizado para excluir a presença de fraturas. Em 2011, 46.000 crianças foram atendidas no Departamento de Emergência (DE) do Sheffield Children's Hospital, para as quais foram realizadas 10.400 radiografias. 2.215 radiografias de pé/tornozelo e punho sozinhas se mostraram desnecessárias. Isso se traduz em uma economia potencial de £ 119.610/ano em Sheffield e aproximadamente £ 12 milhões/ano na Inglaterra e no País de Gales.

Claramente, há a necessidade de um método não invasivo, portátil, barato e rápido de triagem de ossos longos para fraturas para estabelecer a probabilidade de o osso ser positivo ou negativo para fratura; aqueles com alta probabilidade de fratura passam a ser radiografados, para estabelecer a presença, o tipo e a posição da fratura.

Uma Possível Solução:

A análise de vibração envolve a excitação mecânica de um objeto, registrando e analisando as respostas subsequentes. Quando uma estrutura pode se mover livremente após uma excitação, ela vibrará em suas frequências naturais específicas, onde as forças inerciais estão em equilíbrio com as forças elásticas, dependendo da rigidez dessa estrutura.

A análise espectral de vibração é usada de forma confiável na indústria para detectar rachaduras em máquinas.

Os pesquisadores testaram a hipótese de que ossos fraturados e não fraturados retornam diferentes espectros de vibração em 13 adultos; 7 voluntários saudáveis ​​do Departamento de Engenharia da Sheffield Hallam University e 6 pacientes após lesão no Northern General Hospital, 3 dos quais com fraturas, com 100% de correlação dos espectros de vibração com presença/ausência de fratura e sem dor.

Diante desses resultados animadores, a proposta é estender o estudo para crianças.

Teoria da Pesquisa:

Os pesquisadores postulam que existem diferenças detectáveis ​​nas frequências naturais de vibração obtidas de ossos com e sem fratura. O osso contralateral não lesionado de cada criança servirá de comparação para o lado lesionado.

A aplicação da análise de vibração envolve a excitação mecânica de um objeto e o registro e análise das respostas subsequentes. Em teoria, aplicando um estímulo ao osso e analisando a resposta resultante, é possível monitorar várias condições patológicas e induzidas por traumas.

As vibrações podem ser induzidas por um impulso, que produz uma resposta consistente com a entrada de um número de frequências fundamentais independentes, ou por ciclos de frequência variável de ondas senoidais puras.

Tendo induzido as vibrações por um pequeno seringueiro controlado por computador, o método mais comum de registrá-las usa medidores piezoelétricos em proeminências ósseas (minimizando o efeito do tecido mole subjacente). Por exemplo, ao analisar a consolidação da fratura da tíbia, os maléolos lateral ou medial são locais privilegiados. A operação bem-sucedida de medidores piezelétricos depende do acoplamento do medidor à estrutura sob investigação, de modo que as tensões induzidas produzam uma mudança líquida na carga dos terminais do transdutor devido ao efeito piezoelétrico.

Os cristais piezelétricos são relativamente baratos e suas propriedades bem compreendidas. Os materiais piezoresistivos e piezoelétricos são comumente usados ​​para detectar tensões causadas por vibrações em estruturas de macroescala. No entanto, eles geralmente exigem processamento e interpretação de sinais desafiadores. O grupo de pesquisa tem experiência em trabalhar com sinais médicos complexos (p. eletroencefalogramas) para extrair informações relevantes e trará essa experiência para este projeto.

Estudos de viabilidade anteriores fornecem uma base sólida para o estudo proposto. Há extensa informação sobre teoria, técnicas para análise de vibração de estruturas físicas estão bem estabelecidas e, além disso, vários estudos exploraram a análise de vibração de baixa frequência como uma possível ferramenta de diagnóstico no campo ortopédico. Por exemplo, em um estudo foi relatado que a transmissão de vibração através de uma fratura é afetada pelos estágios de consolidação do calo da fratura.

Até onde os pesquisadores sabem, nenhum estudo usou a metodologia precisa proposta neste estudo atual para rastrear fraturas em crianças.