Sviluppo di un algoritmo per la creazione di un modello digitale di osso trabecolare

Trabecular bone or spongy bone is a porous anisotropic structure found at the end of long bones and in the middle of flat bones. This type of bone can be prone to various diseases. The most common is osteoporosis, which is estimated to affect around 5 million people in Italy only. The use of models to study the microstructure and mechanical properties of trabecular bone allow to reproduce a healthy or pathological condition and to carry out a simple, fast and repeatable study. In this study, a tool was implemented with the aim of generating a digital cubic specimen of trabecular bone. Particularly, as far as the inputs varied, it was possible to check the most important morphometric parameters (volume fraction, trabecular thickness, trabecular space, etc.) and the elastic mechanical parameters (elastic moduli and shear moduli). Healthy and osteoporotic bone models were developed and compared. From observations in the literature, the digital specimens analysed were comparable, both morphometrically and mechanically, with trabecular bone values of the femoral head.

L’osso trabecolare o osso spugnoso è una struttura anisotropa porosa che si trova all’estremità delle ossa lunghe e nella parte centrale delle ossa piatte. Questo tipo di osso può essere soggetto a diverse malattie. La più diffusa è l’osteoporosi che si stima colpire solo in Italia circa 5 milioni di persone. L’utilizzo di modelli per lo studio della microstruttura e delle proprietà meccaniche dell’osso trabecolare permette di riprodurre una condizione sana o patologica e di effettuare uno studio semplice, veloce e ripetibile. In questo studio è stato implementato un tool con lo scopo di generare un provino cubico digitale di osso trabecolare. In particolare, al variare degli input, è stato possibile controllare i parametri morfometrici di maggiore interesse (frazione volumetrica, spessore delle trabecole, spazio trabecolare, ecc.) e i parametri meccanici elastici (moduli elastici e moduli elastici tangenziali). Sono stati sviluppati e confrontati tra loro modelli di osso sano e osteoporotico. Da osservazioni svolte in letteratura i provini digitali analizzati sono risultati confrontabili, sia da un punto di vista morfometrico che meccanico, con valori di osso trabecolare della testa femorale.