In vitro characterization of the three-dimensional strain pattern in human vertebrae affected by metastases

La colonna vertebrale è la principale sede di metastasi, le quali possono alterare la normale distribuzione dei tessuti ossei e ridurre la capacità della vertebra di sostenere carichi. L’instabilità spinale causata dalle metastasi, tuttavia, è di difficile determinazione. La caratterizzazione meccanica delle vertebre metastatiche permetterebbe di identificare e, di conseguenza trattare, quelle ad alto rischio di frattura. In questo studio, ho valutato il comportamento meccanico a rottura di vertebre umane affette da metastasi misurando in vitro il campo di deformazione. Undici provini, costituiti da due vertebre centrali, una metastatica e una sana, sono stati preparati e scansionati applicando carichi graduali di compressione in una micro-tomografia computerizzata (μCT). Le deformazioni principali sono state misurate attraverso un algoritmo globale di Digital Volume Correlation (DVC) e successivamente sono state analizzate. Lo studio ha rivelato che le vertebre con metastasi litiche raggiungono deformazioni maggiori delle vertebre sane. Invece, le metastasi miste non assicurano un comportamento univoco in quanto combinano gli effetti antagonisti delle lesioni litiche e blastiche. Dunque la valutazione è stata estesa a possibili correlazioni tra il campo di deformazione e la microstruttura della vertebra. L'analisi ha identificato le regioni in cui parte la frattura (a più alta deformazione), senza identificare, in termini microstrutturali, una zona preferenziale di rottura a priori. Infatti, alcune zone con un pattern trabecolare denso, presunte più rigide, hanno mostrato deformazioni maggiori di quelle dei tessuti sani, sottolineando l’importanza della valutazione della qualità del tessuto osseo. Questi risultati, generalizzati su un campione più ampio, potrebbero essere utilizzati per implementare nuovi criteri negli attuali sistemi di valutazione dell'instabilità spinale.

Quantitative analysis of pre- and post-operative valvular annulus deformations following valvular insufficiency

Valvular insufficiency is a growingly common valvular heart disease that frequently is associated with regurgitation. Atrioventricular incompetency can lead to overall ventricular and atrial enlargement, volume overload, heart impairment and, if not treated, can culminate in heart failure. With the advances in technology and the increasing interest in devices that have lower post-operative burden on patients, transcatheter mitral and tricuspid valve repair systems are going through a phase of rapid development and growing use. In this work, we aimed to quantitatively assess the morphology of mitral and tricuspid annuli in patients who underwent transcatheter valve repair with MitraClip/TriClip, before and after the intervention, using three-dimensional transoesophageal echocardiography images, in order to evaluate the geometrical changes of the annulus following the intervention. For our purposes, firstly, we implemented a tool for the visualization and navigation of the volumetric data across the cardiac cycle. Then, in order to track the annulus over the cardiac cycle, we extracted five rotational slices from the volume data, selected two initial points on each slice, and tracked these points across the cardiac cycle using KLT algorithm. In a first stage we led a parameters optimization for the tracking method, and we studied the sensitivity of the KLT algorithm to the initialization points, that are manually chosen by the user. In a second stage, we analysed 10 subjects (5 for mitral regurgitation and 5 for tricuspid regurgitation), tracking their annulus before and after valve repairment. In conclusion, we found in all our 10 subjects that immediately after the intervention there is a shortening of the major diameters of the valves, mainly the shortest diameter, due to the clip application, that leads to a reduction of the perimeter and the area of the annulus.