RESUMO
A radioterapia (RT) é amplamente utilizada para o tratamento do câncer em região de cabeça e pescoço. A osteorradionecrose (ORN) é uma das mais severas complicações desta modalidade terapêutica. Todos os pacientes tratados com radioterapia são considerados de alta risco para o desenvolvimento da ORN, devido à falta de fatores preditivos dessa comorbidade, a morbidade e a imprevisibilidade da resposta ao tratamento. A análise fractal é utilizada para descrever a complexidade de uma estrutura e avaliar anormalidades e gravidade de distúrbios da arquitetura óssea. Entretanto, poucos estudos utilizaram a análise fractal para avaliar a estrutura óssea de pacientes submetidos à RT em região de cabeça e pescoço. Portanto, o objetivo deste trabalho foi avaliar a dimensão fractal (DF) e lacunaridade do osso mandibular em indivíduos submetidos à RT para tratamento de câncer de cabeça e pescoço, comparando aqueles desenvolveram ORN (grupo caso) com aqueles que não desenvolveram ORN (grupo controle). O estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa da UFMG (CAAE 30560820.9.0000.5149). É um estudo transversal com grupo controle, no qual 34 pacientes foram incluídos e divididos em grupo caso (com ORN, n=17) e grupo controle (sem ORN, n=17). Uma radiografia panorâmica digital, adquirida após o término da RT, foi avaliada para cada paciente. A DF e lacunaridade do osso mandibular foram determinados usando o software ImageJ. Foi realizada análise estatística bivariada, bem como análise da curva ROC. A significância foi estabelecida em p< 0,05. Os valores médios de DF e lacunaridade não foram significativamente diferentes entre os grupos. A área sob a curva para DF foi de 0,576 e para lacunaridade foi de 0,626. O ponto de corte encontrado para DF foi ≤1,1736 e >0,4155 para lacunaridade, os quais classificaram corretamente casos e controles. A maioria dos pacientes com ORN (92.9%) tiveram DF> 1.1736 e todos os controles tiveram DF≤ 1.1736 (p< 0.001). Para a lacunaridade, a maioria dos pacientes com ORN (71.4%) apresentaram valor > 0.4155 e todos os controles tiveram valor ≤ 0.4155 (p< 0.001). Em conclusão, os pontos de corte da DF e lacunaridade do osso mandibular, estabelecidos pela análise de radiografias panorâmicas, puderam classificar corretamente pacientes com ORN e sem ORN.
Radiotherapy (RT) is widely used in the treatment of head and neck cancer. Osteoradionecrosis (ORN) is one of the most severe complication of this therapeutic modality. All patients treated with RT are considered at high risk for the development of ORN, due to the lack of predictive factors for ORN, the morbidity, and the unpredictable response to treatment. Fractal analysis is used to describe the complexity of a structure and to assess abnormalities and the severity of bone architecture disorders. However, few studies have used fractal analysis to assess the bone structure of patients undergoing RT in head and neck region. Therefore, the aim of this study was to evaluate the FD and lacunarity of the mandibular bone in individuals who received radiation therapy for HNC, comparing those who had developed ORN to those who had not developed ORN (control group). The study was approved by the Research Ethics Committee of the Universidade Federal de Minas Gerais (certificate number: 30560820.9.0000.5149). This is a cross-sectional study with a control group and thirty-four patients were included and divided into case group (with ORN, n=17) and control group (without ORN, n=17). One digital panoramic radiograph acquired after the end of RT was evaluated for each patient. FD and lacunarity of the mandibular bone were determined using ImageJ software. Bivariate statistics was done, as well as ROC curve analysis. Significance was stablished at p< 0.05. The mean FD and lacunarity values were not significantly different between the groups. The area under the curve for FD and lacunarity were 0.576 and 0.626, respectively. The cut-off point found for FD was ≤1.1736 and >0.4155 for lacunarity, allowing us to correctly classify cases and controls. Most participants in the case group (92.9%) had a FD >1.1736 and all participants in the control group had a FD ≤ 1.1736 (p < 0.001). For lacunarity, most individuals in the case group (71.4%) had a value >0.4155 and all participants in the control group had a value ≤0.4155 (p <0.001). Conclusion: The cut-off values of FD and lacunarity of mandibular bone, assessed on panoramic radiographs, differ between patients with and without ORN.
Assuntos
Osteorradionecrose , Radiografia Panorâmica , Fractais , Radioterapia Conformacional , Neoplasias de Cabeça e PescoçoRESUMO
Abstract Aiming to evaluate cortical bone microarchitecture and osteonal morphology after irradiation, twelve male New Zealand rabbits were used. The animals were divided: control group (no radiation-NIr); and 3 irradiated groups, sacrificed after: 7 (Ir7d); 14 (Ir14d) and 21 (Ir21d) days. A single radiation dose of 30 Gy was used. Computed microtomography analyzed the cortical microarchitecture: cortical thickness (CtTh), bone volume (BV), total porosity (Ct.Po), intracortical porosity (CtPo-cl), channel/pore number (Po.N), fractal dimension (FD) and degree of anisotropy (Ct.DA). After scan, osteonal morphology was histologically assessed by means: area and perimeter of the osteons (O.Ar; O.p) and of the Haversian canals (C.Ar; C.p). Microtomographic analysis were performed by ANOVA, followed by Tukey and Dunnet tests. Osteon morphology analyses were performed by Kruskal-Wallis, and test Dunn's. Cortical thickness was significant difference (p<0.010) between the NIr and irradiated groups, with thicker cortex at Ir7d (1.15±0.09). The intracortical porosity revealed significant difference (p<0.001) between irradiated groups and NIr, with lower value for Ir7d (0.29±0.09). Bone volume was lower in Ir14d compared to control. Area and perimeter of the osteons were statistically different (p<0.0001) between NIr and Ir7d. Haversian canals also revealed lower values (p<0.0001) in Ir7d (80.57±9.3; 31.63±6.5) compared to NIr and irradiated groups. Cortical microarchitecture was affected by radiation, and the effects appear to be time-dependent, mostly regarding the osteons morphology at the initial days. Cortex structure in Ir21d revealed similarities to control suggesting that microarchitecture resembles normal condition after a period.
Resumo Com o objetivo de avaliar a microarquitetura óssea cortical e a morfologia dos osteons após irradiação, foram utilizados doze coelhos machos da Nova Zelândia. Os animais foram divididos: grupo controle (sem radiação-NIr); e 3 grupos irradiados, sacrificados após: 7 (Ir7d); 14 (Ir14d) e 21 (Ir21d) dias. Foi utilizada uma dose única de radiação de 30 Gy. A microtomografia computadorizada analisou a microarquitetura cortical: espessura cortical (CtTh), volume ósseo (BV), porosidade total (Ct.Po), porosidade intracortical (CtPo-cl), número de canal/ poro (Po.N), dimensão fractal (DF) e grau de anisotropia (Ct.DA). Após a varredura, a morfologia dos osteosn foi avaliada histologicamente por meio de: Área e perímetro do osteon (O.Ar; O.p) e dos canais de Havers (C.Ar; C.p). A análise microtomográfica foi realizada por ANOVA, seguida pelos testes de Tukey e Dunnet. As análises morfológicas do osteon foram realizadas por Kruskal-Wallis e testadas por Dunn. A espessura cortical foi diferente (p<0,010) entre os grupos controle e irradiados, com córtex mais espesso no Ir7d (1,15±0,09). A porosidade intracortical revelou diferenças significativas (p<0,001) entre os grupos irradiados e o controle, com menor valor para Ir7d (0,29±0,09). O volume ósseo foi menor no Ir14d em relação ao controle. Área e perímetro do osteon foi diferente (p<0,0001) entre o controle e Ir7d. Os canais haversianos também revelaram valores mais baixos (p<0,0001) em Ir7d (80.57±9.3; 31.63±6.5) em relação ao controle e demais grupos irradiados. A microarquitetura cortical é afetada pela radiação e os efeitos parecem ser dependentes do tempo, principalmente em relação à morfologia dos osteons nos dias iniciais. A estrutura cortical em Ir21d revelou semelhanças com o controle, sugerindo que a microarquitetura se assemelha à condição normal após um período.
Assuntos
Animais , Masculino , Coelhos , Osso Cortical/diagnóstico por imagem , Ósteon , Osso e Ossos , Porosidade , FractaisRESUMO
A presente dissertação foi dividida em dois estudos de acordo com os seus objetivos. No estudo 1, analisaram-se quantitativamente dados bibliométricos, metodológicos e resultados de estudos observacionais que investigaram associações entre alterações ósseas e níveis baixos de vitamina D (VD) em crianças saudáveis. No estudo 2, avaliou-se a dimensão fractal (DF) do trabeculado mandibular de crianças também saudáveis, a fim de se estabelecer um padrão arquitetônico e correlacioná-lo à densidade desse osso. O primeiro consistiu em uma revisão crítica e bibliométrica, em que dois pesquisadores realizaram buscas sistemáticas em 4 bases eletrônicas, sem restrição de ano e idioma. Países, palavras-chaves, autores, revistas, área de atuação (medicina, odontologia, nutrição), tipo de desfecho ósseo (fratura, qualidade óssea e medida antropométrica); meio de obtenção dos níveis de VD (sérico ou nutricional), tipo de exame de imagem realizado e resultados (associação positiva ou negativa) foram as variáveis analisadas no programa VantagePoint®. Dos 49 estudos incluídos, pode-se observar que o maior número de publicações advém dos EUA (n=13). 'Bone density' foi a palavra-chave mais prevalente quanto ao tema. Ryan LN e o Journal of Investigative Medicine foram, respectivamente, autora e periódico com o maior n° de publicações (n=3). Estudos transversais (n=24), casos-controles (n=14) e coorte (n=11) contemplaram as áreas da medicina e nutrição. Artigos sobre a qualidade óssea (n=27), obtido por absorciometria por raio-X de dupla energia (DXA, n=20), com associação positiva (n=31) aos níveis séricos baixos de VD (n=44) foram mais frequentes. O segundo estudo, do tipo transversal, estabeleceu um padrão arquitetônico para o trabeculado ósseo de crianças saudáveis e o correlacionou com a densidade óssea mandibular, por meio da análise da DF e cálculo da intensidade dos pixels (IP). Foram utilizadas imagens panorâmicas (n=50) de crianças com idade entre 6 e 9 anos. As análises da DF e IP ocorreram em três regiões de interesse (ROIs), selecionadas no lado direito das imagens, que foram divididas em dois grupos, de acordo com a idade: 8-9 e 6-7. Assim, duas ROIs (ROI1 e ROI2) foram medidas em osso medular e uma (ROI3) em osso cortical. As médias DF e IP foram comparadas entre os grupos para cada ROI, utilizando-se o teste t para amostras independentes e o modelo de equações de estimações generalizadas. Posteriormente, as médias obtidas foram correlacionadas pelo teste de Pearson. As médias de DF e IP, comparadas entre os grupos, não diferiram entre si para nenhuma das regiões mensuradas (p>0,00). Na comparação das médias obtidas entre as regiões de interesse, observaram-se que, no ramo da mandíbula (ROI1), as médias DF e IP foram 1,26±0,01 e 81,0±2,5, respectivamente. No ângulo da mandíbula (ROI2), as médias foram 1,21±0,02 (DF) e 72,8±2,1 (IP); e na cortical da mandíbula (ROI3) obtiveram-se os valores de DF=1,03±0,01 e IP=91,3±1,75. Não houve correlação entre DF e IP em nenhuma das ROIs (r<0,285). As médias da ROI1 e ROI2, quanto à DF, não diferiram entre si (p=0,053), mas ambas foram diferentes (p<0,00) da ROI3.Todos os valores de IP diferiram entre si (p<0,00). Conclui-se que existem muitos estudos na literatura científica reportando associações positivas entre alterações ósseas e níveis baixos de VD em crianças saudáveis, principalmente desenvolvidos nos EUA, utilizando o DXA como exame de imagem e sorologia para obtenção dos níveis de VD. Além disso, crianças de 6-9 anos, livres de doenças, apresentaram valores de DF que variaram entre 1,01 e 1,29 como padrão do trabeculado ósseo mandibular. Entretanto, tal padrão estabelecido não foi correlacionado com a densidade óssea apresentada. (AU)
The present master's degree thesis was divided into two studies according to their objectives. In study 1, bibliometric, methodological and results data of observational studies that investigated associations between bone changes and low levels of vitamin D (VD) in healthy children were quantitatively analyzed. In study 2, the fractal dimension (FD) of the mandibular trabeculate of healthy children was evaluated to establish an architectural pattern and correlate it with the density of this bone. The first study consisted of a critical and bibliometric review, in which two researchers performed systematic searches in 4 electronic databases, without restriction of year and language. Countries, keywords, authors, journals, area of expertise (medicine, dentistry, nutrition), type of bone outcome (fracture, bone quality and anthropometric measurement); means of obtaining VD levels (serum or nutritional), type of the imaging test performed, and results (positive or negative association) were the variables analyzed in the VantagePoint® program. Of the 49 studies included, the highest number of publications comes from the USA (n=13); 'bone density' was the most prevalent keyword on the topic; Ryan LN and the Journal of Investigative Medicine were, respectively, the author and journal with the highest number of publications (n=3). Cross-sectional (n=24), case-control (n=14) and cohort (n=11) studies covered the areas of medicine and nutrition. Articles on bone quality (n=27), obtained by dual energy X-ray absorptiometry (DXA, n=20), with positive association (n=31) with low serum levels of VD (n=44) were more frequent. The second study, cross-sectional, touch an architectural pattern for the bone trabecular meshwork of healthy children and correlated it with mandibular bone density, by analyzing the FD and calculating the pixel intensity (PI). Panoramic images (n = 50) of children aged 6-9 years were used. The FD and PI analyzes took place in three regions of interest (ROIs), selected on the right side of the images, which were divided into two groups, according to age: 8-9 and 6-7. Thus, two ROIs (ROI1 and ROI2) were measured in medullary bone and one (ROI3) in cortical bone. The FD and PI means were compared between groups for each ROI, using the t test for independent variables and the generalized estimating equation model. Subsequently, all averages were correlated by Pearson's test. The means of FD and IP, compared between groups, did not differ from each other for any of the measured regions (p>0.00). When comparing the means between the regions of interest, it was observed that, in the mandible branch (ROI1), the FD and IP means were 1.26 ± 0.01 and 81.0 ± 2.5, respectively. In the mandible angle (ROI2), the means were 1.21 ± 0.02 (FD) and 72.8 ± 2.1 (PI); and in the mandible cortical (ROI3) values of FD = 1.03 ± 0.01 and PI = 91.3 ± 1.75 were obtained. There was no correlation between FD and PI in any of the ROIs (r <0.285). The means of ROI1 and ROI2 for FD did not differ from each other (p=0.053), but both were different (p<0.00) from ROI3. All IP values differed from each other (p<0.00). It is concluded that there are many studies in the literature reporting positive associations between bone changes and low levels of VD in healthy children, mainly developed in the USA, using DXA as an imaging and serology test for VD levels. In addition, children aged 6-9 years, free from diseases, showed FD values ranging between 1.01 and 1.29 as the mandibular bone trabeculate pattern. However, this established pattern was not correlated with the bone density. (AU)
Assuntos
Humanos , Masculino , Feminino , Lactente , Pré-Escolar , Criança , Deficiência de Vitamina D/complicações , Densidade Óssea , Fractais , Osso Esponjoso/diagnóstico por imagem , Mandíbula/diagnóstico por imagem , Estudos TransversaisRESUMO
O desenvolvimento das periodontites apicais está associado à infecção por microrganismos e migração de seus subprodutos através do sistema de canais radiculares para a região periapical, onde induzem uma resposta inflamatória que pode ser visualizada em imagens tomográficas como áreas hipodensas, circunscritas, associadas ao ápice radicular, podendo ou não demonstrar um halo radiopaco circundante. A análise fractal (AF) é um método quantitativo capaz de descrever o padrão estrutural de formas geométricas complexas, sendo expressa numericamente como dimensão fractal (DF). Quanto maior o valor da DF, mais complexa é a estrutura avaliada. O diagnóstico diferencial entre as lesões apicais ainda é dado preferencialmente pelo exame histopatológico. O objetivo do trabalho foi avaliar a AF como método preditor do diagnóstico diferencial entre cistos e granuloma periapicais em exames de tomografia computadorizada de feixe cônico (TCFC). Foram selecionados 12 pacientes, dentre os quais 6 com diagnóstico histopatológico de cisto periapical e 6 com diagnóstico de granuloma periapical, que possuíam exames de TCFC nos bancos de dados analisados. As imagens foram padronizadas e analisadas por meio do software Fiji e a DF de cada lesão foi determinada com o auxílio do plugin BoneJ. O ponto de corte para diferenciação das lesões foi determinado para os dois grupos analisados: grupo I, com número de cortes padrão e grupo II, com número máximo de cortes englobando a lesão. Os resultados evidenciaram que os cistos e granulomas periapicais acometem de forma semelhante ambos os sexos e são mais prevalentes entre a terceira e a sexta décadas de vida. Para o grupo I, o valor de DF para o ponto de corte entre as lesões foi de 2,09 e para o grupo II o valor foi de 2,28, sendo que valores abaixo do ponto de corte apontam para o diagnóstico de cisto periapical. A AF foi considerada como uma ferramenta diagnóstica útil e não invasiva, para distinção entre as periodontites apicais.
The development of apical periodontitis is associated with infection by microorganisms and migration of their subproducts through the root canal system to the periapical region, where they induce an inflammatory response that can be seen on tomographic images as hypodense, circumscribed image, associated with the root apex, which may or may not demonstrate a surrounding radiopaque halo. Fractal analysis (FA) is a quantitative method capable of describing the structural pattern of complex geometric shapes, being expressed numerically as fractal dimension (FD). The higher the DF value, the more complex is the evaluated structure. Differential diagnosis between apical lesions is still preferentially given by histopathological examination. The aim of this study was to assess FA as a differential diagnostic predictor method between periapical cysts and granuloma in cone beam computed tomography (CBCT) exams. Twelve patients were selected, including 6 with a histopathological diagnosis of periapical cyst and 6 with a diagnosis of periapical granuloma, who had CBCT exams in the analysed databases. Images were standardized and analysed using the Fiji software and the FD of each lesion was determined with the aid of the BoneJ plugin. The cutoff point for differentiation of lesions was determined for the two groups analysed: group I with standard number of slices and group II with maximum number of slices encompassing the lesion. The results showed that periapical cysts and granulomas affect both genders similarly and are more prevalent between the third and sixth decades of life. For group I, the FD value for the cutoff point between lesions was 2.09 and for group II the value was 2.28, since values below the cutoff point were representative for periapical cyst. FA was considered a useful and non-invasive diagnostic tool to distinguish between apical periodontitis.
Assuntos
Granuloma Periapical , Periodontite Periapical , Cisto Radicular , Fractais , Diagnóstico Diferencial , Tomografia Computadorizada de Feixe CônicoRESUMO
Objetivo: Avaliar a reparação de defeitos ósseos em modelo animal de rato por meio da análise fractal e radiopacidade em imagens radiográficas. Metodologia: 120 ratos Wistar tiveram seu primeiro molar extraído e foram divididos em quatro grupos (n=6/grupo) de acordo com o material de enxertia utilizado para preencher o defeito ósseo: Osso bovino mineralizado (OBM); Osso bovino desmineralizado (OBD); Coágulo sanguíneo como controle negativo (CN); Osso bovino Bio-Oss® como controle positivo (BO). Os animais foram sacrificados após 1, 7, 14, 21 e 49 dias e submetidos à análise radiográfica por dimensão fractal em um único ROI de 30x30 pixels e níveis de radiopacidade em três pontos (apical, médio e coronal) de 5x5 pixels. A avaliação histológica foi realizada como padrão ouro por meio da histomorfometria da neoformação óssea e maturação da matriz óssea. Resultados: A avaliação histomorfométrica sugere que o grupo OBD apresenta deposição mineral acelerada e um osso estatisticamente mais maduro aos 49 dias em relação ao CN. O grupo OBM apresenta características similares ao BO, porém, com menor percentual de deposição óssea. Em relação à maturação óssea, não houve diferença com significância estatística em nenhum momento da análise. A análise de radiopacidade mostra diferença com significância estatística entre OBD e o CN aos 49 dias. A análise fractal não mostrou diferenças estatísticas, mas seguiu padrão semelhante. Conclusão: A análise da radiopacidade mostrou-se mais efetiva na quantificação do reparo ósseo em relação à análise fractal no grupo desmineralizado. Não houve diferença entre os dois métodos no grupo mineralizado, concluindo que os dois métodos tem efetividade semelhante.
The aim of this study was to evaluate bone repair of an osseous defect in a rat animal model through fractal analysis and radiopacity analysis in radiographic images. Materials and methods: 120 Wistar rats were subjected to extraction of their first molar and were divided into four groups (n=6/group) according to the material used for bone grafting: mineralized bovine bone (MBB), demineralized bovine bone (DBB), blood clot (BC; as a negative control) or Bio-Oss (BO®; as a positive control). The animals were sacrificed after 1, 7, 14, 21 and 49 days and subjected to radiographic evaluation. For fractal analysis (FA), a rectangular ROI of 30x30 pixels was used, and radiopacity was measured as the mean gray scale (MGS) value for three points of 5x5 pixels in the apical, medial and coronal regions of the defect. Histomorphometric evaluation was realized as the gold standard for measuring bone neo-formation and the maturation of the new osseous matrix. Results: the histomorphometric evaluation suggested that DBB showed faster mineralized deposition and resulted in more mature bone at the final time point of evaluation. MBB and BO presented similar results. The mineralized groups did not show significant differences in bone maturation. The radiopacity analysis revealed a significant difference (p<0.05) between the DBB and BC groups at the final time point. FA did not show any significant differences at the final time point. Conclusion: Radiopacity analysis seemed to be more effective for the quantification of bone repair than fractal analysis in the demineralized group in this animal model. The results for the mineralized groups did not reveal a significant difference, leading to the conclusion that both methods are effective
Assuntos
Animais , Bovinos , Materiais Biocompatíveis , Osso e Ossos , Regeneração Óssea , Radiografia , Radiografia Dentária , Osseointegração , Fractais , Dente MolarRESUMO
Orthodontic tooth movement (OTM) is a dynamic process of bone modeling involving osteoclast-driven resorption on the compression side. Consequently, to estimate the influence of various situations on tooth movement, experimental studies need to analyze this cell. Objectives The aim of this study was to test and validate a new method for evaluating osteoclastic activity stimulated by mechanical loading based on the fractal analysis of the periodontal ligament (PDL)-bone interface. Material and Methods The mandibular right first molars of 14 rabbits were tipped mesially by a coil spring exerting a constant force of 85 cN. To evaluate the actual influence of osteoclasts on fractal dimension of bone surface, alendronate (3 mg/Kg) was injected weekly in seven of those rabbits. After 21 days, the animals were killed and their jaws were processed for histological evaluation. Osteoclast counts and fractal analysis (by the box counting method) of the PDL-bone interface were performed in histological sections of the right and left sides of the mandible. Results An increase in the number of osteoclasts and in fractal dimension after OTM only happened when alendronate was not administered. Strong correlation was found between the number of osteoclasts and fractal dimension. Conclusions Our results suggest that osteoclastic activity leads to an increase in bone surface irregularity, which can be quantified by its fractal dimension. This makes fractal analysis by the box counting method a potential tool for the assessment of osteoclastic activity on bone surfaces in microscopic examination. .
