Femur Fracture Risk Assessment in Patients with Lytic Metastases Using CT-Based Finite Element Models and Bone Crack Simulations Technique

Autori: Davide Bentivoglio, Cristina Curreli, Barbara Dozza, Anna Mammone, Elisa Bruatto, Laura Campanacci, Antonino Amedeo La Mattina

Keywords

Femoral bone metastases; Patient-specific finite element models; Crack propagation; Elements deactivation.

Summary

Le metastasi al femore sono una complicanza grave e frequente in pazienti con tumori solidi avanzati. La stima del rischio di frattura si basa solitamente sullo score di Mirels, che però ha una specificità limitata e spesso porta a interventi chirurgici non necessari. I modelli ad elementi finiti (FE) hanno dimostrato un’accuratezza superiore, ma gli approcci attuali sono metodologicamente molto vari, e raramente catturano tutto il processo di frattura. Questo studio investiga per la prima volta l’uso di un approccio FE lineare basato sulla tecnica di cancellazione incrementale di elementi per simulare inizio e propagazione della frattura in femori con metastasi litiche.
Sono stati analizzati retrospettivamente 24 pazienti con lesioni femorali litiche, e i risultati dei modelli sono stati confrontati con gli esiti clinici. L’accuratezza di stratificazione dell’approccio proposto è stata confrontata con quella dello score di Mirels, standard clinico.
Le simulazioni hanno replicato con successo le traiettorie di frattura osservate in clinica e hanno mostrato un’elevata capacità di discriminazione tra pazienti ad alto e basso rischio di frattura femorale. Il criterio di fallimento basato sull’ultimo carico applicato durante la propagazione della cricca ha raggiunto le migliori performance diagnostiche, con sensibilità e specificità eccellenti; il criterio basato sull’innesco di frattura ha comunque mostrato performance comparabili.
Il framework di modellazione presentato offre il vantaggio di predire le traiettorie di frattura, che possono essere un’informazione clinica rilevante, e rappresenta un passo verso il miglioramento dei metodi di stratificazione per la gestione clinica dei pazienti con metastasi femorali.

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