Στην παρούσα διδακτορική διατριβή περιλαμβάνεται το αποτέλεσμα εκτεταμένης συγκριτικής μελέτης των μεθόδων που χρησιμοποιούνται στη διάγνωση της εισαγωγής και της εξέλιξης της οστεοπόρωσης. Η οστεοπόρωση, όπως και όλες οι μεταβολικές νόσοι των οστών, αποτελούν ένα σημαντικό πρόβλημα της παγκόσμιας υγείας. Πολλές τεχνικές έχουν προταθεί και εφαρμόζονται για τη διάγνωση της οστεοπόρωσης αλλά και για την παρακολούθηση της εξέλιξής της, με ταυτόχρονη αξιολόγηση της επίδρασης των θεραπευτικών αγωγών. Η μέθοδος της μέτρησης του Μορφικού Συντελεστή Απόσβεσης αποτελεί μια τεχνική γνωστή στην παγκόσμια βιβλιογραφία για την εκτίμηση της ποιότητας των κατασκευών με μη καταστροφικό τρόπο. Η διερεύνηση της δυνατότητας εφαρμογής της μεθόδου στην αξιολόγηση της δομικής ακεραιότητας των οστών με παράλληλη ανάπτυξη θεωρητικού μοντέλου το οποίο υποστηρίζει την ορθότητα των πειραματικών αποτελεσμάτων αποτέλεσε το βασικό στόχο της έρευνας. Ειδικότερα, περιλαμβάνεται αναλυτική έρευνα βιβλιογραφίας στην περιοχή του μη καταστροφικού ελέγχου συμβατικών κατασκευών και υλικών, και ανάπτυξη των κυριότερων τεχνικών που εφαρμόζονται στην καθημερινή κλινική πρακτική για τον διαγνωστικό έλεγχο της οστεοπόρωσης και γενικότερα των παθήσεων του μυοσκελετικού συστήματος [τεχνικές πυκνομετρίας (pQCT, DEXA, QUS, κ.λ.π) αλλά και τεχνικές που ανιχνεύουν μεταβολές των οστών σε επίπεδο αρχιτεκτονικής (ιστομορφομετρία) και σε μοριακό επίπεδο (βιοχημικοί δείκτες), καθώς και φασματοσκοπία Raman] με τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα κάθε μεθόδου. Λόγω της πολυπλοκότητας του υλικού του οστού, παρατίθενται αναλυτικά οι μηχανικές του ιδιότητες. Στη συνέχεια αναπτύσσεται το θεωρητικό μοντέλο υπολογισμού του Μορφικού Συντελεστή Απόσβεσης και παρουσιάζεται το εκτεταμένο πειραματικό μοντέλο που εφαρμόστηκε σε επίμυες και γυναίκες. Από τη σύγκριση των πειραματικών αποτελεσμάτων της μεθόδου του Συντελεστή Απόσβεσης και των συμβατικών τεχνικών που χρησιμοποιούνται για τη διάγνωση της οστεοπόρωσης με τις αναλυτικές τιμές υπολογισμού του Συντελεστή Απόσβεσης αναδεικνύεται η υψηλή ευαισθησία της προτεινόμενης μεθόδου και τεκμηριώνεται η ωριμότητά της για αποτελεσματική, επαναλήψιμη, έγκυρη και αξιόπιστη αξιολόγηση της δομικής ακεραιότητας των οστών. / Extended comparative study of the methods used in the diagnosis of osteoporosis is included in this thesis. Osteoporosis, as well as all metabolic diseases of bones, consist an important health problem. Many techniques have been proposed and are applied for monitoring of osteoporosis with simultaneous assessment of the effect of therapeutical treatment. Measurement of Modal Damping Factor is a worldwide known technique for the non destructive assessment of structural integrity. The potential of application of this method on the assessment of structural integrity of bones, in combination with development of theoretical model supporting the experimental results has been the main target of this research. Specifically, in the frame of the research, a thorough state of the art has been elaborated in the domain of non destructive testing of conventional structures and materials, as well as on the main techniques applied on everyday clinical practice for diagnosis of osteoporosis and of metabolic diseases of bones [bone density techniques (pQCT, DEXA, QUS), techniques detecting architectural changes (histomorphometry), molecular changes (biochemical markers) and Raman Spectroscopy], accompanied by the advantages and disadvantages of each approach. Due to the complexity of bone structure, its mechanical properties are presented, accompanied by the theoretical model, from which the Modal Damping Factor is calculated, and the experimental model that was applied on osteoporotic rats and women. The comparison between experimental results of Modal Damping Factor and of data from conventional methods used for diagnosis of osteoporosis with the analytical values of Modal Damping Factor permits for elevating the high sensitivity of the proposed method and documenting its maturity for effective, repetitive, and accurate assessment of bone structural integrity.

Σκοπός αυτής της πειραματικής μελέτης είναι ο έλεγχος βιολογικής συμπεριφοράς διαφόρων τύπων μοσχευμάτων που σήμερα χρησιμοποιούνται ευρέως ως υποκατάστατα οστοών. Υλικό–Μέθοδος: Στην παρούσα μελέτη χρησιμοποιήθηκαν 90 κουνέλια Νέας Ζηλανδίας, ηλικία 3.5 μηνών και βάρους 4(0.25)kg, τα οποία χωρίσθηκαν σε 6 ομάδες, η κάθε μία εκ των οποίων περιελάμβανε 15 κουνέλια. Υπό γενική αναισθησία, με ενδομυϊκή χορήγηση κεταμίνης 35mg/kg και ξυλαζίνης 5mg/kg, δημιουργήθηκε, με πλάγια χειρουργική προσπέλαση, μια οπή με φρέζα διαμέτρου 4.5mm και βάθους 8mm, στους μηριαίους κονδύλους των 2 οπισθίων άκρων του κάθε κουνελιού (σύνολο 180 οπές). Στις οπές αυτές τοποθετήθηκαν τα ακόλουθα μοσχεύματα: Ομάδα Ι-αυτομόσχευμα, Ομάδα ΙΙ-αλλομόσχευμα (Grafton®), Ομάδα ΙΙΙ-ξενομόσχευμα (Lubboc®), Ομάδα ΙV-συνθετικό υποκατάστατο οστικών μοσχευμάτων (Ceraform®), Ομάδα V- συνθετικό υποκατάστατο οστικών μοσχευμάτων (Οsteoset®), Ομάδα VI-χωρίς μόσχευμα. Μετά την τοποθέτηση των μοσχευμάτων, τα κουνέλια θυσιάστηκαν με ενδοφλέβια νατριούχο θειοπεντάλη 5ml (pentothal) 10%, σε 1, 3 και 6 μήνες όπου έγινε λήψη δειγμάτων (το κάτω τριτημόριο του μηριαίου) για ιστολογική μελέτη. Τα δείγματα αξιολογήθηκαν με μια ιστολογική κλίμακα βαθμολόγησης 15-point για να καθοριστεί η ποιότητα της πώρωσης, η παρουσία οστικού ελλείμματος, η νέοαγγειογένεση και η αντιδραστική παρουσία κυττάρων φλεγμονής, καθώς και ο βαθμός ενσωμάτωσης και ανακατασκευής του πώρου. Αποτελέσματα: Σύμφωνα με την ιστολογική κλίμακα το αυτομόσχευμα έδειξε τα καλύτερα αποτελέσματα σε όλες τις χρονικές στιγμές. Όλοι οι άλλοι τύποι μοσχεύματος έδειξαν σημαντικά κατώτερα αποτελέσματα σε σχέση με το αυτόλογο μόσχευμα (p≤0.05). Το Lubboc είχε σημαντικά καλύτερα αποτελέσματα σε σχέση με τα άλλα τρία μοσχεύματα (Grafton, Ceraform και Osteoset). Το Ceraform είχε τα κατώτερα αποτελέσματα σε όλες τις κατιγορίες Συμπεράσματα: Το αυτόλογο μόσχευμα παραμένει το πρότυπο αναφοράς “gold standard” των μοσχευμάτων, επιδεικνύοντας εξαιρετικές ικανότητες ενσωμάτωσης. Το βόειο ξενομόσχευμα (Lubboc®) συνέβαλλε στη σύνθεση του πεταλιώδους οστού πιο αποτελεσματικά από το αλλομόσχευμα (Grafton®). Τα υποκατάστατα οστών (Ceraform® και Οsteoset®) ήταν κατώτερα από τα αλλομοσχεύματα και τα ξενομοσχεύματα / Background: Different types of bone-graft substitutes have been developed and are on the market worldwide to eliminate the drawbacks of autogenous grafting. This experimental animal study was undertaken to evaluate the different histological properties of various bone graft substitutes utilized in this hospital. Material/Methods: Ninety New Zealand white rabbits were divided into six groups of 15 animals. Under general anesthesia, a 4.5 mm-wide hole was drilled into both the lateral femoral condyles of each rabbit, for a total of 180 condyles for analysis. The bone defects were filled with various grafts, these being 1) autograft, 2) DBM crunch allograft (Grafton(R)), 3) bovine cancellous bone xenograft (Lubboc(R)), 4) calcium phosphate hydroxyapatite substitute (Ceraform(R)), 5) calcium sulfate substitute (Osteoset(R)), and 6) no filling (control). The animals were sacrificed at 1, 3, and 6 months after implantation and tissue samples from the implanted areas were processed for histological evaluation. A histological grading scale was designed to determine the different histological parameters of bone healing. Results: The highest histological grades were achieved with the use of cancellous bone autograft. Bovine xenograft (Lubboc) was the second best in the histological scale grading. The other substitutes (Grafton, Ceraform, Osteoset) had similar scores but were inferior to both allograft and xenograft. Conclusions: Bovine xenograft showed better biological response than the other bone graft substitutes; however, more clinical studies are necessary to determine its overall effectiveness.