Hip fracture has been identified as one of the main health problems in the elderly. To improve the accuracy in assessing subject-specific hip fracture risk, this study proposed normalized cortical bone thickness (NCBT) estimated from patient’s hip DXA as an alternative predictor of hip fracture risk. Hip fracture risk index (HFRI) derived from DXA-based finite element model was utilized as a baseline for evaluating the effectiveness of NCBT in predicting hip fracture risk. It was found that NCBT at the lateral side of the narrowest femoral neck had the strongest correlation with femoral neck HFRI among the six locations of the proximal femur. This study suggests that it is possible to use NCBT as a surrogate for a quick evaluation of hip fracture risk. Yet its clinical performances such as sensitivity to therapy effectiveness and the ability to discriminate clinical fracture cases will be investigated in a future study.

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Este estudo teve como objetivo analisar e comparar o comportamento biomecânico de um implante de comprimento curto com um implante de comprimento padrão, no que diz respeito às tensões ósseas ao redor do implante. Foi considerado como variável o aumento da espessura óssea cortical, em dois tipos: fino e espesso. Os modelos de elementos finitos em três dimensões (3D) foram criados a partir de uma secção de mandíbula de 20 mm, referente ao segundo pré-molar, com um implante endósseo único inserido dentro do osso esponjoso com cortical fina de 0,5 mm e cortical espessa de 2,0 mm. Uma carga oclusal vertical de 100 N e uma carga oblíqua de 40 N foram aplicadas. Os ossos cortical e esponjoso foram considerados isotrópicos e linearmente elásticos e o critério de avaliação foi o de tensões de von Mises. O implante curto utilizado foi de 4,1 mm de diâmetro por 6,0 mm de comprimento, e o implante padrão de 4,1 mm de diâmetro por 10,0 mm de comprimento (ambos da marca Straumann®). A prótese sobre o implante foi composta por um pilar sólido de 5,5 mm de altura e por uma coroa de segundo pré-molar. Conforme as simulações pelo MEF, pôde-se concluir que: 1) O aumento da espessura óssea favoreceu uma melhor distribuição das tensões, registrando valores mais baixos na região cervical cortical. 2) O modelo de implante curto na situação de cortical espessa apresentou melhores resultados biomecânicos comparado com o modelo de implante padrão na situação de cortical fina. / The aim of this monograph was to analyze and compare the biomechanical behavior of a short length implant against a standard length implant, regarding stress distribution on the bone around the implant. Bone cortical thickness of the ridge was considered as thin and thick. The 3D finite element models were created of a 20-mm second premolar section of the mandible with a single endosseous implant embedded in cancellous bone with thin cortical of 0.5 mm and with thick cortical of 2.0 mm. A vertical occlusal load of 100 N and an oblique load of 40 N were applied. The cortical and cancellous bone were considered to be isotropic and linearly elastic Von Mises stress criterion was used for analysis. The short implant used was of 4.1 mm of diameter and 6 mm in length, and the standard implant was of 4.1 mm of diameter and 10 mm in length (both Straumann ®). The prosthesis on the implant consisted of a solid abutment of 5.5 mm in height and a crown of second premolar. Conclusions: 1) Increasing bone thickness favored a better stress distribution, showing lower values in the cervical cortical bone. 2) Short implants with thin cortical situations showed better biomechanical results compared to standard implants with thick cortical situations.

Este estudo teve como objetivo analisar e comparar o comportamento biomecânico de um implante de comprimento curto com um implante de comprimento padrão, no que diz respeito às tensões ósseas ao redor do implante. Foi considerado como variável o aumento da espessura óssea cortical, em dois tipos: fino e espesso. Os modelos de elementos finitos em três dimensões (3D) foram criados a partir de uma secção de mandíbula de 20 mm, referente ao segundo pré-molar, com um implante endósseo único inserido dentro do osso esponjoso com cortical fina de 0,5 mm e cortical espessa de 2,0 mm. Uma carga oclusal vertical de 100 N e uma carga oblíqua de 40 N foram aplicadas. Os ossos cortical e esponjoso foram considerados isotrópicos e linearmente elásticos e o critério de avaliação foi o de tensões de von Mises. O implante curto utilizado foi de 4,1 mm de diâmetro por 6,0 mm de comprimento, e o implante padrão de 4,1 mm de diâmetro por 10,0 mm de comprimento (ambos da marca Straumann®). A prótese sobre o implante foi composta por um pilar sólido de 5,5 mm de altura e por uma coroa de segundo pré-molar. Conforme as simulações pelo MEF, pôde-se concluir que: 1) O aumento da espessura óssea favoreceu uma melhor distribuição das tensões, registrando valores mais baixos na região cervical cortical. 2) O modelo de implante curto na situação de cortical espessa apresentou melhores resultados biomecânicos comparado com o modelo de implante padrão na situação de cortical fina. / The aim of this monograph was to analyze and compare the biomechanical behavior of a short length implant against a standard length implant, regarding stress distribution on the bone around the implant. Bone cortical thickness of the ridge was considered as thin and thick. The 3D finite element models were created of a 20-mm second premolar section of the mandible with a single endosseous implant embedded in cancellous bone with thin cortical of 0.5 mm and with thick cortical of 2.0 mm. A vertical occlusal load of 100 N and an oblique load of 40 N were applied. The cortical and cancellous bone were considered to be isotropic and linearly elastic Von Mises stress criterion was used for analysis. The short implant used was of 4.1 mm of diameter and 6 mm in length, and the standard implant was of 4.1 mm of diameter and 10 mm in length (both Straumann ®). The prosthesis on the implant consisted of a solid abutment of 5.5 mm in height and a crown of second premolar. Conclusions: 1) Increasing bone thickness favored a better stress distribution, showing lower values in the cervical cortical bone. 2) Short implants with thin cortical situations showed better biomechanical results compared to standard implants with thick cortical situations.

O objetivo principal desta pesquisa foi justificar a proposta de utilização de um novo método tomográfico (cone beam) de avaliação das espessuras ósseas alveolares, maxilares e mandibulares, por meio de testes objetivos das Condições de Repetitividade e de Precisão Intermediária associadas à variação intra e interoperadores, e conforme a utilização de programa computacional independente (AutoCAD®) para a realização das medições, aplicadas à sequência do Procedimento Operacional Padrão (POP) definido para este experimento. A Fase I da pesquisa registrou os critérios de obtenção da qualidade final das imagens tomográficas definitivas, a partir de equipamento iCAT® (Imaging Sciences International, Hatfield, Pa), com parâmetros de aquisição de 120KVp, 37,7mA e 26,9s, e considerando FOV cilíndrico de 13cm e matriz de 512x512 pixels. A resolução do voxel foi de 0,25mm; A Fase II registrou os critérios exploratórios relativos às condições operacionais do software de visualização, registro (inspeção e identificação) e medição das grandezas selecionadas. A Fase III registrou a realização dos testes de repetitividade e de reprodutibilidade das medidas. Um total de 72 grandezas lineares foram previamente definidas e metodologicamente testadas em sua qualidade de inspeção, identificação e medição, a partir da avaliação de sete (7) operadores independentes, cinco dos quais eram especialistas e com Mestrado Acadêmico em Ortodontia pela FOUSP e, o outro, especialista em Radiologia Odontológica e Doutor em Diagnóstico Bucal (FOUSP). Os examinadores foram previamente instruídos, calibrados e treinados considerando os requerimentos necessários à execução dos testes propostos. O protocolo de pesquisa foi aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa da Faculdade de Odontologia da Universidade de São Paulo (Parecer CAAE 0120.0.017.000-11). A análise estatística dependeu da utilização de Modelo de Componentes de Variância (hierárquico), e foram consideradas como fontes de variação: as medidas, efetuadas por um mesmo operador ou por diferentes operadores; a face considerada, vestibular ou lingual/palatina; os locais (três níveis de espessura óssea alveolar) em cada uma das faces e, ainda, os diferentes dentes. Esta análise foi realizada de forma separada para mandíbula e maxila. Valores de p<0,05 indicaram significância estatística. Os resultados indicaram significativa confiabilidade geral no método proposto, considerando a Condição de Repetitividade, com apenas 0,24% da variabilidade maxilar total atribuível a um único operador, e mandibular de 0,53%; e com valores expressivos relativos às incertezas de medida maxilares (0,156mm) e mandibulares (0,091mm), desse modo atestando significativa consistência interna (repetibilidade) do método. Os testes da Condição de Precisão Intermediária também indicaram significativa confiabilidade geral no método proposto, com apenas 1,52% da variabilidade total mandibular atribuível à participação de diversos operadores, e maxilar de 0,25%; e com valores também expressivos relativos às incertezas de medida mandibulares (0,149mm) e maxilares (0,158mm), desse modo atestando significativa condição final de reprodutibilidade. Conclui-se que a utilização de imagens provenientes de tomógrafo iCAT®, conforme indicação de resolução de imagem com voxel de 0,25mm, em humanos vivos e a partir de cortes trans-axiais sistematicamente operacionalizados com auxílio de Software AutoCAD®, propicia a geração de condições metodológicas suficientemente favoráveis à obtenção de mapeamento quantitativo linear de espessuras ósseas alveolares, vestibulares e palatinas/linguais, tanto para a maxila quanto para a mandíbula. / This research aimed to justify the proposed use of a new tomography method (cone beam) in the clinical assessment of alveolar, maxillary and mandibular bone width, through objective tests of the Conditions of Repetitiveness and Intermediate Precision associated with intra- and inter-operator variation, using the independent computer program (AutoCAD®) for the execution of the measurements according to the Standard Operating Procedure (SOP) sequence defined for this experiment. Phase I of the research recorded the criteria for obtaining the final quality of the tomography images, using iCAT® (Imaging Sciences International, Hatfield, Pa, USA) equipment with acquisition parameters 120KVp, 37.7mA, and 26.9s, and considering cilindric field-of-view (FOV) of 13cm and 512x512 pixels matrix. The voxel resolution was 0.25mm. Phase II recorded the exploratory criteria relative to the operational conditions of the visualization software, registry (visual inspection and landmark identification) and measurement of the selected magnitudes. Phase III recorded the tests of repeatability and reproducibility of the measurements. A total of 72 linear magnitudes were previously defined and methodologically tested for their quality of inspection, identification and measurement, based on assessment by seven (7) independent operators, five of whom were specialists, with masters degrees in Orthodontics from FOUSP; and the other, a specialist in Dental Radiology and Doctor of Oral Diagnosis (FOUSP). The examiners were previously instructed, calibrated and trained according to the requirements for performing the proposed tests. The research protocol was approved by the Committee for Ethics in Research of the Faculty of Dentistry at the University of São Paulo (Protocol # 102/11-CAAE 0120.0.017.000-11). Statistical analysis used the (hierarchical) Components of Variation Model, and the sources of variation were considered to be: the measurements, made by the same operator or by different operators; the face considered, whether vestibular or lingual/palatal; the locations (three levels of alveolar bone thickness) in each of the faces and, also, the different teeth. This analysis was carried out separately for the mandible and the maxilla. Values of p<0.05 indicated statistical significance. The results indicated overall significant reliability in the proposed method considering the Condition of Repetitiveness, with only 0.24% of total maxillary, and 0.53% of mandibular, variability attributable to a single operator; and with expressive values relative to measurement uncertainties of maxillary (0.156 mm) and mandibular (0.091mm) averages, thereby attesting to significant internal consistency (\"repeatability\") of the method. Tests for the Condition of Intermediate Precision also indicated overall significant reliability of the proposed method, with only 1.52% total mandibular, and 0.25% maxillary, variability attributable to the participation of the various operators; and, also, with expressive values relative to measurement uncertainties of mandibular (0.149mm) and maxillary (0.158mm) averages, thereby attesting to the significant final condition of reproducibility. It is concluded that the use of images from iCAT® tomography, as indicated by image resolution with voxels of 0.25mm, in live humans and from transaxial cuts performed systematically with the help of AutoCAD® Software, provides methodological conditions sufficiently favorable for obtaining linear quantitative mapping of alveolar, vestibular and palatal/lingual bone thicknesses, for both the maxillary and mandibular dental arches.

O objetivo principal desta pesquisa foi justificar a proposta de utilização de um novo método tomográfico (cone beam) de avaliação das espessuras ósseas alveolares, maxilares e mandibulares, por meio de testes objetivos das Condições de Repetitividade e de Precisão Intermediária associadas à variação intra e interoperadores, e conforme a utilização de programa computacional independente (AutoCAD®) para a realização das medições, aplicadas à sequência do Procedimento Operacional Padrão (POP) definido para este experimento. A Fase I da pesquisa registrou os critérios de obtenção da qualidade final das imagens tomográficas definitivas, a partir de equipamento iCAT® (Imaging Sciences International, Hatfield, Pa), com parâmetros de aquisição de 120KVp, 37,7mA e 26,9s, e considerando FOV cilíndrico de 13cm e matriz de 512x512 pixels. A resolução do voxel foi de 0,25mm; A Fase II registrou os critérios exploratórios relativos às condições operacionais do software de visualização, registro (inspeção e identificação) e medição das grandezas selecionadas. A Fase III registrou a realização dos testes de repetitividade e de reprodutibilidade das medidas. Um total de 72 grandezas lineares foram previamente definidas e metodologicamente testadas em sua qualidade de inspeção, identificação e medição, a partir da avaliação de sete (7) operadores independentes, cinco dos quais eram especialistas e com Mestrado Acadêmico em Ortodontia pela FOUSP e, o outro, especialista em Radiologia Odontológica e Doutor em Diagnóstico Bucal (FOUSP). Os examinadores foram previamente instruídos, calibrados e treinados considerando os requerimentos necessários à execução dos testes propostos. O protocolo de pesquisa foi aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa da Faculdade de Odontologia da Universidade de São Paulo (Parecer CAAE 0120.0.017.000-11). A análise estatística dependeu da utilização de Modelo de Componentes de Variância (hierárquico), e foram consideradas como fontes de variação: as medidas, efetuadas por um mesmo operador ou por diferentes operadores; a face considerada, vestibular ou lingual/palatina; os locais (três níveis de espessura óssea alveolar) em cada uma das faces e, ainda, os diferentes dentes. Esta análise foi realizada de forma separada para mandíbula e maxila. Valores de p<0,05 indicaram significância estatística. Os resultados indicaram significativa confiabilidade geral no método proposto, considerando a Condição de Repetitividade, com apenas 0,24% da variabilidade maxilar total atribuível a um único operador, e mandibular de 0,53%; e com valores expressivos relativos às incertezas de medida maxilares (0,156mm) e mandibulares (0,091mm), desse modo atestando significativa consistência interna (repetibilidade) do método. Os testes da Condição de Precisão Intermediária também indicaram significativa confiabilidade geral no método proposto, com apenas 1,52% da variabilidade total mandibular atribuível à participação de diversos operadores, e maxilar de 0,25%; e com valores também expressivos relativos às incertezas de medida mandibulares (0,149mm) e maxilares (0,158mm), desse modo atestando significativa condição final de reprodutibilidade. Conclui-se que a utilização de imagens provenientes de tomógrafo iCAT®, conforme indicação de resolução de imagem com voxel de 0,25mm, em humanos vivos e a partir de cortes trans-axiais sistematicamente operacionalizados com auxílio de Software AutoCAD®, propicia a geração de condições metodológicas suficientemente favoráveis à obtenção de mapeamento quantitativo linear de espessuras ósseas alveolares, vestibulares e palatinas/linguais, tanto para a maxila quanto para a mandíbula. / This research aimed to justify the proposed use of a new tomography method (cone beam) in the clinical assessment of alveolar, maxillary and mandibular bone width, through objective tests of the Conditions of Repetitiveness and Intermediate Precision associated with intra- and inter-operator variation, using the independent computer program (AutoCAD®) for the execution of the measurements according to the Standard Operating Procedure (SOP) sequence defined for this experiment. Phase I of the research recorded the criteria for obtaining the final quality of the tomography images, using iCAT® (Imaging Sciences International, Hatfield, Pa, USA) equipment with acquisition parameters 120KVp, 37.7mA, and 26.9s, and considering cilindric field-of-view (FOV) of 13cm and 512x512 pixels matrix. The voxel resolution was 0.25mm. Phase II recorded the exploratory criteria relative to the operational conditions of the visualization software, registry (visual inspection and landmark identification) and measurement of the selected magnitudes. Phase III recorded the tests of repeatability and reproducibility of the measurements. A total of 72 linear magnitudes were previously defined and methodologically tested for their quality of inspection, identification and measurement, based on assessment by seven (7) independent operators, five of whom were specialists, with masters degrees in Orthodontics from FOUSP; and the other, a specialist in Dental Radiology and Doctor of Oral Diagnosis (FOUSP). The examiners were previously instructed, calibrated and trained according to the requirements for performing the proposed tests. The research protocol was approved by the Committee for Ethics in Research of the Faculty of Dentistry at the University of São Paulo (Protocol # 102/11-CAAE 0120.0.017.000-11). Statistical analysis used the (hierarchical) Components of Variation Model, and the sources of variation were considered to be: the measurements, made by the same operator or by different operators; the face considered, whether vestibular or lingual/palatal; the locations (three levels of alveolar bone thickness) in each of the faces and, also, the different teeth. This analysis was carried out separately for the mandible and the maxilla. Values of p<0.05 indicated statistical significance. The results indicated overall significant reliability in the proposed method considering the Condition of Repetitiveness, with only 0.24% of total maxillary, and 0.53% of mandibular, variability attributable to a single operator; and with expressive values relative to measurement uncertainties of maxillary (0.156 mm) and mandibular (0.091mm) averages, thereby attesting to significant internal consistency (\"repeatability\") of the method. Tests for the Condition of Intermediate Precision also indicated overall significant reliability of the proposed method, with only 1.52% total mandibular, and 0.25% maxillary, variability attributable to the participation of the various operators; and, also, with expressive values relative to measurement uncertainties of mandibular (0.149mm) and maxillary (0.158mm) averages, thereby attesting to the significant final condition of reproducibility. It is concluded that the use of images from iCAT® tomography, as indicated by image resolution with voxels of 0.25mm, in live humans and from transaxial cuts performed systematically with the help of AutoCAD® Software, provides methodological conditions sufficiently favorable for obtaining linear quantitative mapping of alveolar, vestibular and palatal/lingual bone thicknesses, for both the maxillary and mandibular dental arches.

The goal of this thesis is to get acquainted with methods of determining bone mineral density from appropriate tissue types in diagnostic CT data and possibly modifying or extending them in order to make the bone quality diagnosis more reliable. The thesis begins by introducing the issue of determining bone quality. Next, a method that takes cortical bone deformations into account as well as bone mineral density is introduced. Accuracy assessment based on opinion of a medical expert suggests positive outcome of future objective accuracy assessment utilizing so far unavailable base of calibrated CT data, that is needed before deployment into clinical practice. If the accuracy of the suggested method is confirmed this way, this work provides a so far absent tool for fully automatic preventive diagnostics of osteoporosis.