A dor lombar acomete a humanidade desde tempos remotos, tendo seus primeiros relatos descritos no \"Papiro de Edwin Smith\" (1500 a.C.). Acredita-se que durante a vida até 90% da população terá pelo menos um episódio de dor lombar, sendo tal patologia uma das principais causas de afastamento do trabalho, acarretando em vultosos prejuízos financeiros anuais. Cinco a 10% dos pacientes que possuem lombalgia também apresentam dor irradiada para o membro inferior (ciatalgia) e esta última, 85% das vezes é secundária à hérnia de disco lombar (HDL), cuja prevalência anual na população geral é estimada em 2.2%. O objetivo deste estudo foi avaliar a eficácia da aplicação do laser diodo de 980 nm intradiscal no tratamento da ciatalgia em pacientes portadores de hérnias lombares contidas em comparação com o grupo controle. Vinte e cinco pacientes (30 discos intervertebrais) com HDL e dor neuropática de distribuição metamérica foram randomizados, 12 no grupo controle e treze no grupo laser. No grupo controle foi feita injeção de dexametasona, clonidina e lidocaína intradiscais e no grupo laser aplicada média de 900 J de energia intradiscal, além das mesmas medicações. Os grupos foram avaliados nos tempos antes, imediatamente após, um mês, dois, três, seis e 12 meses decorridos do procedimento quanto aos parâmetros: dor, pela Escala Numérico Visual (ENV), uso de medicações para o controle desse sintoma e efeitos colaterais. Os resultados demonstraram queda nas médias das ENVs e necessidade de medicações para controle da dor em ambos os grupos logo após o tratamento (p<0,05), que perdurou no grupo laser onde houve média de redução de 80,73% nas ENVs, e de 75,51% na necessidade de medicação em um ano de seguimento (p<0,05). Já no grupo controle, as ENVs e as necessidades de analgésicos voltaram a ser semelhantes aos valores anteriores ao tratamento a partir do segundo mês de avaliação (p>0,05). Foi verificada predominância da doença no sexo masculino (68%), com faixa etária média de 44 anos, e baixa incidência de efeitos colaterais semelhantemente a dados anteriormente relatados. O laser diodo de 980 nm é eficaz na redução da ciatalgia secundária à herniação discal contida e superior à injeção intradiscal de clonidina, dexametasona e lidocaína, no que se refere à duração da redução das ENVs e da necessidade de medicações analgésicas. / Lumbar pain affects mankind from earliest times having its first descriptions in the \"Edwin Smith Papyrus\" (1500 BC). It is believed that during life up to 90% of the population will have at least one episode of low back pain, being such pathology one of the main causes of work withdrawal with huge annual financial losses. Five to 10% of patients with low back pain also have lower-limb pain (sciatica), and the latter, 85% of the time, is secondary to lumbar disc herniation (LDH), whose annual prevalence in the general population is estimated at 2.2%. The objective of this study was to evaluate the efficacy of intradiscal diode laser 980 nm wavelength in comparison with a control group on sciatica treatment in patients with contained lumbar disc herniations. A total of 25 patients (30 intervertebral discs) with LDH and neuropathic pain of metameric distribution were randomized, 12 patients in the control group and 13 patients in the laser group. In the control group, intradiscal injection of dexamethasone, clonidine and lidocaine was performed and in the laser group an average of 900 J of intradiscal energy was delivered, in addition to the same medications. The groups were evaluated at the time before, immediately after, 1, 2, 3, 6, and 12 months after the procedure for the parameters: pain measured by Visual Numerical Scale (VNS), medication use to control this symptom and side effects. The results showed a decrease in VNS and the need for pain control medications in both groups after treatment (p<0.05) that lasted in the laser group which demonstrated an average in VNSs reduction of 80,73% and in pain analgesic needs of 75,51% after 1 year (p<0,05). In the control group, VNSs and analgesic needs were again similar to pre-treatment values from the second month of evaluation (p>0.05). The predominance of the disease was found in males (68%), with a mean age of 44 years and a low incidence of side effects similar to the data reported before. The 980 nm diode laser is effective in reducing sciatica due to contained LDH and superior to intradiscal injection of clonidine, dexamethasone and lidocaine for the duration of the reduction of VNS and need for analgesic medications.

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Introdução: A degeneração do disco intervertebral tem alta prevalência e é sabidamente associada à dor lombar. O objetivo deste trabalho foi correlacionar os valores de relaxometria T2 dos discos intervertebrais lombares com os parâmetros espinopélvicos em pacientes com dor lombar crônica. Materiais e métodos: Entre março a setembro de 2015, 91 pacientes consecutivos (56 mulheres, média de idade 53,5 anos, DP 11,6 anos, 23-76 anos e 35 homens, média de idade 53,6 anos, DP 11,9 anos, 19-73 anos) com dor lombar crônica foram incluidos neste estudo prospectivo. O Comitê de Ética Local aprovou o estudo e o consentimento foi obtido de cada paciente. Todos os indivíduos foram avaliados pelo índice de incapacidade Oswestry e escala visual analógica e não possuiam outras doenças da coluna vertebral, exceto degeneração discal. Os parâmetros espinopélvicos incidência pélvica (IP) versão pélvica (VP), inclinação sacral (IS), eixo vertical sagital (EVS), versão global (VG), ângulo espinopélvico (ASP), ângulo espinossacral (ASS), ângulo T1 pélvico (ATP), lordose lombar (LL), cifose torácica (CT), diferença entre a incidência pélvica e a lordose lombar (IP-LL) e a falta de lordose lombar (FLL) foram mensurados a partir de radiografias panorâmicas da coluna e pelve com o paciente na posição supina utilizando o software Surgimap®. O grupo de estudo foi categorizado de acordo com a classificação de Roussouly. Os mapas de relaxometria T2 foram adquiridos em aparelho de ressonância magnética de 1.5 Tesla para extrair os tempos de relaxação T2 e a segmentação manual completa dos discos lombares intervertebrais de cada paciente foi realizada no software Display®. Para verificar a reprodutibilidade desta avaliação, a concordância inter-observador para a segmentação manual dos discos intervertebrais lombares e mensuração dos parâmetros espinopélvicos foi avaliada. A significância estatística foi aceita quando p <0,05. Resultados: Os valores de relaxação T2 se correlacionaram significativamente com os parâmetros VP, VG, ASP, ATP, IP-LL e FLL em pacientes com dor lombarcrônica. Não encontramos correlação significativa entre os valores de relaxação T2 e os parâmetros IS, IP, ASS, EVS, LL, CT e questionários clínicos. A divisão por subtipos de Roussouly não se correlacionou com a degeneração discal avaliado pelo tempo de relaxação T2. A mensuração dos parâmetros espinopélvicos e a segmentação manual dos discos intervertebrais lombares mostraram uma alta reprodutibilidade interobservador. Conclusões: Indivíduos com maiores VP, VG, ATP, IP-LL e FLL apresentaram valores mais baixos de relaxação T2 nos discos intervertebrais. Para o nosso conhecimento, esse é o primeiro estudo a correlacionar os parâmetros espinopélvicos com a degeneração discal avaliada por meio da relaxometria T2. / Purpose: Intervertebral disc degeneration has a high prevalence and is known to be associated with low back pain.The purpose of this study was to correlate quantitative T2 relaxation measurements of lumbar intervertebral discs (IVD) with spinopelvic parameters and clinical symptoms in patients with chronic low back pain. Methods: From March to September 2015, 455 intervertebral discs from 91 consecutive patients (56 women, mean age 53.5 years, SD 11,7 years, 23-76 years and 35 men, mean age 53,6 years, SD 11.9 years, 19-73 years) with chronic low back pain were included in this prospective study. The study was approved by the local ethics committee, and written consent was obtained from all patients. All subjects were assessed by Oswestry Disability Index and Visual Analog Score questionnaires and were confirmed to have no other spine diseases except disc degeneration. Spinopelvic parameters including pelvic incidence (PI), pelvic tilt (PT), sacral slope (SS), sagittal vertical axis (SVA), global tilt (GT), spinopelvic angle (SPA), spinosacral angle (SSA), T1-pelvic angle (TPA), lumbar lordosis (LL), thoracic kyphosis (TK), PI-LL (pelvic incidence minus lumbar lordosis) and lack of lumbar lordosis (LLL) were measured from standing spine and pelvis lateral radiographs using the software Surgimap®. The study group was categorized according to the Roussouly classification. Saggital T2 maps were acquired in a 1.5T MRI scanner to extract the IVD relaxation times and the complete manual segmentation of the IVD of each patient in all levels was performed using the software Display®. To assess the reproducibility of this evaluation, the interobserver agreement fot the manual segmentation of the lumbar intervertebral discs and measurement of the spinopelvic parameters was performed. Statistical significance was accepted when p <0.05. Results: Lumbar intervertebral discs T2 relaxation times correlated significantly with PT, GT, SPA, TPA, PI-LL and LLL in patients with chronic low back pain. We found no significant correlation between T2 values and SS, PI, ASS, SVA, LL, TK andclinical questionnaires. Roussouly subtypes and clinical questionnaires did not correlate with T2 relaxation times. Conclusions: Individuals with higher PT, GT, TPA, PI-LL and LLL showed decreased intervertebral disc T2 relaxation values. To our knowledge, this is the first study to correlate spinopelvic parameters with disc degeneration evaluated by T2 relaxometry.

[EN] Over the last 20 years health system has been revolutionized by imaging technology so diagnostic imaging has become the mainstay of the management of patients. Nowadays, degeneration of the intervertebral discs, herniation and spinal stenosis are very common entities that affect millions of people and cause back pain. The development of computer-aided diagnosis (CAD) methods for classifying and quantifying these pathologies has increased in the past decade as a way to assist radiologists in the diagnosis task. So, the main objective of the first part of this Doctoral Thesis is the development of a CAD software for the classification and quantification of spine disease by means of Magnetic Resonance image analysis. To this end, two different groups of patients have been used, one as training group (14 patients) and the other as testing group (53 patients). To classify disc degeneration according to the gold standard, Pfirrmann classification, a method mainly based on the measurement of disc signal intensity and structure has been developed. The method developed to detect disc herniations has been focused on disc segmentation and its approximation by an ellipse, in this way it is possible to extract disc shape features for detecting contour abnormalities. The method developed to detect spinal stenosis, based on signal intensity, has been developed to extract the spinal canal and, by applying different techniques, to detect spinal stenosis at every intervertebral disc level and quantify the severity of the pathology. The results have shown a segmentation inaccuracy below 1%. Regarding reproducibility, it has been obtained an almost perfect agreement (measured by the k and ICC statistics) for all the analysed pathologies. The results have shown that the developed methods can assist radiologists to perform their decision-making tasks, providing support for enhanced reproducibility of MRI reports and achieving greater objectivity. However, not only the intervertebral discs are susceptible to suffer several pathologies. The vertebral bodies are also subject to a wide variety of diseases because of different circumstances. So, prior to any diagnosis task, an accurate detection and segmentation of the vertebral bodies are the first crucial steps. Therefore, the main objective of the second part of this Doctoral Thesis is the development of an automatic method for the detection and segmentation of the spine in Computed Tomography imaging. Performing an automatic and robust segmentation is a very challenging task due to the difficulty discriminating between the ribs and the vertebral bodies. To overcome this problem, two different segmentation methods have been combined: the first method uses a Level-Set method to perform an initial segmentation; the second method uses a probabilistic atlas to refine the initial segmentation with a special focus on ribs suppression. So a 3D volume indicating the probability of each voxel of belonging to the spine has been developed, by means of a set of images, corresponding to 14 patients (training group), manually segmented by an expert. The generated probability map has been deformed and adapted to each testing case. To evaluate the segmentation results and the improvement obtained after applying the atlas to the initial segmentation, the Dice similarity coefficient (DSC) and the Hausdorff distance (HD) have been used. The results have shown up an average of 11 mm of improvement in segmentation accuracy in terms of HD, obtaining an overall final average of 14,98 ± 1,32 mm. A refinement of 1,3 % has been obtained in terms of DSC, with a global value of 91,75 ± 1,20 %. The study has demonstrated that the atlas is able to detect and appropriately eliminate the ribs while improving the segmentation accuracy. / [ES] En los últimos 20 años el sistema sanitario se ha visto revolucionado por la tecnología de la imagen, por lo que el diagnóstico por imagen se ha convertido en un pilar fundamental en el manejo de los pacientes. Hoy en día la degeneración de los discos intervertebrales, la hernia discal y la estenosis del canal vertebral, son tres patologías que afectan a millones de personas y causan dolor de espalda. El desarrollo de sistemas CAD para clasificar y cuantificar estas patologías se ha incrementado en la última década como una forma de ayuda al radiólogo en el diagnóstico. Por tanto, la primera parte de esta Tesis Doctoral tiene como objetivo el desarrollo de un sistema CAD para la clasificación y cuantificación de la patología discal por medio del análisis de Imagen por Resonancia Magnética. Con este fin se han utilizado dos grupos de pacientes, uno como grupo de entrenamiento (14 pacientes) y el otro como grupo de prueba (53 pacientes). Para la clasificación de la degeneración discal se ha desarrollado un método basado en el cálculo de la estructura del disco y de su señal de intensidad. El método de detección de herniaciones se ha centrado en la segmentación del disco y su aproximación por una elipse, para extraer así información sobre la forma del disco. El método de detección de estenosis, basado en la señal de intensidad, ha sido desarrollado para extraer el canal vertebral y, con la aplicación de diferentes técnicas, detectar estrechamientos a la altura de los discos y cuantificar la gravedad de los mismos. Los resultados han demostrado una alta precisión en la segmentación, con un error inferior al 1 %. En cuanto a la reproducibilidad, se ha obtenido un acuerdo casi perfecto (medido con los coeficientes CCI y k) para todas las patologías analizadas. Los resultados obtenidos demuestran que los métodos desarrollados pueden servir de ayuda al radiólogo en el diagnóstico, mejorando la reproducibilidad y logrando una mayor objetividad. Sin embargo, no sólo los discos intervertebrales son susceptibles de sufrir alguna patología. Los cuerpos vertebrales también pueden sufrir lesiones por diversas circunstancias. No obstante, antes de realizar cualquier tarea de diagnóstico, llevar a cabo una detección y segmentación precisa de los cuerpos vertebrales es un primer paso crucial. Así pues, la segunda parte de esta Tesis Doctoral tiene como objetivo el desarrollo de un método automático para la detección y segmentación de la columna vertebral por medio del análisis de Tomografía Computarizada. Llevar a cabo una segmentación automática y precisa es una tarea complicada debido principalmente a la gran dificultad para distinguir entre los cuerpos vertebrales y las costillas. Para solucionar este problema se han combinado dos métodos de segmentación diferentes: el primero utiliza un método Level-Set para llevar a cabo una segmentación inicial; el segundo utiliza un atlas probabilístico, para refinar la segmentación inicial, con un enfoque especial en la supresión de las costillas. Por tanto, se ha obtenido un volumen 3D indicando la probabilidad de cada voxel de pertenecer o no a la columna vertebral, por medio de un conjunto de imágenes correspondientes a 14 pacientes segmentadas manualmente por un experto. El mapa de probabilidad generado ha sido deformado y adaptado a cada uno de los 7 pacientes del grupo de prueba. Para evaluar los resultados de la segmentación y la mejora obtenida después de aplicar el atlas a la segmentación inicial, se ha utilizado el coeficiente Dice (DSC) y la distancia Hausdorff (HD). Los resultados han demostrado una mejora en la precisión de la segmentación de 11 mm de media en términos de HD, con una media global de 14,98 ± 1,32 mm. En términos de DSC se ha obtenido una mejora de un 1,3 % , con una media global de 91,75 ± 1,20 %. El estudio ha demostrado que el atlas es capaz de detectar y eliminar apropiadamente las estructuras costales / [CAT] En els últims 20 anys el sistema sanitari s'ha vist revolucionat per la tecnologia de la imatge, per la qual cosa el diagnòstic per imatge s'ha convertit en un pilar fonamental en el maneig dels pacients. Hui en dia la degeneració dels discos intervertebrals, l'hèrnia discal i l'estenosi del canal vertebral, són tres patologies molt comunes que afecten milions de persones i causen dolor d'esquena. El desenvolupament de sistemes CAD per a classificar i quantificar estes patologies s'ha incrementat en l'última dècada com una forma d'ajuda al radiòleg en el diagnòstic. Per tant, la primera part d'aquesta Tesi Doctoral té com a objectiu el desenvolupament d'un sistema CAD per a la classificació i quantificació de la patologia discal per mitjà de l'anàlisi d'Imatge per Ressonància Magnètica. Amb aquest fi s'han utilitzat dos grups de pacients distints, un com a grup d'entrenament (14 pacients) i l'altre com a grup de prova (53 pacients). Per a la classificació de la degeneració discal, s'ha desenvolupat un mètode basat en el càlcul de l'estructura del disc i del seu senyal d'intensitat. El mètode de detecció d'herniacions s'ha centrat en la segmentació del disc i la seua aproximació per una el·lipse, per a extraure així informació sobre la forma del disc. El mètode de detecció d'estenosi, basat en el senyal d'intensitat, ha sigut desenvolupat per a extraure el canal vertebral i amb l'aplicació de diferents tècniques detectar estrenyiments a l'altura dels discos i quantificar la gravetat dels mateixos. Els resultats han demostrat una alta precisió en la segmentació, amb un error inferior a l'1 %. En quant a la reproduïbilitat, s'ha obtingut un acord quasi perfecte (mesurat amb els coeficients CCI i k) per a totes les patologies analitzades. Els resultats obtinguts demostren que els mètodes desenvolupats poden servir d'ajuda al radiòleg en el diagnòstic, millorant la reproduïbilitat i aconseguint una major objectivitat. No obstant això, no sols els discos intervertebrals són susceptibles de patir alguna patologia. Els cossos vertebrals també poden patir lesions per diverses circumstàncies. Per tant, abans de realitzar qualsevol tasca de diagnòstic, dur a terme una detecció i segmentació precisa dels cossos vertebrals és un primer pas crucial. Així, doncs, la segona part d'aquesta Tesi Doctoral té com a objectiu el desenvolupament d'un mètode automàtic per a la detecció i segmentació de la columna vertebral per mitjà de l'anàlisi de Tomografia Computada. Dur a terme una segmentació automàtica i precisa és una tasca complicada degut principalment a la gran dificultat per a distingir entre els cossos vertebrals i les costelles. Per a solucionar aquest problema s'han combinat dos mètodes de segmentació diferents: el primer utilitza un mètode Level-Set per a dur a terme una segmentació inicial; el segon utilitza un atles probabilístic, per a refinar la segmentació inicial amb un enfocament especial en la supressió de les costelles. Per tant, s'ha obtingut un volum 3D indicant la probabilitat de cada voxel de pertànyer o no a la columna vertebral, per mitjà d'un conjunt d'imatges corresponents a 14 pacients (grup d'entrenament) segmentades manualment per un expert. El mapa de probabilitat generat ha sigut deformat i adaptat a cadascun dels 7 pacients del grup de prova. Per a avaluar els resultats de la segmentació i la millora obtinguda després d'aplicar l'atles a la segmentació inicial, s'ha utilitzat el coeficient Dice (DSC) i la distància Hausdorff (HD). Els resultats han demostrat una millora en la precisió de la segmentació d'11 mm de mitja en termes de HD, amb una mitja global de 14,98 ± 1,32 mm. S'ha obtingut una millora d'un 1,3 % en termes de DSC, amb una mitja global de 91,75 ± 1,20 %. L'estudi ha demostrat que l'atles és capaç de detectar i eliminar apropiadament les estructures costals alhora que millora la precisió de la segmentació. / Ruiz España, S. (2016). CARACTERIZACIÓN CUANTITATIVA DE LA PATOLOGÍA DISCAL Y LUMBAR DEGENERATIVA MEDIANTE ANÁLISIS DE IMAGEN POR RESONANCIA MAGNÉTICA Y DETECCIÓN Y SEGMENTACIÓN DE LA COLUMNA VERTEBRAL EN PACIENTES ONCOLÓGICOS A PARTIR DEL ANÁLISIS DE IMAGEN EN TOMOGRAFÍA COMPUTARIZADA [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/68485 / TESIS

Ce travail de thèse a pour but l’étude des douleurs de dos qui surviennent chez l’astronaute présentant davantage de hernies discales par rapport à une population contrôle. Nos recherches visent à comprendre la physiopathologie de ce phénomène et à étudier les conséquences cliniques de ce déconditionnement vertébral qui participe également aux troubles posturaux. Cet axe de recherche est recommandé par les différentes agences spatiales internationales. Pour cela nous avons eu l’opportunité d’analyser les données dans deux modèles d’études des effets de la microgravité : l’immersion sèche (n=11) et l’alitement tête déclive (n=9) et un état analogue, le confinement (n=4). Seuls les principaux résultats de l’immersion sèche, méthode d’étude nouvelle de notre paradigme, sont rapportés dans ce résumé. Celle-ci a permis grâce à l’imagerie et la spectroscopie par résonnance magnétique nucléaire de la colonne vertébrale, d’analyser en 3 dimensions le disque intervertébral et d’objectiver l’augmentation du contenu en eau (+17%) du volume de ce disque (+9,5%). Les variations du tonus des muscles paravertébraux et des membres inférieurs ont été mesurées avec la très récente et non-invasive technologie MyotonPRO. Une diminution du tonus musculaire (-7,3%) a été retrouvée, associée à une atrophie musculaire (-10,6%) ainsi qu’une perte de force démontrée sur les membres inférieurs. Ces résultats, attestant un déconditionnement musculaire, sont cohérents avec le déconditionnement postural immédiatement après immersion sèche. Nous avons également étudié les paramètres d’occlusion dentaire, qui font partie des entrées posturales et peuvent affecter la bonne stabilité du corps. Finalement deux éléments interviennent dans l’explication des dysfonctions vertébrales : l’augmentation de la taille de la colonne liée à celle du volume des disques intervertébraux. On note également une atrophie des muscles paravertébraux, qui joue un rôle majeur dans la posture. Nous avons par ailleurs montré le rôle de l’occlusion dentaire dans le déconditionnement vertébral et postural. En conclusion : le tonus musculaire, la bonne mobilité vertébrale et l’équilibre de l’occlusion dentaire sont des éléments à préserver pendant et après un séjour en impesanteur, afin d’éviter les effets délétères du déconditionnement. / This work focuses on the study of back pain experienced by astronauts, who present with a greater incidence of herniated discs compared to a control population. Our research aims at understanding the physiopathology of this phenomenon and to study the clinical consequences of vertebral deconditioning which also contributes to postural disorders. This line of research has been recommended by the various international space agencies. For this reason, we had the opportunity to analyze data in two models simulating the effects of microgravity: dry immersion (n = 11) and head-down bed rest (n = 9), and a similar state, confinement (n = 4). Only the main results of dry immersion, a new method of studying our paradigm, are reported in this summary. Using magnetic resonance imaging and spectroscopy of the vertebral column, it was possible to analyze the intervertebral disc in 3 dimensions and to objectify the increase in water content (+ 17%) and the increase in intervertebral disc volume (+ 9.5%). Variations in paravertebral and lower limb muscle tone were measured with the very recent, and non-invasive, MyotonPRO technology. A decrease in muscle tone (-7.3%) was found to be associated with muscular atrophy (-10.6%) as well as a loss of strength in the lower limbs. These results, attesting to muscle deconditioning, are consistent with postural impairment immediately after dry immersion. We also studied variations in dental occlusion, which is involved with the maintenance of posture and could affect balance. In summary, two elements are involved in the explanation of vertebral dysfunction: the increase in spine height, related to increased intervertebral discs volume and paravertebral muscles atrophy, which plays a major role in posture. However, we also showed a role of dental occlusion in vertebral and postural deconditioning. In conclusion: muscle tone, good vertebral mobility, and dental occlusion are elements to be preserve during and after an exposure to weightlessness to avoid the deleterious effects of deconditioning.