O implante dental depende do osso de suporte para sua estabilidade e ongevidade funcional. O comportamento mecânico e a estrutura trabecular do osso afetam a interface com o implante. Tal conhecimento pode fornecer uma base para melhoramentos na função e desenho dos implantes atuais minimizando a reabsorção da crista óssea e falha na junção osso-implante. Desta forma a correta quantificação das forças que atuam sobre o sistema de implante e principalmente no osso de suporte ao qual ele está inserido é importante para o entendimento da biomecânica possibilitando que intervenções possam ser realizadas pelos profissionais visando assim à longevidade das próteses implanto-suportadas bem como dos implantes que as sustentam. Por essa razão, a proposta deste trabalho foi avaliar, com auxílio de extensômetros elétricos, se o processo laboratorial de confecção de coroas metalocerâmicas resulta em alterações das tensões no osso ao redor dos implantes. Para isto foi utilizado um modelo de poliuretano em forma de U simulando o osso mandibular com dois implantes de hexágono externo de 3,75mm de diâmetro por 13 mm de comprimento, nos quais foram fixados intermediários multi-unit. Os corpos de prova foram confeccionados com dois tipos de ligas odontológicas - Cobalto-Cromo e Paládio-Prata - e três tipos de cilindros protéticos calcinável, usinado de Cobalto-Cromo e usinado de Ouro. As leituras de deformação foram realizadas em dois momentos: 1- após a fundição das infra-estruturas e 2 após estas infra-estruturas terem recebido cobertura cerâmica. Os testes foram realizados parafusando os corpos de prova sobre os intermediários utilizando-se para isto um dispositivo eletrônico de torque com força máxima de 10 Ncm. Os resultados mostraram que, após a aplicação da cobertura cerâmica, ocorreu piora da condição de assentamento aos intermediários. O mesmo não foi detectado quando se avaliou a deformação do osso simulado, já que os valores de deformação não ndicaram diferenças antes e após a aplicação da cerâmica. / The dental implant depends on the supporting bone for its stability and functional longevity. Mechanical behavior and trabecular bone structure affect the interface with the implant. Such knowledge may provide a basis for improvements in the current implant function and design, decreasing bone crest resorption and failure at bone-implant junction. Adequate quantification of forces that act upon the implant system and mainly on the supporting bone is important for understanding the biomechanics, allowing the intervention by professionals with the purpose of achieving the longevity of implant-supported prostheses. Therefore, this work aims at evaluating, with the aid of strain gauges, whether the laboratorial process of metal ceramic crown fabrication results in changes of the tensions around the implants. A U-shaped polyurethane model simulating the mandibular bone with two 3.75-mm diameter and 13-mm length external hexagon implants were used with fixed multi-unit abutments. Specimens were prepared with two types of dental alloys - cobalt-chromium and silver-palladium - and three types of prosthetic cylinder castable plastic, prefabricated in cobalt-chromium or gold. The deformation readings were performed in two moments: 1- after framework casting and 2- after ceramic layering of the framework. The tests were performed with the framework screwed onto the abutments at 10Ncm using an electronic torque device. The results showed that the ceramic layering worsened the fit between the crowns and the abutments. The same was not detected when bone deformation was evaluated since the values were not statistically different.

A osteoporose, doença caracterizada pela redução da massa óssea e deterioração da microestrutura óssea, atinge a população idosa e afeta centenas de milhões de pessoas em todo mundo. Por manifestar-se sem causar sintoma visível, o diagnóstico da doença ocorre, na maioria dos casos após lesão ou fratura do osso. Na tentativa de detectar os sinais iniciais da doença, utilizam-se diferentes métodos de avaliação da qualidade óssea baseados na medida da densidade e da arquitetura óssea. Atualmente existe um grande interesse em estabelecer uma correlação entre as medidas de qualidade óssea com as propriedades mecânicas de resistência do osso. Uma estratégia para caracterizar o comportamento mecânico do osso consiste em obter as propriedades da macroestrutura óssea a partir das propriedades da sua microestrutura. Cowin (1985) propõe um modelo mecânico para materiais porosos elástico-lineares supondo que a função resposta mecânica do meio poroso elástico sob deformações infinitesimais é uma função isotrópica do tensor deformação infinitesimal, da fração volumétrica e do tensor textura que caracteriza a simetria do arranjo geométrico do meio poroso. Ao obter uma relação entre as componentes do tensor de elasticidade, as componentes do tensor textura e a fração volumétrica do meio poroso, o autor observa que o tensor de elasticidade obtido não fornece todos os tipos possíveis de simetria do material poroso, restringindo-se apenas à ortotropia e seus casos particulares, tais como a isotropia e a isotropia transversal. O tensor de elasticidade obtido por Cowin (1985) não descreve o comportamento local do meio poroso, pois depende explicitamente das componentes do tensor textura, o qual representa uma medida não local. Esta dissertação tem por objetivo estudar e analisar o modelo proposto por Cowin (1985). Propõe-se neste trabalho uma formulação para a função resposta de materiais porosos elástico-lineares para deformações infinitesimais que descreva o comportamento local do meio poroso. / Osteoporosis, a disease characterized by the reduction of bone mass and deterioration of bone microstructure deterioration, affects the elderly population and hundreds of millions of people worldwide. As a silent disease, its diagnosis occurs, in most cases, after injury, or, bone fracture. In an attempt to detect early signs of the disease, different methods of diagnostic imaging to obtain measures of density and bone architecture are used. Currently, there is great interest in establishing a correlation between the measurements of bone quality with the mechanical properties of bone strength. One strategy to characterize the mechanical behavior of bones is to obtain the properties of its macrostructure from the properties of its microstructure. Cowin (1985) proposes a mechanical model for porous materials by assuming that the mechanical response function of the material under infinitesimal deformation is a function of the infinitesimal deformation tensor, the volume fraction, and the texture tensor that characterizes the symmetry of the geometrical arrangement of the porous medium. By obtaining a relationship between the components of the elasticity tensor, the components of the texture tensor and the volume fraction of the porous medium, the author notes that resulting the elasticity tensor does not yield all possible types of symmetry of the porous material, being restricted to orthotropy and its particular cases, such as the isotropic and transverse isotropy. The elasticity tensor obtained by Cowin (1985) does not describe the local behavior of porous media, and depends explicitly on the fabric tensor components, which represent a non local measure. This dissertation aims to study and analyze the model proposed by Cowin (1985). A formulation for the response function of linear elastic porous materials under infinitesimal deformation that describes the local behavior of the porous medium is also proposed.

A osteoporose, doença caracterizada pela redução da massa óssea e deterioração da microestrutura óssea, atinge a população idosa e afeta centenas de milhões de pessoas em todo mundo. Por manifestar-se sem causar sintoma visível, o diagnóstico da doença ocorre, na maioria dos casos após lesão ou fratura do osso. Na tentativa de detectar os sinais iniciais da doença, utilizam-se diferentes métodos de avaliação da qualidade óssea baseados na medida da densidade e da arquitetura óssea. Atualmente existe um grande interesse em estabelecer uma correlação entre as medidas de qualidade óssea com as propriedades mecânicas de resistência do osso. Uma estratégia para caracterizar o comportamento mecânico do osso consiste em obter as propriedades da macroestrutura óssea a partir das propriedades da sua microestrutura. Cowin (1985) propõe um modelo mecânico para materiais porosos elástico-lineares supondo que a função resposta mecânica do meio poroso elástico sob deformações infinitesimais é uma função isotrópica do tensor deformação infinitesimal, da fração volumétrica e do tensor textura que caracteriza a simetria do arranjo geométrico do meio poroso. Ao obter uma relação entre as componentes do tensor de elasticidade, as componentes do tensor textura e a fração volumétrica do meio poroso, o autor observa que o tensor de elasticidade obtido não fornece todos os tipos possíveis de simetria do material poroso, restringindo-se apenas à ortotropia e seus casos particulares, tais como a isotropia e a isotropia transversal. O tensor de elasticidade obtido por Cowin (1985) não descreve o comportamento local do meio poroso, pois depende explicitamente das componentes do tensor textura, o qual representa uma medida não local. Esta dissertação tem por objetivo estudar e analisar o modelo proposto por Cowin (1985). Propõe-se neste trabalho uma formulação para a função resposta de materiais porosos elástico-lineares para deformações infinitesimais que descreva o comportamento local do meio poroso. / Osteoporosis, a disease characterized by the reduction of bone mass and deterioration of bone microstructure deterioration, affects the elderly population and hundreds of millions of people worldwide. As a silent disease, its diagnosis occurs, in most cases, after injury, or, bone fracture. In an attempt to detect early signs of the disease, different methods of diagnostic imaging to obtain measures of density and bone architecture are used. Currently, there is great interest in establishing a correlation between the measurements of bone quality with the mechanical properties of bone strength. One strategy to characterize the mechanical behavior of bones is to obtain the properties of its macrostructure from the properties of its microstructure. Cowin (1985) proposes a mechanical model for porous materials by assuming that the mechanical response function of the material under infinitesimal deformation is a function of the infinitesimal deformation tensor, the volume fraction, and the texture tensor that characterizes the symmetry of the geometrical arrangement of the porous medium. By obtaining a relationship between the components of the elasticity tensor, the components of the texture tensor and the volume fraction of the porous medium, the author notes that resulting the elasticity tensor does not yield all possible types of symmetry of the porous material, being restricted to orthotropy and its particular cases, such as the isotropic and transverse isotropy. The elasticity tensor obtained by Cowin (1985) does not describe the local behavior of porous media, and depends explicitly on the fabric tensor components, which represent a non local measure. This dissertation aims to study and analyze the model proposed by Cowin (1985). A formulation for the response function of linear elastic porous materials under infinitesimal deformation that describes the local behavior of the porous medium is also proposed.

O implante dental depende do osso de suporte para sua estabilidade e ongevidade funcional. O comportamento mecânico e a estrutura trabecular do osso afetam a interface com o implante. Tal conhecimento pode fornecer uma base para melhoramentos na função e desenho dos implantes atuais minimizando a reabsorção da crista óssea e falha na junção osso-implante. Desta forma a correta quantificação das forças que atuam sobre o sistema de implante e principalmente no osso de suporte ao qual ele está inserido é importante para o entendimento da biomecânica possibilitando que intervenções possam ser realizadas pelos profissionais visando assim à longevidade das próteses implanto-suportadas bem como dos implantes que as sustentam. Por essa razão, a proposta deste trabalho foi avaliar, com auxílio de extensômetros elétricos, se o processo laboratorial de confecção de coroas metalocerâmicas resulta em alterações das tensões no osso ao redor dos implantes. Para isto foi utilizado um modelo de poliuretano em forma de U simulando o osso mandibular com dois implantes de hexágono externo de 3,75mm de diâmetro por 13 mm de comprimento, nos quais foram fixados intermediários multi-unit. Os corpos de prova foram confeccionados com dois tipos de ligas odontológicas - Cobalto-Cromo e Paládio-Prata - e três tipos de cilindros protéticos calcinável, usinado de Cobalto-Cromo e usinado de Ouro. As leituras de deformação foram realizadas em dois momentos: 1- após a fundição das infra-estruturas e 2 após estas infra-estruturas terem recebido cobertura cerâmica. Os testes foram realizados parafusando os corpos de prova sobre os intermediários utilizando-se para isto um dispositivo eletrônico de torque com força máxima de 10 Ncm. Os resultados mostraram que, após a aplicação da cobertura cerâmica, ocorreu piora da condição de assentamento aos intermediários. O mesmo não foi detectado quando se avaliou a deformação do osso simulado, já que os valores de deformação não ndicaram diferenças antes e após a aplicação da cerâmica. / The dental implant depends on the supporting bone for its stability and functional longevity. Mechanical behavior and trabecular bone structure affect the interface with the implant. Such knowledge may provide a basis for improvements in the current implant function and design, decreasing bone crest resorption and failure at bone-implant junction. Adequate quantification of forces that act upon the implant system and mainly on the supporting bone is important for understanding the biomechanics, allowing the intervention by professionals with the purpose of achieving the longevity of implant-supported prostheses. Therefore, this work aims at evaluating, with the aid of strain gauges, whether the laboratorial process of metal ceramic crown fabrication results in changes of the tensions around the implants. A U-shaped polyurethane model simulating the mandibular bone with two 3.75-mm diameter and 13-mm length external hexagon implants were used with fixed multi-unit abutments. Specimens were prepared with two types of dental alloys - cobalt-chromium and silver-palladium - and three types of prosthetic cylinder castable plastic, prefabricated in cobalt-chromium or gold. The deformation readings were performed in two moments: 1- after framework casting and 2- after ceramic layering of the framework. The tests were performed with the framework screwed onto the abutments at 10Ncm using an electronic torque device. The results showed that the ceramic layering worsened the fit between the crowns and the abutments. The same was not detected when bone deformation was evaluated since the values were not statistically different.

A osteoporose é uma doença que afeta o tecido ósseo sendo caracterizada principalmente pela diminuição da massa óssea e pela deterioração da arquitetura do osso. O método atualmente utilizado no diagnóstico da osteoporose é a densitometria óssea (DEXA -Dual Energy X-ray Absorptiometry), que utiliza radiação ionizante. Vários estudos têm sido publicados discutindo o uso de técnicas complementares ou alternativas à densitometria óssea. Uma dessas técnicas é a ultrasonometria, que é baseada na análise da propagação do ultra-som para identificar a qualidade do tecido ósseo. O objetivo desse trabalho é contribuir com o acréscimo de dados para a avaliação da possibilidade de uso dessa técnica como alternativa à técnica da densitometria óssea. Foi realizado um estudo de correlação entre medidas experimentais em ossos trabeculares de calcâneos humanos obtidas com o equipamento de ultrasonometria óssea SONOST-2000 (Vicmed/OsteoSys-MedisonÒ) e medidas de ensaio mecânico de compressão. A microscopia eletrônica de varredura foi utilizada como um teste complementar para identificar as modificações na microarquitetura das amostras de ossos humanos sadios e osteopênicos. Os resultados indicam que o BQI (Bone Quality Index – Índice de Qualidade Óssea) pode ser usado como um método indireto de averiguação das importantes propriedades na determinação do risco de fratura, como por exemplo, a tensão máxima suportada pelo material. / Osteoporosis is a disease that affects bone tissue and is characterized by a decrease in its mass and deterioration of its architeture. The current method used in osteoporosis diagnostic is bone densitometry (DEXA- Dual Energy X-ray Absorption), which utilizes ionizing radiation. Various studies have been published discussing alternatives or complimentary techniques to bone densitometry. One of these techniques is quantitative untrasound (QUS), which is based on the analysis of ultrasound spread through bone tissue to assess its quality. The objective of this work is to add more data to the discussion of this technique as an alternative to bone densitometry. Correlation studies between data from experiments in trabecular bones from the calcaneus of human cadavers have been performed using the quantitative ultrasound equipment SONOST-2000 (Vicmed/OsteoSys-Medison) and mechanical compression essays. Scanning Electron Microscopy was also used as an aid to identify modifications in the samples microarchiteture from health and osteopenic tissue. The results indicate that BQI (Bone Quality Index ) can be used as indirect method to obtain important parameters used in the assessment of fracture risk, such as the maximum load supported by the material.

A caracterização de tecido ósseo por ultra-som para o diagnóstico de osteoporose tem sido investigada como uma alternativa a densitometria óssea baseada em radiação ionizante. A interação do ultra-som com o tecido ósseo é fundamentalmente diferente da que ocorre com a energia ionizante. O potencial da técnica ultra-sônica baseia-se nos efeitos sobre a propagação do campo acústico causados pela estrutura, composição e massa do tecido que está sendo investigado. Quatro estudos in-vitro e um estudo clínico estão descritos neste trabalho. O primeiro estudo in-vitro compara a correlação entre medidas ultra-sônicas e de densidade mineral óssea (em g/cm3) em tecido trabecular humano e bovino. A velocidade e atenuação ultra-sônicas em amostras ósseas foram determinadas pela técnica de inserção convencional (modo de transmissão) e a medida de densidade mineral óssea foi realizada por absortometria de um fóton (SPA). O mecanismo de interação do ultra-som com osso trabecular é pouco conhecido. O segundo estudo in-vitro investigou como a presença da medula óssea afeta as medidas de velocidade e atenuação. As correlações entre medidas ultrasônicas e de densidade mineral óssea (em g/cm3) por SPA, com e sem a presença da medula óssea, são também determinadas. A medida ultra-sônica de inserção convencional é comparada a medida de inserção por contato. O terceiro estudo in-vitro investigou em amostras de calcâneo as correlações entre medidas ultra-sônicas e de densidade mineral óssea (em g/cm3 e em g/cm2) por SPA. A determinação da densidade mineral Óssea em g/cm2 (BMD) a partir de medidas ultra-sônicas nas amostras foi pela primeira vez investigada, utilizando-se uma técnica de regressão linear univariável e multivariável e uma técnica multivariável não-linear baseada em redes neurais. Um novo parâmetro, baseado na média da frequência instantânea (MIF) do sinal da amostra e de referência, foi proposto para caracterizar o tecido ósseo devido a sua alta correlação com a atenuação. O efeito das corticais ósseas do calcâneo nas medidas ultra-sônicas é pouco conhecido. O quarto estudo in-vitro determinou a correlação entre medidas ultrasônicas e de densidade mineral óssea (em g/cm3) por SPA, com e sem a presença das corticais ósseas. Finalmente, no estudo clínico foram determinadas as correlações entre medidas ultra-sônicas no calcanhar e de densidade mineral óssea por DEXA (em g/cm2) no cólo femoral. A determinação da densidade óssea a partir de medidas ultra-sônicas no calcanhar foi pela primeira vez investigada, utilizando-se uma técnica de regressão linear univariável e multivariável e uma técnica multivariável não-linear baseada em redes neurais. / Ultrasonic assessment of bone for managing osteoporosis has been investigated as an alternative to radition-based bone densitometry technology. In contrast with the ionizing electromagnetic radiation of such clinical bone densitometric technique, ultrasound is a mechanical wave and thus interacts with bone in a fundamentally distinct manner. Ultrasound is viewed as having great potential for assessing bone since its propagation is affected by the structure, composition, and mass of the bone tissue being interrogated. Four in-vitro and one clinical study are reported in this work. In the first in-vitro study a comparison is reported on the ultrasonic assessment of human trabecular and bovine trabecular bone samples. Both ultrasonic velocity and attenuation were evaluated through a standard transmission insertion technique and correlated with bone mineral density (in g/cm3 ) as determined with single photon absorptiometry (SPA). There is a relatively limited understanding of how ultrasound interacts with cancellous bone. One potentially model leads analytically to the demonstration that ultrasound propagation through bone is dependent on several factors, including the properties of the fluid, which saturates the pores of the cancellous bone tissue. The second in-vitro study was carried out to assess how the presence of marrow affects the velocity and attenuation measurements. The correlation between ultrasonic and densitometric measurements (in g/cm3) by SPA, with and without the bone marrow, are also determined. A second part of this study compared the measurements of ultrasonic attenuation and velocity on bovine cancellous bone samples using a standard insertion technique with those obtained using a contac method. The thrid in-vitro study with the calcis trabecular samples investigated the correlations between ultrasonic measurements and bone mineral density (in g/cm3 e em g/cm2) as measured by SPA. A nonlinear multivariate estimation technique based on neural network was the first time investigated to determine the ability of ultrasonic measurements to estimate bone mineral density in g/cm2 (BMD). A linear univariate and multivariate estimation of BMD was compared with the neural network approach. A new parameter to characterize the trabecular bone is been proposed, which is based on the mean instantaneous frequency (MIF) of the sample and reference signals after transmission through the os calcis. It was founded a high correlation between MIF and the attenuation (BUA). Little is known about the effect of the os calcis cortical shell on ultrasonic measurements. The fourth in-vitro study with os calcis samples determined the correlation between ultrasonic and densitometric measurements (in g/cm3) by SPA with and without the cortical shell. Finally, a nonlinear multivariate estimation technique based on neural network was the first time investigated to determine the ability of clinical ultrasonic measurements in the heel to estimate bone mineral density (BMD) in the femoral neck. A linear univariate and multivariate estimation to predict BMD in patients is also compared with the neural network approach.

A caracterização de tecido ósseo por ultra-som para o diagnóstico de osteoporose tem sido investigada como uma alternativa a densitometria óssea baseada em radiação ionizante. A interação do ultra-som com o tecido ósseo é fundamentalmente diferente da que ocorre com a energia ionizante. O potencial da técnica ultra-sônica baseia-se nos efeitos sobre a propagação do campo acústico causados pela estrutura, composição e massa do tecido que está sendo investigado. Quatro estudos in-vitro e um estudo clínico estão descritos neste trabalho. O primeiro estudo in-vitro compara a correlação entre medidas ultra-sônicas e de densidade mineral óssea (em g/cm3) em tecido trabecular humano e bovino. A velocidade e atenuação ultra-sônicas em amostras ósseas foram determinadas pela técnica de inserção convencional (modo de transmissão) e a medida de densidade mineral óssea foi realizada por absortometria de um fóton (SPA). O mecanismo de interação do ultra-som com osso trabecular é pouco conhecido. O segundo estudo in-vitro investigou como a presença da medula óssea afeta as medidas de velocidade e atenuação. As correlações entre medidas ultrasônicas e de densidade mineral óssea (em g/cm3) por SPA, com e sem a presença da medula óssea, são também determinadas. A medida ultra-sônica de inserção convencional é comparada a medida de inserção por contato. O terceiro estudo in-vitro investigou em amostras de calcâneo as correlações entre medidas ultra-sônicas e de densidade mineral óssea (em g/cm3 e em g/cm2) por SPA. A determinação da densidade mineral Óssea em g/cm2 (BMD) a partir de medidas ultra-sônicas nas amostras foi pela primeira vez investigada, utilizando-se uma técnica de regressão linear univariável e multivariável e uma técnica multivariável não-linear baseada em redes neurais. Um novo parâmetro, baseado na média da frequência instantânea (MIF) do sinal da amostra e de referência, foi proposto para caracterizar o tecido ósseo devido a sua alta correlação com a atenuação. O efeito das corticais ósseas do calcâneo nas medidas ultra-sônicas é pouco conhecido. O quarto estudo in-vitro determinou a correlação entre medidas ultrasônicas e de densidade mineral óssea (em g/cm3) por SPA, com e sem a presença das corticais ósseas. Finalmente, no estudo clínico foram determinadas as correlações entre medidas ultra-sônicas no calcanhar e de densidade mineral óssea por DEXA (em g/cm2) no cólo femoral. A determinação da densidade óssea a partir de medidas ultra-sônicas no calcanhar foi pela primeira vez investigada, utilizando-se uma técnica de regressão linear univariável e multivariável e uma técnica multivariável não-linear baseada em redes neurais. / Ultrasonic assessment of bone for managing osteoporosis has been investigated as an alternative to radition-based bone densitometry technology. In contrast with the ionizing electromagnetic radiation of such clinical bone densitometric technique, ultrasound is a mechanical wave and thus interacts with bone in a fundamentally distinct manner. Ultrasound is viewed as having great potential for assessing bone since its propagation is affected by the structure, composition, and mass of the bone tissue being interrogated. Four in-vitro and one clinical study are reported in this work. In the first in-vitro study a comparison is reported on the ultrasonic assessment of human trabecular and bovine trabecular bone samples. Both ultrasonic velocity and attenuation were evaluated through a standard transmission insertion technique and correlated with bone mineral density (in g/cm3 ) as determined with single photon absorptiometry (SPA). There is a relatively limited understanding of how ultrasound interacts with cancellous bone. One potentially model leads analytically to the demonstration that ultrasound propagation through bone is dependent on several factors, including the properties of the fluid, which saturates the pores of the cancellous bone tissue. The second in-vitro study was carried out to assess how the presence of marrow affects the velocity and attenuation measurements. The correlation between ultrasonic and densitometric measurements (in g/cm3) by SPA, with and without the bone marrow, are also determined. A second part of this study compared the measurements of ultrasonic attenuation and velocity on bovine cancellous bone samples using a standard insertion technique with those obtained using a contac method. The thrid in-vitro study with the calcis trabecular samples investigated the correlations between ultrasonic measurements and bone mineral density (in g/cm3 e em g/cm2) as measured by SPA. A nonlinear multivariate estimation technique based on neural network was the first time investigated to determine the ability of ultrasonic measurements to estimate bone mineral density in g/cm2 (BMD). A linear univariate and multivariate estimation of BMD was compared with the neural network approach. A new parameter to characterize the trabecular bone is been proposed, which is based on the mean instantaneous frequency (MIF) of the sample and reference signals after transmission through the os calcis. It was founded a high correlation between MIF and the attenuation (BUA). Little is known about the effect of the os calcis cortical shell on ultrasonic measurements. The fourth in-vitro study with os calcis samples determined the correlation between ultrasonic and densitometric measurements (in g/cm3) by SPA with and without the cortical shell. Finally, a nonlinear multivariate estimation technique based on neural network was the first time investigated to determine the ability of clinical ultrasonic measurements in the heel to estimate bone mineral density (BMD) in the femoral neck. A linear univariate and multivariate estimation to predict BMD in patients is also compared with the neural network approach.

A osteoporose é uma doença que afeta o tecido ósseo sendo caracterizada principalmente pela diminuição da massa óssea e pela deterioração da arquitetura do osso. O método atualmente utilizado no diagnóstico da osteoporose é a densitometria óssea (DEXA -Dual Energy X-ray Absorptiometry), que utiliza radiação ionizante. Vários estudos têm sido publicados discutindo o uso de técnicas complementares ou alternativas à densitometria óssea. Uma dessas técnicas é a ultrasonometria, que é baseada na análise da propagação do ultra-som para identificar a qualidade do tecido ósseo. O objetivo desse trabalho é contribuir com o acréscimo de dados para a avaliação da possibilidade de uso dessa técnica como alternativa à técnica da densitometria óssea. Foi realizado um estudo de correlação entre medidas experimentais em ossos trabeculares de calcâneos humanos obtidas com o equipamento de ultrasonometria óssea SONOST-2000 (Vicmed/OsteoSys-MedisonÒ) e medidas de ensaio mecânico de compressão. A microscopia eletrônica de varredura foi utilizada como um teste complementar para identificar as modificações na microarquitetura das amostras de ossos humanos sadios e osteopênicos. Os resultados indicam que o BQI (Bone Quality Index – Índice de Qualidade Óssea) pode ser usado como um método indireto de averiguação das importantes propriedades na determinação do risco de fratura, como por exemplo, a tensão máxima suportada pelo material. / Osteoporosis is a disease that affects bone tissue and is characterized by a decrease in its mass and deterioration of its architeture. The current method used in osteoporosis diagnostic is bone densitometry (DEXA- Dual Energy X-ray Absorption), which utilizes ionizing radiation. Various studies have been published discussing alternatives or complimentary techniques to bone densitometry. One of these techniques is quantitative untrasound (QUS), which is based on the analysis of ultrasound spread through bone tissue to assess its quality. The objective of this work is to add more data to the discussion of this technique as an alternative to bone densitometry. Correlation studies between data from experiments in trabecular bones from the calcaneus of human cadavers have been performed using the quantitative ultrasound equipment SONOST-2000 (Vicmed/OsteoSys-Medison) and mechanical compression essays. Scanning Electron Microscopy was also used as an aid to identify modifications in the samples microarchiteture from health and osteopenic tissue. The results indicate that BQI (Bone Quality Index ) can be used as indirect method to obtain important parameters used in the assessment of fracture risk, such as the maximum load supported by the material.

Ossos trabeculares possuem uma microestrutura porosa e podem ser modelados como um sólido elástico linear, heterogêneo e anisotrópico. A microtomografia tridimensional por raios-x (uCT) tem sido mundialmente utilizada para a caracterização de osso trabecular em pesquisas relacionadas à qualidade óssea e à doenças do metabolismo ósseo como a osteoporose. Na literatura há poucas investigações comparando as análises morfométricas 2D e 3D de osso trabecular. Nesta investigação amostras de osso trabeculares cilíndricas extraídas da cabeça femoral bovina foram utilizadas para a comparação dessas análises por \'mü\'CT. O software CT-Analyser foi utilizado para medidas em três direções (crânio-caudal, lateral-medial e anterior-posterior) de diversos parâmetros da microestrutura trabecular tais como espessura trabecular, separação trabecular, número trabecular e os autovalores do tensor de anisotropia (M). A comparação entre os valores dos parâmetros medidos por análises morfométricas 2D e 3D foi realizada pelo teste-t pareado com nível de significância p < 0,05 e por correlação linear de Pearson. Os autovalores da matriz M mostram que a microestrutura trabecular bovina tem uma tendência para a simetria transversalmente isotrópica. Os resultados obtidos mostram que a microtomografia tridimensional por raios-X é uma técnica de grande potencial para caracterização da qualidade óssea gerando bons parâmetros para o diagnóstico de doenças do metabolismo ósseo. / Trebecular bones have a porous microstructure and can be modeled as a linear elastic solid, heterogenous and anisotropic. The x-ray tridimensional microtomography (\'mü\'CT) has been worldwide used for the assessment of trabecular bone in investigations related to bone quality and aimed to the diagnostic of bone metabolic diseases such as osteoporosis. In the literature few investigations have compared the 2D and 3D morphometric analysis of trabecular bone. In this investigation cylindrical trabecular bone samples were harvested from bovine head femur to carry out that comparison by \'mü\'CT. The CT-Analyser software was used to measure in three directions (superior-inferior, lateral-medial and anterior-posterior) several microstructural trabecular parameters such as trabecular thickness, trabecular separation, trabecular number and the eigenvalues of the fabric tensor (M). The comparison between the parameters values measured by 2D and 3D morphometric analysis was performed by the paired-sample t test with a level of significance p < 0,05 and the Pearson\'s linear correlation. The eigenvalues show that the bovine trabecular microstructure has a tendence to transverse isotropy symmetry. The results show that x-ray tridimensional microtomography (\'mü\'CT) is a technique of great potential for characterization of generating good bone quality parameters for the diagnosis of diseases of bone metabolism.

Ossos trabeculares possuem uma microestrutura porosa e podem ser modelados como um sólido elástico linear, heterogêneo e anisotrópico. A microtomografia tridimensional por raios-x (uCT) tem sido mundialmente utilizada para a caracterização de osso trabecular em pesquisas relacionadas à qualidade óssea e à doenças do metabolismo ósseo como a osteoporose. Na literatura há poucas investigações comparando as análises morfométricas 2D e 3D de osso trabecular. Nesta investigação amostras de osso trabeculares cilíndricas extraídas da cabeça femoral bovina foram utilizadas para a comparação dessas análises por \'mü\'CT. O software CT-Analyser foi utilizado para medidas em três direções (crânio-caudal, lateral-medial e anterior-posterior) de diversos parâmetros da microestrutura trabecular tais como espessura trabecular, separação trabecular, número trabecular e os autovalores do tensor de anisotropia (M). A comparação entre os valores dos parâmetros medidos por análises morfométricas 2D e 3D foi realizada pelo teste-t pareado com nível de significância p < 0,05 e por correlação linear de Pearson. Os autovalores da matriz M mostram que a microestrutura trabecular bovina tem uma tendência para a simetria transversalmente isotrópica. Os resultados obtidos mostram que a microtomografia tridimensional por raios-X é uma técnica de grande potencial para caracterização da qualidade óssea gerando bons parâmetros para o diagnóstico de doenças do metabolismo ósseo. / Trebecular bones have a porous microstructure and can be modeled as a linear elastic solid, heterogenous and anisotropic. The x-ray tridimensional microtomography (\'mü\'CT) has been worldwide used for the assessment of trabecular bone in investigations related to bone quality and aimed to the diagnostic of bone metabolic diseases such as osteoporosis. In the literature few investigations have compared the 2D and 3D morphometric analysis of trabecular bone. In this investigation cylindrical trabecular bone samples were harvested from bovine head femur to carry out that comparison by \'mü\'CT. The CT-Analyser software was used to measure in three directions (superior-inferior, lateral-medial and anterior-posterior) several microstructural trabecular parameters such as trabecular thickness, trabecular separation, trabecular number and the eigenvalues of the fabric tensor (M). The comparison between the parameters values measured by 2D and 3D morphometric analysis was performed by the paired-sample t test with a level of significance p < 0,05 and the Pearson\'s linear correlation. The eigenvalues show that the bovine trabecular microstructure has a tendence to transverse isotropy symmetry. The results show that x-ray tridimensional microtomography (\'mü\'CT) is a technique of great potential for characterization of generating good bone quality parameters for the diagnosis of diseases of bone metabolism.