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. 2024 Mar 21;59(1):e1–e9. doi: 10.1055/s-0043-1776021

Bone Regenerate Evaluation Methods *

Gracielle Silva Cardoso 1,, Renato Amorim 1
PMCID: PMC10957264  PMID: 38524725

Abstract

Since its introduction by Ilizarov, the distraction osteogenesis technique has been used to treat trauma-related conditions, infections, bone tumors, and congenital diseases, either as methods of bone transport or elongation. One of the major dilemmas for the orthopedic surgeon who performs osteogenic distraction is establishing a reproducible method of assessing the progression of the osteogenesis, enabling the early detection of regenerate failures, in order to effectively interfere during treatment, and to determine the appropriate time to remove the external fixator. Several quantitative monitoring methods to evaluate the structural recovery and biomechanical properties of the bone regenerate at different stages, as well as the bone healing process, are under study. These methods can reveal data on bone metabolism, stiffness, bone mineral content, and bone mineral density. The present review comprehensively summarizes the most recent techniques to assess bone healing during osteogenic distraction, including conventional radiography and pixel values in digital radiology, ultrasonography, bone densitometry and scintigraphy, quantitative computed tomography, biomechanical evaluation, biochemical markers, and mathematical models. We believe it is crucial to know the different methods currently available, and we understand that using several monitoring methods simultaneously can be an ideal solution, pointing to a future direction in the follow-up of osteogenic distraction.

Keywords: quantitative evaluation, osteogenic distraction, biomechanical phenomena, external fixation, X-ray

Introduction

Since its introduction by Ilizarov, the distraction osteogenesis technique has been used to treat trauma-related conditions, infections, bone tumors, and congenital diseases, either as a bone transport or elongation method. The success of the distraction osteogenesis technique relies upon a number of factors, including low-energy osteotomy, stable fixation, acceptable latency period, adequate distraction rhythm, and functional limb maintenance during distraction. 1 The location of the osteotomy also influences the quality of the regenerate; metaphyseal osteotomies are more likely to lead to sufficient bone callus formation. The latency period between the osteotomy and the beginning of the distraction ranges from 5 to 7 days, that is, the time required for the formation and organization of the hematoma to maximize the development of a regenerate with proper vascularization. Most authors recommend a distraction rate of 0.25 mm 4 times a day. 1

Careful anamnesis and physical examination are required before starting the osteogenic distraction process. It is critical to identify some risk factors that may disturb the formation of the regenerate, such as concomitant diseases, drug use and smoking, age, malnutrition, diabetes mellitus, chronic use of non-steroidal anti-inflammatory drugs, the etiology of the abnormality, previous surgeries at the osteotomy sites, tumors, and vascularization changes in the surrounding tissues. 1 2 3

One of the major dilemmas for the orthopedic surgeon who performs osteogenic distraction is establishing a reproducible method of assessing the progression of the , enabling the early detection of regenerate failures, in order to effectively interfere during treatment, and to determine the appropriate time to remove the external fixator. 4

Regenerate assessment and monitoring

Radiography

There are several ways to monitor the formation of the bone regenerate. Plain radiography is the most widely used method for evaluation and monitoring, 1 and it is the most readily-available and clinically-accessible test. 3 5 As such, plain radiography is the most cost-effective imaging method to monitor all aspects of bone regeneration, 6 7 even though it depends on the experience of the professional in charge of the evaluation. 1

The major disadvantage of radiography compared with other methods in the follow-up of patients undergoing bone lengthening procedures is its inability to detect the presence of a new regenerate until the deposition of a considerable amount of calcium. 3 Biologically, calcification lags to osteoid formation, and a few weeks may pass before radiography shows any evidence of bone response to stretching. 8

The success of osteogenic distraction depends on serial radiographic evaluation, which is essential to guide decisions, such as removing external fixators and changing the distraction rate. The observation of three to four healed cortices on anteroposterior and lateral radiographs is commonly used as an endpoint for healing. 9 10 While useful, there is much disagreement among practitioners regarding this this method, with reported interobserver rates lower than 0.5. 11 Plain radiography and clinical examination usually back the decision to remove the fixator; however, fracture rates ranging from 30% to 50% have been reported when using these criteria. 12 13 14 The observation of 2 mm of cortex with a density similar to that of normal bone and three cortices on radiography define adequate corticalization. For elongations greater than 10 cm or 50% of the original tibial length, the presence of 3 cortices seems inadequate, and delaying the time to remove the fixator until the fourth cortex is also well formed is advisable to prevent the delayed subsidence of the tibia. 15

Shyam et al. 15 described the callus diameter ratio, calculated by the average anteroposterior and lateral diameters of the callus divided by the average diameters of the proximal and distal ends of the corticotomy. Mamada et al. 16 reported a significant increase in the fracture rate when this ratio was lower than 80%.

Traditional radiographic techniques enable the qualitative assessment of new bone formation; however, the formation of new bone has never been properly quantified. The lack of an objective measurement method may result in high intraobserver and interobserver errors in radiographic subjective measurements. 17

Starr et al. 18 evaluated the commonly-cited criterion of the presence of 3 of the 4 continuous cortices with at least 2 mm in thickness on anteroposterior and lateral radiographs. These authors 18 reported low mean kappa reliability coefficients for intraobserver (0.290) and interobserver (0.127) responses, showing that the assessment of the number of cortices by itself is a poor indicator of the moment to remove the fixator and also showing its insufficiency as an isolated method.

Eyres et al. 19 reported that although ultrasonography and bone densitometry using dual-energy X-ray absorptiometry (DEXA) provides valuable information on the distribution and amount of new bone formed during distraction osteogenesis, high-resolution radiography helps in the detection of small cortical defects not identified by other imaging techniques.

Pixel value in digital radiology

Traditional radiographic techniques enable the qualitative assessment of new bone formation, but only digital radiology can quantify it. 8 20 The quantitative methods include quantitative computed tomography (QTC), 21 22 quantitative technetium scintigraphy, 20 and DEXA bone densitometry, 19 and they measure the mineralization of the bone regenerate, which correlates with its stiffness; 23 however, they are costly and require the patient to undergo additional imaging tests. 24 The use of pixel value on digital radiographs 14 25 has been proven to be a cost-effective method to measure changes in regenerate mineralization and to provide objective parameters for the decision-making process. 17

The pixel value enables the evaluation of the bone mineral density (BMD), as well as the assessment of the healing of the bone regenerate by comparing its density to that of the adjacent bone. As the density of the bone regenerate increases with healing, its pixel value approaches that of the adjacent normal bone. 26.27

Gray value (GV) is another indicator to assess bone healing. A grayscale image is a data matrix that represents a specific range of brightness values in which 0 means black and 255 refers to white. In a grayscale image, the portion with high brightness represents the object with higher density or thickness; the part with low brightness transmission represents the object with lower density or thickness. 28

Singh et al. 6 serially evaluated the pixel values from regenerated and adjacent bone segments during bone lengthening in achondroplastic patients. Next, they calculated the pixel value ratio (pixel ratio = [(average pixel value from the proximal segment + average pixel value from the distal segment)/2]/average pixel value from the new bone formation). Several authors have shown that patients with regenerate fractures present pixel value ratios lower than 0.8 at the time of fixator removal. 5 14 15 17 Pixel value ratios can be used as an adjunct to the digital radiological assessment to help detect early healing disorders and customize weight bearing. These values may also be an objective guide for fixator removal. However, this method does not directly measure the stiffness of the bone regenerate. 4 6

The pixel value technique using digital radiographs minimizes the variation in intra- and interobserver responses observed with plain radiographs; 1 5 in addition, it is a reliable, available, and low-cost method to assess the maturation of the regenerate. 4 17 26 However, as a digital radiology imaging-based mathematical method, the pixel value technique has limitations similar to those of conventional radiology to evaluate the initial regenerate. 26

Ultrasound

The principle of using ultrasonography for regenerate evaluation is that broadband ultrasonic attenuation signals can assess BMD changes. The ultrasound passing through body tissue suffers attenuation; the amount of attenuation relates to tissue characteristics. The velocity of the ultrasonic waves and the amplitude of the attenuation through bone tissue enable the calculation of the bone mineral content (BMC) and the determination of bone structure and strength. 29 The inability of ultrasound to penetrate cortical bone limits the ultrasonographic assessment of normal mature bone. However, high-resolution linear ultrasound can evaluate new bone with incomplete remodeling and calcification. 1 30 Contrast-enhanced ultrasound (CEUS) can provide an early indication of neovascularization and back the diagnosis of poor bone regeneration. 31 In addition, ultrasound enables the prediction of bone callus formation through the observation of blood flow changes around the new bone, which can compensate for the poor early visualization of the callus on radiography. 32

Ultrasonography is a non-invasive, effective, inexpensive, and ionizing radiation-free method to assess bone healing. It can detect new bone formation four to six weeks before radiography, 26 and it indicates the rate of formation of new bone in the early stages of distraction. 33 Therefore, early assessment is best performed by ultrasound, which enables the detection of unmineralized osteoid and the presence of any defects in the callus. 8

However, Eyres et al. 19 observed that ultrasonography does not detect alterations in the medullary region of the bone after corticalization, even when using a 5-MHz frequency probe. Ultrasound helps to identify defects in the corticalization of the regenerate not recognized by DEXA or radiography. Nevertheless, it is an examiner-dependent method subject to the surgeon's experience and familiarity. In addition, it does not enable the evaluation of bone alignment, and it presents limitations regarding the evaluation of the final stages of osteogenic distraction, with a small role in the decision to remove the external fixator. 26

Bone densitometry by DEXA

Bone densitometry by DEXA uses X-ray sources to emit two different radiation energies. It enables the measurement of energy absorption through bone and soft tissue separately, discarding the influence of soft tissues. As a result, it measures the BMC and the BMD area (BMDa) and shows changes in bone trabeculae. 34

The ability of bone densitometry to determine the amount and rate of new bone formation is an advantage over other methods such as ultrasound and radiography. Densitometry and ultrasonography can identify new bone within one to two weeks after osteotomy; in contrast, radiography requires four to eight weeks. Bone densitometry also enables the measurement of the alignment and distraction of the limbs through the entire lengthening period. This is an advantage over ultrasonography, which enables the evaluation of the regenerate only during the initial stages of distraction, when corticalization has not yet occurred. 19

Several studies have suggested DEXA scanning as a tool to assess regenerate quality during the distraction phase and to decide the appropriate time for fixator removal. 1 13

Saran and Hamdy 13 used bone densitometry and plain radiography to determine the moment of stabilization of the BMD of the regenerate, and they found rates of fracture and deformity of the bone regenerate after removal of the external fixator of 3.6% and 0% respectively, even with weight bearing as tolerated and no use of immobilization by patients.

Shyam et al. 15 calculated the BMD ratio based on the relationship between the BMDs of the bone regenerate and of the normal bone, and they observed that an index higher than 0.85 would significantly prevent fracture and angulation of the bone regenerate after external fixator removal.

The measurement of cortex mineralization through bone densitometry is an objective method to assess the regenerate, as it enables a quantitative evaluation. However, its limitations include high costs and low relative availability, preventing its clinical applicability on a large scale. 17 26

Bone scintigraphy

Three-phase bone scintigraphy is a non-invasive method to semiquantitatively assess changes in blood flow, blood distribution, and bone metabolism. The blood supply is considered closely related to the regenerate production capacity in distraction osteogenesis. 35

Kawano et al. 36 assessed whether bone scintigraphy using technetium could help evaluate and predict bone regeneration by comparing clinical indices, such as those of distraction, maturation, and external fixation, with bone scintigraphy data, including the perfusion index, the uptake ratio of the blood-pool image, and the uptake ratio of the delayed image. They concluded that three-phase bone scintigraphy is a reliable method to assess osteogenic distraction compared to clinical indices, especially the uptake ratio of the delayed image, which demonstrated greater predictability.

Despite the predictive potential of bone scintigraphy, few clinical studies have evaluated its use in osteogenic distraction. 36 In addition, its high cost and relatively low availability are limitations to its clinical applicability on a large scale. Moreover, this technique does not enable a concurrent assessment of bone alignment.

Quantitative Computed Tomography

Quantitative computed tomography measures BMD and evaluates bone alignment and body composition through a special software in a standard scanner. It provides a high-precision, low-error assessment, making it an excellent method to determine BMD changes over time. 26

Quantitative computed tomography relies on the differences in the absorption of ionizing radiation by different tissues, enabling the comparison of attenuation measurements with standard reference values to determine parameters such as the BMC and BMD. 37 In addition, QCT can use three-dimensional images to assess the bone callus, for it enables performance of a finite element analysis to predict bone callus strength, with applications in musculoskeletal research. 26

However, its high cost and radiation dose demand consideration; moreover, currently, it is not widely applicable and available. Further studies are required to address these issues. With the development of QCT, the assessment of the bone regenerate may provide more valuable information, including bone healing monitoring and a prediction of its strength with finite element analysis. 26

Biomechanical assessment

Measuring changes in bone mechanical properties is the most direct method of assessing the bone healing process. Bone biomechanics is based on engineering mechanics, assessing bone quality per the mechanical properties of bone tissue under external action and the poststress biological effect on bone tissue. 38 The assessment of the mechanical properties of osteogenic distraction and new bone tissue often employs flexion, torsion, tension, and compression tests. 39 40 Bone mechanical parameters, such as flexural and torsional stiffness, help to understand bone healing. 41

The major limitation of biomechanical evaluation for regenerate monitoring is the risk of potential bone damage caused by the stress tests used in the measurement process. As such, the biomechanical evaluation is currently restricted to medical research. 26

Lineham et al. 42 described a potential indirect biomechanical assessment by measuring the deflection of the Kirschner wires used to assemble the circular external fixation during stretching and bone transport. These authors 42 observed that wire deflection was significantly associated with stability determined clinically and radiologically. Although this was a pilot study and the method remains unavailable, developing new in vivo biomechanical measurement devices could help the clinical practice.

Biochemical markers

Theoretically, an alteration in bone metabolism can lead to subsequent morphological changes. In other words, variations in bone turnover markers (BTMs) levels should occur earlier than identifiable BMD modifications. Therefore, BTMs are a potential new method to assess bone healing and they may be a valuable addition to imaging tests. 26

Several types of BTMs have been identified, 43 including osteocalcin (OC), bone-specific alkaline phosphatase (BSAP), procollagen type I N-terminal propeptide (PINP), and procollagen type I carboxy-terminal propeptide (PICP). Their levels may reflect the biological in vivo activities of osteoblasts and osteoclasts. 44.45

Fink et al. 46 studied the relationship between BTMs and radiographic density during distraction osteogenesis, and they found that serum OC and PICP levels can provide valuable information on bone formation during treatment.

Leung et al. 47 studied a model of osteogenic distraction in goats and found a strong correlation between BSAP activity in plasma and the radiological morphology and biomechanical properties of the new bone. This correlation shows the potential use of BSAP to monitor the process of bone callus change and formation.

Kumar et al. 45 prospectively studied 168 patients with closed tibial fractures treated with locked intramedullary nails, and they demonstrated that BTM (BSAP, OC, and PINP) levels were significantly lower in subjects with late consolidation.

Several bone metabolic markers to monitor bone healing have been reported, some with a high degree of theoretical feasibility. However, further well-designed experimental and clinical studies are still needed to determine the clinical applicability of these biochemical markers in the follow-up and evaluation of the bone regenerate. 26

Mathematical model

Reina-Romo et al. 48 presented a mathematical model based on a finite element structure to study the spatial and temporal patterns of osteogenic distraction close to the osteotomy site. A distraction rate of 0.3 mm a day resulted in an early increase in mean bone density. Computationally, this lower distraction rate is accompanied by a lower level of mechanical stimulation, which stimulates osteogenesis. In contrast, a distraction rate of 2 mm a day produces nonunion; 49 this finding is consistent with most clinical outcomes that consider that a distraction rate of around 1 mm a day has the best effects on tissue regeneration. 50

Subsequently, Reina-Romo et al. 51 extended the previously-developed differentiation model by incorporating tension-compression asymmetry. The new model considers that bone formation under traction would comprise mainly intramembranous ossification; in contrast, bone formation under a compressive load would consist mostly of endochondral ossification. 52 As such, the mechanical stimulus to activate bone tissue formation would be higher under tension rather than compression. 53

Hence, the biomechanical computational model of the bone transport process based on experimental models could be a useful tool in the follow-up of osteogenic distraction. 54

Bone regenerate classification

Although radiographs can provide valuable information about the distraction rate and regenerate alignment, qualitative and quantitative assessments of this new bone must be careful until the determination of the reliability and significance of these features. 8

During radiographic evaluation, changes in limb position, beam penetrance, and magnification can significantly alter the image obtained. Observers may interpret the characteristics under scrutiny differently, and the relationship between these characteristics and the outcome is unclear. 8

Several authors have tried to classify bone regeneration; however, with a few exceptions, the reliability and reproducibility of these classification systems have not been tested. 2 8 55 56 Some of these studies also have the disadvantage of presenting relatively small sample sizes and a relatively large number of influencing factors that limit the interpretation of their findings. 49

Table 1 shows a review of the bone regenerate classification systems reported in human and animal studies.

Table 1. Overview of bone regenerate classification systems.

Author Year Characteristics
Catagni 55 1991 Normotrophic bone: first radiodense bone 20 days after corticotomy
Hypertrophic bone: bone formation before 20 days or bone wider than the osteotomy ends
Hypotrophic bone: delayed bone formation, 30 days after corticotomy; multiple radiolucency in the regenerate or hourglass-shaped bone
Hamanishi et al. 2 1992 1. External: fusiform regenerate
2. Straight: homogeneous regenerate as wide as the original bone
3. Attenuated: regenerate narrower than the original bone
4. Opposite: regenerate at the end opposite the fixator
5. Pillar: poor regenerate, only in the central portion
6. Agenetic: only sparse calcification in the elongated gap
Orbay et al. 1992 Type I: homogeneous new bone joining the two osteotomy ends
Type II: the osteotomy is covered by a continuous segment of new bone but there is a discontinuity in at least one of its cortices or the bone has an irregular appearance
Type III: complete radiolucent defect across the site of new bone formation
Minty et al. 56 1994 1: occasional patches of new bone
2: disorganized callus
3: regenerate in organized layers
4: early corticalization
5: complete bone bridge connecting the two osteotomy ends
Donnan et al. 8 2002 Per the regenerate format (fusiform, contained, opposite, or attenuated)
Per the regenerate polarity (polarized or non-polarized)
Per the regenerate consistency (homogeneous, lucent, striated, or speckled)
Li et al. 49 2006 According to shape: based on the width of the callus compared to the original osteotomy osseous site (fusiform, cylindrical, concave, lateral, and central)
According to type: based on four patterns of osteogenic distraction (sparse, homogeneous, heterogeneous, and transparent) and three densities (low, intermediate, and normal)
Tirawanish and Eamsobhana 58 2018 System matching the diameter and density of the bone regenerate (scores from 2 to 9)
Part I: diameter – average percentage of the anteroposterior and lateral diameters of the regenerate in relation to the bone diameter at the osteotomy site (classified into groups from 1 to 5)
Part 2: density – subdivided into 1 (low density), 2 (low intermediate density), 3 (intermediate density), and 4 (high density)

Catagni 55 described his radiological classification of the regenerate during osteogenic distraction with the Ilizarov apparatus based on a clinical experience with more than 800 cases. He classified the bone regenerate as normotrophic, hypertrophic, and hypotrophic, drawing attention to the need for its careful monitoring in search of features that could influence the stretching outcome. Although this classification provided critical insight into problems that may occur during osteogenesis, it was based purely on one observer's experience and does not consider the variability in bone response due to patient age, osteotomy site, or underlying pathology. 8 10 57

Donnan et al. 8 reviewed the existing classification systems and combined the essential characteristics of the other classifications into three groups: form, consistency, and polarity. Based on this new classification, these authors 8 observed moderately good interobserver agreement regarding shape and consistency but only fair agreement regarding polarity. Archer et al. 5 evaluated the inter- and intraobserver agreement of the classification by Donnan et al., 8 and they observed moderate interobserver and good intraobserver reliability.

Li et al. 49 developed a bone regenerate classification system based on the shape of the radiographic callus and the fracture type in different limb-lengthening stages, from osteotomy to distraction, consolidation, and fixator removal. They classified the radiographic features of distraction osteogenesis per shape and type. Shape consisted of callus width compared to the original bone osteotomy site. The type was based on four osteogenic distraction patterns (sparse, homogeneous, heterogeneous, and transparent) and three densities (low, intermediate, and normal).

The grading system developed by Li et al. 49 helps to record and monitor the distraction and healing of the bone regenerate. 4 49 Its reliable interobserver correlation and high level of reproducibility for individual observers makes it useful for the follow-up of distraction osteogenesis. 4 5 49

Using the classification by Li et al., 49 Isaac et al. 3 observed that homogeneous and heterogeneous osteogenic distraction patterns yielded good outcomes, while transparent and sparse patterns led to poor outcomes. As for shape, they noted that fusiform, cylindrical, and lateral shapes yielded good outcomes, while the concave shape led to bad outcomes. Thus, these specific patterns may lead to potentially unsatisfactory outcomes, requiring a therapeutic plan to nullify this effect, such as adjusting the distraction rate and performing distraction-compression or bone grafting.

Tirawanish and Eamsobhana 58 classified callus density into four patterns (three heterogeneous and one homogeneous). Clinically, heterogeneous patterns may alert the surgeon to potential issues, including a high distraction rate, fixator instability, early diastasis of the osteotomy site, or deformity correction. For these authors, the homogenous healing pattern was ideal, while a heterogeneous pattern would have a higher likelihood of a yielding poor outcome. They developed a scoring system applicable to osteogenic distraction in lower-limb lengthening treatments that is used to record and summarize radiographic information; it enables the correlation of the bone callus characteristics, and has the goal of predicting good or bad outcomes. Thus, it is an assessment method to monitor progression and foresee potential problems, enabling the early adjustment of the treatment process if required. A score of 8 or 9, for instance, would indicate a good outcome, while a score lower than 7 would imply a poor outcome. This system has been proven to be reliable and reproducible by experienced and less experienced surgeons.

Final considerations

There are several methods to perform the quantitative assessment of bone healing during osteogenic distraction, including conventional radiography and pixel value in digital radiology, ultrasonography, bone densitometry and scintigraphy, QCT, biomechanical evaluation, biochemical markers, and mathematical models. These methods complement each other in the monitoring of the bone-lengthening process, and all have advantages and disadvantages ( Table 2 ).

Table 2. Advantages and disadvantages of bone regenerate evaluation methods.

Method Benefits Disadvantages
Plain X-ray Simple, fast, and convenient Limited sensitivity to early bone callus formation
The most common method to assess bone healing
Pixel value in digital radiology Reliable, available, and cost-effective Limited sensitivity to early bone callus formation
Minimizes the variation in inter- and intraobserver responses observed with plain radiographs
Ultrasound Inexpensive, portable, ionizing radiation-free, enables early monitoring Relatively limited sensitivity
Limited limb-alignment assessment
Limited evaluation of the final stages of osteogenic distraction
Bone densitometry by dual-energy X-ray absorptiometry Gold standard for bone mineral density High cost
Indirect assessment of bone microstructure Limited limb-alignment assessment
Limited clinical application
Bone scintigraphy Free of ionizing radiation High cost
Non-invasive method that enables the evaluation of changes in blood flow Limited limb-alignment assessment
Relatively low availability
Quantitative computed tomography High precision and little error High cost
Directly related to histological specimens High radiation dose
Limited clinical application
Biomechanical evaluation Direct assessment of bone quality Limited clinical application
Biochemical markers Theoretical basis to identify consolidation delay Limited clinical application
Mathematical model Theoretical non-invasive method to monitor osteogenic distraction Limited clinical application

We believe that knowing the different methods currently available is fundamental. In addition, we understand that using several monitoring methods simultaneously may be an ideal solution, pointing to a future direction in the follow-up of osteogenic distraction.

Funding Statement

Suporte Financeiro Os autores declaram que não receberam apoio financeiro de fontes públicas, privadas, ou sem fins lucrativos para realizar o presente estudo.

Financial Support The authors declare that they have not received any financial support from public, commercial, or not-for-profit sources to conduct the present study.

Conflito de Interesses Os autores declaram não haver conflito de interesses.

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Trabalho desenvolvido no Serviço de Ortopedia e Traumatologia, Hospital Governador Celso Ramos, Florianópolis, SC, Brasil.

*

Work developed at the Orthopedics and Traumatology Service, Hospital Governador Celso Ramos, Florianópolis, SC, Brazil.

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Métodos de avaliação do regenerado ósseo *

Resumo

Desde que foi descrita por Ilizarov, a técnica de osteogênese por distração tem sido utilizada para o tratamento de diversas condições relacionadas ao trauma, infecções, tumores ósseos e doenças congênitas, na forma de transporte ou alongamento ósseo. Um dos dilemas mais comuns do cirurgião ortopédico que realiza distração osteogênica é o estabelecimento de um método reprodutível de verificação da progressão da osteogênese, que permita a detecção precoce de falhas no regenerado, para que se possa interferir de forma eficaz durante o tratamento, bem como determinar o tempo apropriado de remoção do fixador externo. Recentemente, vários métodos de monitoramento quantitativo, com os quais se poderia avaliar a recuperação da estrutura e as propriedades biomecânicas do regenerado ósseo em diferentes estágios, além do processo de cicatrização óssea, têm sido amplamente investigados. Por esses métodos, pode-se saber o conteúdo mineral ósseo, a densidade mineral óssea, a rigidez e o metabolismo ósseo. Nesta revisão, resumimos de forma abrangente as técnicas mais recentes para avaliar a cicatrização óssea durante a distração osteogênica, entre elas, métodos como a radiografia convencional e os valores de pixels em radiologia digital, a ultrassonografia, a densitometria e a cintilografia ósseas, a tomografia computadorizada quantitativa, a avaliação biomecânica, os marcadores bioquímicos e os modelos matemáticos. Consideramos fundamental o conhecimento dos diversos métodos à disposição atualmente e entendemos que a utilização de vários métodos de monitoramento simultaneamente possa ser uma solução ideal, que aponte para uma direção futura no seguimento da distração osteogênica.

Palavras-chave: avaliação quantitativa, distração osteogênica, fenômenos biomecânicos, fixação externa, radiografia

Introdução

Desde que foi descrita por Ilizarov, a técnica de osteogênese por distração tem sido utilizada para o tratamento de diversas condições relacionadas ao trauma, infecções, tumores ósseos e doenças congênitas, na forma de transporte ou alongamento ósseo. Para que esse procedimento tenha êxito, é essencial respeitar alguns fatores, como osteotomia de baixa energia, fixação estável, período de latência aceitável, ritmo de distração adequado e manutenção do membro funcional durante a distração. 1 A localização da osteotomia também influencia na qualidade do regenerado; as metafisárias têm uma melhor chance de levar à formação de calo ósseo suficiente. O período de latência entre a osteotomia e o início da distração varia entre cinco e sete dias, tempo necessário para permitir a formação e a organização do hematoma, para maximizar a formação do regenerado com vascularização adequada. A maioria dos autores recomenda uma taxa de distração de 0,25 mm 4 vezes ao dia. 1

Antes de iniciar o processo de distração osteogênica, são necessários uma anamnese e um exame físico criteriosos. É preciso identificar alguns fatores de risco que podem atrapalhar na formação do regenerado, tais como doenças concomitantes, uso de drogas e tabagismo, idade, desnutrição, diabetes mellitus, uso crônico de anti-inflamatórios não esteroidais, a etiologia da anormalidade e cirurgias prévias no local da osteotomia, tumores e alterações na vascularização dos tecidos circundantes. 1 2 3

Um dos dilemas mais comuns do cirurgião ortopédico que realiza distração osteogênica é o estabelecimento de um método reprodutível de verificação da progressão da osteogênese, que permita a detecção precoce de falhas no regenerado, para que se possa interferir de forma eficaz durante o tratamento, bem como determinar o tempo apropriado para a remoção do fixador externo. 4

Avaliação e monitoramento do regenerado

Radiografia

A formação do osso regenerado pode ser avaliada e monitorada de diversas formas, sendo a radiografia simples o método mais amplamente utilizado, 1 pois se trata do exame mais prontamente disponível e clinicamente mais acessível. 3 5 À vista disso, as radiografias são consideradas as imagens com melhor custo-benefício para acompanhamento de todos os aspectos da regeneração óssea; 6 7 em contrapartida, o método é dependente da experiência de quem o avalia. 1

Quando comparada a outros métodos, no acompanhamento dos pacientes em procedimentos de alongamento ósseo, a maior desvantagem da radiografia é o fato de que ela não é capaz de detectar a presença de novo regenerado até que uma quantidade considerável de cálcio tenha sido nele depositada. 3 A calcificação está biologicamente atrasada em relação à formação do osteoide, e algumas semanas podem se passar antes que uma indicação da resposta óssea ao alongamento seja identificada por meio da radiografia. 8

O sucesso da distração osteogênica depende da avaliação radiográfica sequencial, que é essencial para orientar decisões, como a remoção dos fixadores externos e a alteração da taxa de distração. A presença de três a quatro corticais cicatrizadas nas radiografias anteroposterior e lateral é comumente usada como ponto final para a cicatrização. 9 10 Embora útil, entre os profissionais há muita discordância com relação a este método, e há relatos de taxas de concordância entre observadores inferiores a 0,5. 11 A decisão de remover o fixador geralmente é tomada com base na radiografia simples e no exame clínico no momento da remoção do fixador; no entanto, usando esses critérios, taxas de fratura de 30% a 50% foram relatadas. 12 13 14 A corticalização adequada é definida como 2 mm de córtex visto com densidade semelhante ao osso normal e 3 desses córtices visíveis na radiografia. Em casos com alongamento de mais de 10 cm ou mais de 50% do comprimento original da tíbia, a presença de 3 córtices parece inadequada, e estender o tempo de remoção do fixador até que o quarto córtex também esteja bem formado é aconselhável para prevenir o retardo da subsidência da tíbia. 15

Shyam et al. 15 descreveram a razão de diâmetro do calo, calculada medindo-se a média dos diâmetros anteroposterior e lateral do calo e dividindo-a pela média dos diâmetros das extremidades proximal e distal da corticotomia. Mamada et al. 16 demonstraram um aumento significativo na taxa de fratura quando esta razão era inferior a 80%.

As técnicas radiográficas tradicionais permitem a avaliação qualitativa da neoformação óssea, mas isso nunca foi devidamente quantificado. Sem um método de medição objetivo, o erro intraobservador e interobservador pode ser alto em medidas subjetivas que usam radiografias. 17

Starr et al. 18 avaliaram o critério comumente citado, da presença de três das quatro corticais contínuas de pelo menos 2 mm de espessura nas radiografias anteroposterior e lateral, e encontraram valores baixos para os coeficientes kappa médios de confiabilidade relativos às respostas intraobservador (0,290) e interobservador (0,127), o que indica que a avaliação do número de córtices por si só não é um bomindicador do momento da remoção do fixador, sendo insuficiente como método isolado.

Eyres et al. 19 relatam que, embora a ultrassonografia e a densitometria óssea por absorciometria de raios-x de dupla energia ( dual energy x-ray absorptiometry , DEXA, em inglês) forneçam informações valiosas sobre a distribuição e a quantidade de osso novo formado durante a distração osteogênica, as radiografias com imagens de alta resolução foram úteis na detecção de pequenos defeitos corticais que não foram identificados pelas outras técnicas de imagem.

Valores de Pixels em Radiologia Digital

As técnicas radiográficas tradicionais permitem a avaliação qualitativa da neoformação óssea, mas a sua quantificação não era possível até o desenvolvimento da radiologia digital. 8 20 Os métodos quantitativos incluem tomografia computadorizada quantitativa (TCQ), 21 22 cintilografia quantitativa com tecnécio 20 e densitometria óssea por DEXA. 19 Esses métodos medem a mineralização do osso regenerado, que se correlaciona com a sua rigidez, 23 mas essas investigações são custosas e requerem que o paciente seja submetido a exames de imagem adicionais. 24 A técnica do valor de pixel, usada em radiografias digitais, 14 25 mostrou-se um método econômico para medir as mudanças na mineralização do regenerado para fornecer parâmetros objetivos para a tomada de decisão. 17

Por meio do valor de pixel, avalia-se a densidade mineral óssea (DMO), e ele também pode ser usado para avaliar a cicatrização do osso regenerado, para comparar a densidade do osso regenerado com a do osso adjacente. À medida que a densidade do osso regenerado aumenta com a cicatrização, seu valor de pixel fica próximo ao do osso normal adjacente. 26 27

O valor de cinza (VC) é outro indicador usado para avaliar a cicatrização óssea. Uma imagem em tons de cinza é uma matriz de dados. Seu valor representa uma faixa específica de valores de brilho, na qual brilho 0 significa preto e brilho 255 se refere ao branco. A parte da imagem em tons de cinza com brilho intenso representa o objeto com alta densidade ou espessura; a parte com brilho tênue representa o objeto com baixa densidade ou espessura fina. 28

Singh et al. 6 avaliaram os valores de pixel do regenerado e dos segmentos ósseos adjacentes de forma seriada durante o alongamento ósseo de pacientes acondroplásicos. As razões de valor de pixel foram então calculadas (razão de pixel = [(valor médio de pixel do segmento proximal + valor médio de pixel do segmento distal)/2]/valor médio de pixel da formação de osso novo). Vários autores demonstram que pacientes que apresentam fraturas do regenerado têm relações de valor de pixel inferiores a 0,8 no momento da remoção do fixador. 5 14 15 17 As taxas de valor de pixel podem ser usadas como um suplemento para avaliação radiológica digital, e podem ajudar na detecção de distúrbios de cicatrização precoce e na personalização de suporte de peso. Também podem ser usadas como uma orientação objetiva para a remoção do fixador. Entretanto, este método não mede diretamente a rigidez do osso regenerado. 4 6

A técnica de valor de pixel com o uso de radiografias digitais minimiza a variação nas respostas inter e intraobservador que ocorre com as radiografias simples, 1 5 sendo considerada um método confiável, disponível e de baixo custo para avaliar a maturação do regenerado. 4 17 26 Todavia, por se tratar de método matemático com base em imagens obtidas por radiologia digital, a técnica de valor de pixel compartilha das limitações encontradas na radiologia convencional para avaliação do regenerado em suas fases iniciais. 26

Ultrassonografia

O princípio do uso da ultrassonografia na avaliação do regenerado é o de que sinais de atenuação ultrassônica de banda larga podem ser empregados para avaliar a alteração da DMO. Quando o ultrassom passa pelo tecido corporal, ocorre a atenuação, cuja quantidade está relacionada às características do tecido. Usando a velocidade das ondas ultrassônicas e a atenuação da amplitude que passa pelo tecido ósseo, pode-se calcular a quantidade de conteúdo mineral ósseo (CMO), a estrutura óssea e a resistência óssea. 29 A avaliação do osso maduro normal por ultrassom é limitada pela incapacidade do ultrassom de penetrar na cortical óssea. No entanto, osso novo com remodelação incompleta e calcificação pode ser bem avaliado por ultrassom linear de alta resolução. 1 30 A ultrassonografia com contraste (USC) pode fornecer uma indicação precoce de neovascularização e uma base diagnóstica para a regeneração óssea deficiente. 31 A ultrassonografia também pode predizer a formação de calo ósseo ao revelar mudanças no fluxo sanguíneo ao redor do osso novo, o que pode compensar a má visualização precoce do calo na radiografia. 32

A ultrassonografia é um método não invasivo, eficaz, barato e livre de radiação ionizante para avaliar a cicatrização óssea, que pode detectar formação óssea nova quatro a seis semanas antes da radiografia, 26 além de indicar a taxa de formação de osso novo nos estágios iniciais de distração. 33 Portanto, a avaliação precoce é feita de forma melhor por ultrassom, que permite a detecção do osteoide não mineralizado e a presença de quaisquer defeitos no calo. 8

No entanto, Eyres et al. 19 observaram que a ultrassonografia não permite detectar alterações na região medular do osso após a ocorrência da corticalização, mesmo com o uso de sonda de frequência de 5 MHz, mas se mostra útil na identificação de defeitos na corticalização no regenerado que não foram reconhecidos por DEXA ou radiografia. Contudo, trata-se de método dependente do examinador, sujeito à experiência e à familiaridade do cirurgião com a técnica. Além disso, não permite a avaliação do alinhamento ósseo e apresenta limitações para avaliação dos estágios finais da distração osteogênica, tendo papel limitado na decisão de retirada do fixador externo. 26

Densitometria óssea por DEXA

A densitometria óssea por DEXA usa fontes de radiação de raios X para emitir duas energias de radiação diferentes. Permite medir a sua absorção pelos ossos e tecidos moles separadamente, descartando a influência do tecido mole. Consequentemente, o CMO e a área de DMO (aDMO) podem ser medidos e as alterações nas trabéculas ósseas podem ser observadas. 34

A capacidade da densitometria óssea para determinar a quantidade e a taxa de formação de osso novo é uma vantagem sobre outros métodos como a ultrassonografia e a radiografia. O osso novo é identificado tanto por densitometria quanto por ultrassonografia dentro de uma a duas semanas após a osteotomia, e apenas após quatro a oito semanas por radiografia. O alinhamento e a distração dos membros podem ser medidos por densitometria óssea durante todo o período de alongamento, o que é uma vantagem em relação à ultrassonografia, que permite a avaliação do regenerado apenas durante os estágios iniciais da distração, quando ainda não ocorreu a corticalização. 19

Vários estudos 1 13 sugerem o uso da varredura DEXA como uma ferramenta na avaliação da qualidade do regenerado durante a fase de distração e na decisão sobre o momento adequado da remoção do fixador.

Saran e Hamdy 13 utilizaram a densitometria óssea em conjunto com a radiografia simples para determinar quando a DMO do regenerado se estabilizou, e encontraram uma taxa de fratura do osso regenerado após a retirada do fixador externo de 3,6% e taxa de deformidade de 0%, mesmo com a liberação de carga conforme tolerado e sem uso de imobilização pelos pacientes.

Shyam et al. 15 calcularam a proporção da DMO com base na relação entre as DMOs do osso regenerado e do osso normal, e observaram que um índice superior a 0,85 impediria significativamente a fratura do osso regenerado e a sua angulação após a remoção do fixador externo.

A medição da mineralização do córtex por densitometria óssea pode ser considerada um método objetivo de avaliação do regenerado, pois permite a sua avaliação quantitativa. Contudo, o seu alto custo e a sua baixa disponibilidade relativa limitam a sua aplicabilidade clínica em larga escala. 17 26

Cintilografia Óssea

A cintilografia óssea trifásica é um método não invasivo para avaliar alterações no fluxo sanguíneo, a distribuição sanguínea e o metabolismo ósseo de forma semiquantitativa. Considera-se que o suprimento sanguíneo tem íntima relação com a capacidade de produção do regenerado na osteogênese por distração. 35

Kawano et al. 36 avaliaram se a cintilografia óssea com tecnécio poderia ser útil para a avaliação e a predição do regenerado ósseo, e compararam índices clínicos como os de distração, maturação e fixação externa com dados obtidos a partir da cintilografia óssea, como o índice de perfusão e as taxas de captação da imagem de equilíbrio e de captação da imagem tardia, e concluíram que a cintilografia óssea trifásica é uma modalidade confiável para avaliar a distração osteogênica em comparação com os índices clínicos, especialmente a taxa de captação da imagem tardia, que demonstrou a maior capacidade de predição.

Apesar do potencial preditivo da cintilografia óssea, há poucos estudos clínicos que a avaliam a sua utilização na distração osteogênica. 36 A cintilografia óssea apresenta como limitação o seu alto custo e a sua baixa disponibilidade relativa, o que dificulta sua aplicabilidade clínica em larga escala, além de não permitir uma avaliação concomitante do alinhamento ósseo.

Tomografia Computadorizada Quantitativa

A TCQ é um método que permite medir a DMO e avaliar o alinhamento ósseo e a composição corporal por meio do uso de um software especial em um aparelho de TC. Este permite uma avaliação de alta precisão e pequeno erro, sendo um excelente método para medir alterações da DMO ao longo do tempo. 26

A TCQ se baseia nas diferenças de absorção de radiação ionizante por distintos tecidos, o que permite comparar as medidas de atenuação obtidas com os valores de referência padrão para calcular informações como o CMO e a DMO. 37 Além disso, imagens tridimensionais podem ser usadas na TCQ, o que permite a avaliação do calo ósseo, o que, por sua vez, viabiliza a realização de análises de elementos finitos para prever a força do calo ósseo, o que tem sido aplicado em pesquisas musculoesqueléticas. 26

Contudo, o alto custo e a dose alta de radiação devem ser considerados, além do fato de que sua aplicabilidade e disponibilidade não são suficientemente amplas atualmente. Mais estudos ainda são necessários para abordar essas questões. Com o desenvolvimento da TCQ, a avaliação do regenerado ósseo pode fornecer informações mais valiosas, como o monitoramento da cicatrização óssea e a previsão da força do novo osso por análises de elementos finitos. 26

Avaliação biomecânica

Medir as mudanças nas propriedades mecânicas do osso é o método mais direto de se avaliar o processo de cicatrização óssea. A biomecânica óssea é baseada na teoria da mecânica de engenharia, que avalia a qualidade óssea pelas propriedades mecânicas do tecido ósseo sob ação externa e o efeito biológico do osso após estresse. 38 Os testes de flexão, torção, tensão e compressão são comumente usados para avaliar as propriedades mecânicas da distração osteogênica e do novo tecido ósseo. 39 40 Parâmetros mecânicos do osso, como rigidez à flexão e à torção, ajudam a entender a consolidação óssea. 41

A grande limitação da avaliação biomecânica no monitoramento do regenerado é o risco de possíveis danos que testes de estresse utilizados no processo de medição causariam ao osso, de modo que seu uso atualmente restringe-se à pesquisa médica. 26

Lineham et al. 42 descreveram a possibilidade de uma avaliação biomecânica indireta por meio da aferição da deflexão dos fios de Kirschner utilizados na montagem da fixação externa circular durante o alongamento e transporte ósseos. No seu conjunto de observações, os autores 42 constataram que a deflexão do fio esteve significativamente associada à estabilidade determinada clínica e radiologicamente. Embora se trate de um estudo piloto e o método não esteja disponível, o desenvolvimento de novos dispositivos de aferição biomecânica in vivo poderia ser útil à prática clínica.

Marcadores bioquímicos

Teoricamente, a alteração do metabolismo ósseo pode levar a alterações morfológicas subsequentes. Em outras palavras, alterações em marcadores de remodelação óssea (MROs) deveriam ser mais precoces do que mudanças identificáveis na DMO. Portanto, os marcadores bioquímicos como os MROs são um potencial novo método de avaliação da cicatrização óssea, e podem ser um método complementar valioso aos exames de imagem. 26

Atualmente, vários tipos de RMOs foram identificados, 43 como a osteocalcina (OC), a fosfatase alcalina específica do osso (FAEO), o propeptídeo aminoterminal do prócolágeno tipo I ( procollagen type I N-terminal propeptide , PINP, em inglês) e o propeptídeo carboxiterminal do pró-colágeno tipo I ( procollagen type I carboxy-terminal propeptide , PICP, em inglês), que podem indicar as atividades biológicas de osteoblastos e osteoclastos in vivo . 44 45

Fink et al. 46 estudaram a relação entre RMOs e densidade radiográfica durante a distração osteogênica, e descobriram que a medição dos níveis séricos de OC e PICP pode trazer informações valiosas sobre a formação óssea durante o tratamento.

Leung et al. 47 estudaram um modelo de distração osteogênica em cabras, e encontraram uma forte correlação entre a atividade da FAEO no plasma e a morfologia radiológica e as propriedades biomecânicas do osso do neoformado. Isso mostra que podemos usar a FAEO para monitorar o processo de mudança e formação do calo ósseo.

Kumar et al. 45 estudaram prospectivamente 168 pacientes com fraturas fechadas da tíbia tratados com hastes intramedulares bloqueadas, e demonstraram que os marcadores de formação óssea (FAEO, OC e PINP) foram significativamente menores em pacientes com consolidação tardia.

Diversos marcadores metabólicos ósseos foram relatados para monitorar a cicatrização óssea, e alguns deles têm alto grau de viabilidade teórica. Entretanto, ainda são necessários mais estudos experimentais e clínicos bem desenhados para determinar a aplicabilidade clínica desses marcadores bioquímicos no acompanhamento e avaliação do regenerado ósseo. 26

Modelo matemático

Reina-Romo et al. 48 apresentaram um modelo matemático baseado em uma estrutura de elementos finitos para estudar os padrões espaciais e temporais de distração osteogênica próximo ao local da osteotomia. Com uma taxa de distração de 0,3 mm por dia, há um aumento precoce na densidade óssea média; computacionalmente, essa taxa menor de distração é acompanhada por menor estímulo mecânico, o que resulta em uma osteogênese estimulada. Em contraste, uma taxa de distração de 2 mm por dia produz não união, 49 e isso está de acordo com a maioria dos resultados clínicos que consideram que uma taxa de distração de cerca de 1 mm por dia produz os melhores efeitos na regeneração tecidual. 50

Posteriormente, Reina-Romo et al. 51 estenderam o modelo de diferenciação previamente desenvolvido por meio da incorporação da assimetria tensão-compressão. O novo modelo considera que o modo de formação óssea em ambientes de tração compreenderia principalmente a ossificação intramembranosa, e sob cargas compressivas a ossificação endocondral seria o principal modo de ossificação. 52 Nesse sentido, o estímulo mecânico que ativaria a formação do tecido ósseo seria maior sob tensão do que sob compressão. 53

Com base nesses estudos, o modelo computacional biomecânico do processo de transporte ósseo baseado em modelos experimentais poderia vir a ser uma ferramenta útil no seguimento da distração osteogênica. 54

Classificação do regenerado ósseo

Embora as radiografias possam fornecer informações valiosas sobre a taxa de distração e alinhamento do regenerado, a avaliação da qualidade e da quantidade desse novo osso deve ser feita com cuidado até que a confiabilidade e a significância dessas características sejam determinadas. 8

Na avaliação radiográfica, mudanças na posição do membro, na penetrância do feixe e na ampliação podem alterar significativamente a percepção da imagem obtida. As características sob escrutínio podem ser interpretadas de forma diferente entre os observadores, e a relação dessas características com o resultado não é clara. 8

Diversos autores tentaram classificar a regeneração óssea, mas, com algumas exceções, a confiabilidade e a reprodutibilidade desses sistemas de classificação não foram testadas. 2 8 55 56 Alguns desses estudos também têm a desvantagem de apresentar tamanhos de amostra relativamente pequenos e um número relativamente grande de fatores de influência que limitam a interpretação de seus achados. 49

A Tabela 1 mostra uma revisão dos sistemas de classificação do regenerado ósseo relatados em estudos com humanos e com animais.

Tabela 1. Visão geral dos sistemas de classificação do regenerado ósseo.

Autor Ano Características
Catagni 55 1991 Normotrófico: primeiro osso radiodenso 20 dias após a corticotomia
Hipertrófico: formação óssea antes de 20 dias ou osso mais largo do que as extremidades da osteotomia
Hipotrófica: formação óssea retardada, após 30 dias, múltiplas radiolucências no regenerado ou osso em configuração de ampulheta
Hamanishi et al. 2 1992 1. Externo: regenerado fusiforme
2. Reto: regenerado homogêneo tão largo quanto o osso original
3. Atenuado: regenerado mais estreito do que o osso original
4. Oposto: regenerado na extremidade oposta ao fixador
5. Pilar: pouco regenerado, apenas na porção central
6. Agenético: apenas calcificação esparsa no gap alongado
Orbay et al. 1992 Tipo I. Novo osso homogêneo unindo as duas extremidades da osteotomia
Tipo II. A osteotomia é coberta por um segmento contínuo de osso novo, mas há uma descontinuidade em pelo menos uma de suas corticais, ou o osso tem aparência irregular
Tipo III. Defeito radiolúcido completo em todo o local de formação de osso novo
Minty et al. 56 1994 1. Manchas ocasionais de osso novo
2. Calo desorganizado
3. Regenerado em camadas organizadas
4. Corticalização precoce
5. Ponte óssea completa ligando as duas extremidades da osteotomia
Donnan et al. 8 2002 Quanto ao formato do regenerado (fusiforme, contido, oposto ou atenuado)
Quanto à polaridade do regenerado (polarizado ou não polarizado)
Quanto à consistência do regenerado (homogêneo, lucente, estriado ou salpicado)
Li et al. 49 2006 Quanto à forma: baseada na largura do calo em comparação com o local ósseo original da osteotomia (fusiforme, cilíndrico, côncavo, lateral e central)
Quanto ao tipo: baseado em quatro padrões de distração osteogênica (esparsa, homogênea, heterogênea e transparente) e três densidades (baixa, intermediária e normal)
Tirawanish e Eamsobhana 58 2018 Sistema que combinado o diâmetro e a densidade do regenerado ósseo (pontuação de 2 a 9)
Parte I: diâmetro – porcentagem média dos diâmetros anteroposterior e lateral do regenerado em relação ao diâmetro ósseo no local da osteotomia (classificado em grupos de 1 a 5)
Parte 2: densidade – subdividida em 1 (baixa densidade), 2 (densidade intermediária baixa), 3 (densidade intermediária) e 4 (alta densidade)

Catagni 55 descreveu sua classificação radiológica do regenerado durante a distração osteogênica com o aparelho de Ilizarov com base em uma experiência clínica de mais de 800 casos. Classificou os regenerados como normotróficos, hipertróficos e hipotróficos, e chamou atenção para a necessidade de monitoramento cuidadoso do regenerado ósseo em busca de características que possam influenciar o resultado final do alongamento. Embora esta classificação tenha fornecido uma visão importante sobre os problemas durante a osteogênese, foi baseada puramente na experiência de um observador, e não leva em consideração a variabilidade da resposta óssea devido à idade do paciente, ao local da osteotomia ou à patologia subjacente. 8 10 57

Donnan et al. 8 revisaram os sistemas de classificação existentes e combinaram as características essenciais das demais classificações em três grupos: forma, consistência e polaridade. Com base nesta nova classificação, observaram uma concordância interobservador moderadamente boa com relação à forma e à consistência, mas apenas razoável com relação à polaridade. Archer et al. 5 avaliaram a concordância inter e intraobservador para a classificação de Donnan et al., 8 e observaram uma confiabilidade interobservador moderada e uma boa confiabilidade intraobservador.

Li et al. 49 desenvolveram um sistema de classificação do regenerado ósseo com base na forma do calo radiográfico e no tipo de característica que ocorria em diferentes estágios durante o alongamento do membro desde a osteotomia, passando pela distração e consolidação, até a remoção do fixador. As características radiográficas da distração osteogênica foram classificadas quanto à forma e tipo. A forma foi baseada na largura do calo em comparação com o local ósseo original da osteotomia. O tipo foi baseado em quatro padrões de distração osteogênica (esparsa, homogênea, heterogênea e transparente) e três densidades (baixa, intermediária e normal).

O sistema de classificação de Li et al. 49 é considerado útil para registrar e monitorar a distração e consolidação do regenerado ósseo. 4 49 Devido à sua correlação confiável entre observadores e um alto nível de reprodutibilidade para observadores individuais, pode ser utilizada para o seguimento da distração osteogênica. 4 5 49

Isaac et al. 3 observaram, com base na classificação de Li et al., 49 que padrões de distração osteogênica homogêneos e heterogêneos dão bons resultados, enquanto os padrões transparentes e esparsos dão resultados ruins. Quanto à forma, observaram que a fusiforme, a cilíndrica e a lateral dão bons resultados, ao passo que a côncava dá um resultado ruim. Dessa forma, ao se deparar com esses padrões específicos, se é alertado sobre um possível resultado insatisfatório e, assim, pode-se planejar medidas de tratamento que anulem este resultado, como ajuste da taxa de distração, realização de distração-compressão ou enxerto ósseo.

Tirawanish e Eamsobhana 58 classificaram a densidade de calos em quatro padrões (três heterogêneos e um homogêneo). A ocorrência de padrões heterogêneos pode ser usada clinicamente para alertar o cirurgião sobre possíveis problemas, como velocidade de distração muito alta, instabilidade do fixador, diástase inicial do local da osteotomia ou correção de deformidade. Consideraram que o padrão ideal de cura era homogêneo, pois um padrão heterogêneo teria maior probabilidade de evoluir para um desfecho ruim. Esses autores 58 desenvolveram um sistema de pontuação aplicável à distração osteogênica em tratamentos de alongamento de membros inferiores, que é usado para registrar e resumir informações radiográficas, permite relacionar as características do calo ósseo, e tem o objetivo de prever resultados bons ou ruins. Assim, fornece um método de avaliação que pode ser usado para monitorar o progresso e prever possíveis problemas, o que permite o ajuste precoce do processo de tratamento, se necessário. Uma pontuação de 8 ou 9, por exemplo, seria indicativa de um bom resultado, enquanto uma pontuação inferior a 7 seria um indicador de um resultado ruim. Este sistema mostrou-se confiável e reprodutível por cirurgiões experientes e menos experientes.

Considerações finais

Existem vários métodos para avaliar quantitativamente a cicatrização óssea durante a distração osteogênica, como a radiografia convencional e os valores de pixels em radiologia digital, a ultrassonografia, a densitometria e a cintilografia ósseas, a TCQ, a avaliação biomecânica, os marcadores bioquímicos, e os modelos matemáticos. Os diversos métodos descritos podem ser considerados complementares no acompanhamento do processo de alongamento ósseo, e cada um deles tem suas vantagens e desvantagens ( Tabela 2 ).

Tabela 2. Vantagens e desvantagens dos métodos de avaliação do regenerado ósseo.

Método Vantagens Desvantagens
Radiografia simples Simples, rápida e conveniente Sensibilidade limitada para a formação precoce de calo ósseo
Método mais comum de avaliação da consolidação óssea
Valores de pixels em radiologia digital Confiável, disponível e de baixo custo Sensibilidade limitada para a formação precoce de calo ósseo
Minimiza a variação nas respostas inter e intraobservador que ocorre com as radiografias simples
Ultrassonografia Barato, portátil, livre de radiação ionizante, e permite o monitoramento precoce Sensibilidade relativamente limitada
Limitação para a avaliação do alinhamento do membro
Limitação para a avaliação dos estágios finais da distração osteogênica
Densitometria óssea por absorciometria de raios-x de dupla energia Padrão de ouro para a densidade mineral óssea Alto custo
Avaliação indireta da microestrutura óssea Limitação para a avaliação do alinhamento do membro
Limitação a para aplicação clínica
Cintilografia óssea Livre de radiação ionizante Alto custo
Método não invasivo que permite avaliar alterações no fluxo sanguíneo Limitação para a avaliação do alinhamento do membro
Baixa disponibilidade relativa
Tomografia computadorizada quantitativa Alta precisão e poucos erros Alto custo
Diretamente relacionado com espécimes histológicos Alta dose de radiação
Limitação para a aplicação clínica
Avaliação biomecânica Avaliação direta da qualidade óssea Limitação para a aplicação clínica
Marcadores bioquímicos Base teórica para a identificação de retardo de consolidação Limitação para a aplicação clínica
Modelo matemático Método não invasivo de base teórica para o seguimento da distração osteogênica Limitação para a aplicação clínica

Consideramos fundamental o conhecimento dos diversos métodos à disposição atualmente, e entendemos que a utilização de vários métodos de monitoramento simultaneamente possa ser uma solução ideal, que aponte para uma direção futura no seguimento da distração osteogênica.


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