Tesis doctorales de la Escuela Internacional de Doctorado de la URJC desde el curso 2024/25
Impact of Body Composition Features on Diagnostic Accuracy of Ultrasound Imaging and Shear Wave Elastography
Autor
VAROL , AYSE UMUT
Director
VALERA CALERO, JUAN ANTONIO
Codirector
ORTEGA SANTIAGO, RICARDO
Fecha de defensa
30-01-2025
Calificación
Sobresaliente cum laude
Programa
Ciencias de la Salud
Mención internacional
No
Resumen
Antecedentes:
La imagen por ultrasonidos ha evolucionado significativamente desde sus orígenes en la Primera Guerra Mundial, donde se utilizó inicialmente para detectar submarinos, hasta convertirse en una herramienta esencial en las disciplinas de ciencias de la salud actuales. A lo largo de su historia, el ultrasonido se ha perfeccionado gracias a avances tecnológicos y descubrimientos teóricos, como el efecto piezoeléctrico y la teoría del sonido, lo cual facilitó la generación de ondas ultrasónicas y su uso en la industria de la salud. La primera aplicación médica del ultrasonido fue en 1942 para localizar tumores cerebrales, y a partir de la década de 1950, con el desarrollo de imágenes bidimensionales y mejoras en la tecnología de transductores, el ultrasonido se consolidó como una técnica fundamental en el diagnóstico y tratamiento de enfermedades.
Los principios físicos del ultrasonido se basan en la transmisión de ondas mecánicas a través de un medio y la interpretación de los ecos reflejados. Los parámetros acústicos, como la frecuencia, la longitud de onda y la velocidad de propagación, son determinantes en la calidad de las imágenes obtenidas. La capacidad de distinguir diferentes estructuras depende de la frecuencia de las ondas, que a su vez influye en la resolución y penetración del tejido. En las últimas décadas, las modalidades de imagenología por ultrasonido, como el Modo-B, Doppler y elastografía por ondas de corte, han expandido las aplicaciones del ultrasonido, permitiendo evaluaciones más precisas y variadas.
Estas características han hecho del ultrasonido una herramienta valiosa en diversas especialidades médicas, incluidas las fisioterapia y el diagnóstico musculoesquelético. No obstante, su eficacia depende de la fiabilidad, sensibilidad y especificidad de las mediciones, factores que aún presentan variabilidad, especialmente en pacientes con dolor cervical crónico. La mejora continua en la tecnología de ultrasonido y la necesidad de estandarizar sus aplicaciones subrayan la relevancia de investigaciones adicionales en este campo.
La justificación de esta tesis doctoral se centra en el creciente uso del ultrasonido en la práctica en ciencias de la salud y su potencial para mejorar la evaluación y el tratamiento de diversas condiciones musculoesqueléticas. Reconocido por su portabilidad, seguridad y bajo costo, el ultrasonido se ha convertido en una alternativa superior a otros métodos de imagen. Es particularmente valioso en fisioterapia, donde se utiliza para guiar procedimientos invasivos, proporcionar retroalimentación en tiempo real durante ejercicios de control motor y evaluar estructuras musculoesqueléticas para monitorear el progreso del tratamiento.
El ultrasonido cuenta con múltiples modos de imagen, como el Doppler para evaluar estructuras vasculares y la elastografía por ondas de corte para medir la rigidez de los tejidos. Estas capacidades permiten una evaluación integral de las condiciones musculoesqueléticas y la posibilidad de realizar estudios más detallados con software DICOM. Sin embargo, persisten debates sobre la fiabilidad del ultrasonido en ciertas condiciones clínicas, como el dolor cervical crónico, especialmente cuando se compara con la resonancia magnética. Esta controversia resalta la necesidad de continuar investigando factores que influyen en la fiabilidad del ultrasonido, como la experiencia del operador y las propiedades histológicas de los tejidos.
El estudio se propone identificar métricas de composición corporal que contribuyan a la variabilidad en la fiabilidad de las mediciones ultrasónicas del músculo multifidus cervical. La importancia de esta investigación radica en entender cómo la edad y otras características demográficas influyen en los errores de medición. Al abordar estas variables, se espera mejorar la consistencia y validez del ultrasonido en poblaciones con diferentes características clínicas.
La relevancia del ultrasonido en la evaluación de parámetros como el área transversal y la infiltración de grasa intramuscular subraya la necesidad de estudios más exhaustivos para optimizar su aplicación. La investigación busca contribuir a un mejor entendimiento de la relación entre factores demográficos y los errores de medición en ultrasonido, y con ello, establecer una base sólida para su uso en estudios clínicos y terapéuticos de poblaciones con dolor cervical crónico.
Objetivos:
El objetivo principal de esta tesis doctoral fue ampliar el conocimiento sobre los factores que afectan la fiabilidad de las mediciones por ultrasonido en músculos profundos de la columna vertebral, con un enfoque particular en poblaciones que sufren de síndromes de dolor musculoesquelético crónico. Para ello, se investigó la correlación entre características demográficas y de composición corporal con los errores de medición en ultrasonido. Este objetivo se aborda en el artículo titulado Correlation between Body Composition and Inter-Examiner Errors for Assessing Lumbar Multifidus Muscle Size, Shape and Quality Metrics with Ultrasound Imaging . Además, se fijó como objetivo explorar qué métricas específicas de composición corporal contribuyen a la variabilidad en la discrepancia entre examinadores al evaluar el músculo multifidus cervical en voluntarios sanos, lo cual se analiza en el artículo titulado Inter-Examiner Disagreement for Assessing Cervical Multifidus Ultrasound Metrics Is Associated with Body Composition Features.
Asimismo, se plantea analizar la asociación entre los errores de métricas de rigidez, como la velocidad de la onda de corte y el módulo de Young, y características demográficas y de composición corporal, lo cual se trata en el artículo titulado Body Composition and Demographic Features Do Not Affect the Diagnostic Accuracy of Shear Wave Elastography con el propósito de identificar factores potenciales que podrían influir en la precisión de las mediciones por ultrasonido, mejorando su aplicación clínica en diversas poblaciones.
Los objetivos secundarios incluyeron evaluar la fiabilidad test-retest de un nuevo procedimiento para estimar la rigidez del músculo escaleno anterior usando elastografía por ondas de corte en sujetos asintomáticos, abordado en dos artículos: Body Composition and Demographic Features Do Not Affect the Diagnostic Accuracy of Shear Wave Elastography y Reproducibility of Anterior Scalene Stiffness Measurement with Shear Wave Elastography. Otro objetivo secundario planteado fue validar la convergencia entre actividad electromiográfica, espesor muscular y fuerza isométrica durante contracción máxima voluntaria, y desarrollar un protocolo reproducible para evaluar la rigidez del músculo elevador de la escápula en sujetos sanos y con dolor cervical crónico, los cuales se abordan en dos artículos (Reproducibility of Anterior Scalene Stiffness Measurement with Shear Wave Elastography: An Inter-Examiner Reliability Study y Levator Scapulae Stiffness Measurement Reliability in Individuals with and without Chronic Neck Pain by Experienced and Novel Examiners). Por último, fijó como objetivo analizado la influencia de la experiencia de los examinadores en la fiabilidad de las mediciones de rigidez del multifidus cervical en distintos grupos, evaluado en el artículo Cervical Multifidus Stiffness Measurement Reliability in Individuals With and Without Unilateral Chronic Neck Pain.
Material y métodos:
Esta tesis adopta un formato de compendio, abarcando seis estudios originales, cada uno con su metodología distinta diseñada para investigar aspectos específicos de la imagenología por ultrasonido y la elastografía por ondas de corte en diagnósticos musculoesqueléticos. El primer estudio se centró en explorar las correlaciones entre la composición corporal y los errores entre examinadores en la evaluación del tamaño del músculo multífido lumbar mediante ultrasonido en una cohorte de voluntarios sanos. El segundo estudio analizó cómo la composición corporal influye en la discrepancia entre examinadores en las métricas de ultrasonido del multífido cervical. En el tercer estudio se examinó la relación entre las características demográficas y de composición corporal y la precisión diagnóstica de la elastografía por ondas de corte en la medición de la rigidez tisular. El cuarto estudio evaluó la fiabilidad test-retest de la elastografía por ondas de corte para medir la rigidez del músculo escaleno anterior en sujetos asintomáticos. El quinto estudio evaluó la validez convergente de la actividad muscular electromiográfica, el grosor muscular medido por ultrasonido y la medición de la fuerza dinamométrica durante una tarea de contracción muscular sostenida. El sexto estudio desarrolló y probó un protocolo de ultrasonido reproducible para evaluar la rigidez del músculo elevador de la escápula en individuos sanos y en pacientes con dolor crónico de cuello. Finalmente, el séptimo estudio fue diseñado como un estudio observacional longitudinal para evaluar la fiabilidad inter-examinador de la elastografía de ondas de corte al medir las propiedades de rigidez del músculo multífido cervical, considerando examinadores con diferentes niveles de experiencia y poblaciones que reportan dolor crónico de cuello, así como individuos asintomáticos. Cada estudio utilizó rigurosos análisis estadísticos, incluidos modelos de correlación y regresión, para explorar el impacto de diversos factores en la variabilidad de las mediciones por ultrasonido y la precisión diagnóstica.
Resultados:
Los resultados de la tesis revelan diversos factores que afectan la fiabilidad de las mediciones por ultrasonido en músculos profundos de la columna vertebral, particularmente en poblaciones que sufren de dolor musculoesquelético crónico. En el caso del músculo multifidus lumbar, se halló que los factores de composición corporal, como la masa magra y la edad, juegan un papel determinante en la variabilidad entre examinadores. Sin embargo, no se encontró una correlación significativa entre la grasa corporal y los errores de medición, lo que sugiere que la masa magra tiene un impacto mayor en la fiabilidad de los resultados.
En cuanto al músculo multifidus cervical, los resultados mostraron que la masa magra, el volumen de agua y la edad influyen en las discrepancias de las mediciones entre examinadores, particularmente en la evaluación del área transversal y la calidad muscular. No se encontraron diferencias entre los lados izquierdo y derecho del cuerpo, lo que indica que los errores de medición están más relacionados con las características individuales de los pacientes que con diferencias anatómicas.
En el análisis de la rigidez muscular mediante elastografía, los resultados indicaron que no existe una asociación significativa entre las características demográficas o la composición corporal y los errores de medición en parámetros como la velocidad de la onda de corte y el módulo de Young. Esto sugiere que la elastografía por ondas de corte es un método fiable, aplicable en diversas poblaciones independientemente de las variaciones en la composición corporal.
Adicionalmente, en la evaluación de la fiabilidad test-retest de un nuevo procedimiento para medir la rigidez del músculo escaleno anterior, se obtuvieron resultados que demostraron una fiabilidad moderada a alta. Sin embargo, se destacó que la variabilidad entre examinadores sigue siendo un factor importante, lo que refuerza la necesidad de una estandarización más rigurosa en los procedimientos para garantizar mediciones precisas.
Los resultados también mostraron correlaciones débiles pero significativas entre la actividad electromiográfica, el grosor muscular y la fuerza isométrica, lo que indica que estos métodos pueden complementar el análisis de la función muscular. Esto resulta especialmente útil para obtener una evaluación más integral de la fatiga muscular y su relación con el dolor crónico.
Finalmente, en la evaluación del músculo elevador de la escápula, los resultados revelaron una buena fiabilidad interexaminador en la medición de su rigidez, tanto en sujetos sanos como en aquellos con dolor cervical crónico. No obstante, la experiencia del examinador se destacó como un factor crucial en la precisión de las mediciones. Esto fue especialmente relevante en el caso del multifidus cervical, donde la experiencia del examinador influyó significativamente en la fiabilidad de los resultados, subrayando la importancia de la formación y estandarización en la evaluación de la rigidez muscular.
Conclusiones:
Las conclusiones de esta tesis doctoral destacan el papel fundamental de las características de la composición corporal en la precisión diagnóstica y la fiabilidad de las imágenes obtenidas mediante ultrasonido y elastografía por ondas de corte. Se ha evidenciado cómo métricas de composición corporal, como la masa grasa, la masa magra y el volumen de agua, interactúan con los aspectos técnicos de la imagenología por ultrasonido, lo que puede modificar los resultados de los procesos diagnósticos. En particular, se observó que las características demográficas y la composición corporal influyen significativamente en los errores de medición del ultrasonido en músculos profundos de la columna vertebral. Factores como la edad, el índice de masa corporal y los distintos niveles de adiposidad contribuyeron a inconsistencias en las evaluaciones por ultrasonido, subrayando la necesidad de enfoques individualizados en la práctica clínica para mejorar la fiabilidad de las mediciones en condiciones musculoesqueléticas crónicas.
Además, la tesis doctoral identificó métricas específicas de composición corporal, especialmente la distribución de la masa grasa y magra, que contribuyen a la discrepancia entre examinadores al evaluar el músculo multifidus cervical. Estos hallazgos resaltan la importancia de considerar la composición corporal individual al estandarizar los protocolos de ultrasonido para evaluaciones cervicales, garantizando así consistencia y fiabilidad. Sin embargo, aunque algunas características sociodemográficas, como la edad y el índice de masa corporal, influyeron en los errores de las métricas de rigidez, como la velocidad de la onda de corte y el módulo de Young, el impacto general de la composición corporal fue menor de lo esperado. Esto sugiere que, si bien las características individuales pueden afectar la precisión de las mediciones, la elastografía por ondas de corte sigue siendo un método robusto para evaluar la rigidez muscular en poblaciones diversas.
Asimismo, se desarrolló un protocolo reproducible para la identificación y cuantificación de las propiedades elásticas del músculo elevador de la escápula, que demostró alta fiabilidad entre examinadores tanto en individuos sanos como en pacientes con dolor cervical crónico. Este logro destaca la efectividad del protocolo y su potencial para convertirse en una práctica estándar en la evaluación de la rigidez muscular en diagnósticos clínicos. Finalmente, la validación de la asociación entre la capacidad de fuerza isométrica, la actividad muscular eléctrica y la morfología muscular mediante ultrasonido, electromiografía y dinamometría establece un marco robusto para evaluar la función muscular y la integridad estructural, proporcionando una mejor comprensión del comportamiento muscular bajo condiciones de estrés.
