Imagerie moderne de Imagerie moderne de la qualité osseuse. Application à la qualité osseuse. Application à l’ostéoporose l’ostéoporose Pialat JB Pialat JB 1,2,3 1,2,3 , Boutroy S , Boutroy S 2 , Vilayphiou N , Vilayphiou N 2 , , Majumdar S Majumdar S 3 , Link T , Link T 3 , Chapurlat R , Chapurlat R 1,2 1,2 1 : Hospices Civils de Lyon 2 : Laboratoire INSERM Unité 831, Institut Fédératif de recherche 62 Lyon-Est , Université Claude Bernard Lyon 1 3 : Musculoskeletal and Quantitative Imaging Research (MQIR), UCSF Department of Radiology & Biomedical Imaging
64
Embed
Imagerie moderne de la qualité osseuse JBPialat.ppt …pe.sfrnet.org/Data/ModuleConsultationPoster/pdf/2009/1/27c9acdf-e... · architecture dudu tissu tissu osseux,osseux, responsablesresponsables
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Imagerie moderne deImagerie moderne dela qualité osseuse. Application à la qualité osseuse. Application à l’ostéoporosel’ostéoporose
Pialat JB Pialat JB 1,2,31,2,3, Boutroy S , Boutroy S 22, Vilayphiou N , Vilayphiou N 22, , Majumdar S Majumdar S 33, Link T , Link T 33, Chapurlat R , Chapurlat R 1,21,2
1 : Hospices Civils de Lyon2 : Laboratoire INSERM Unité 831, Institut Fédératif de recherche 62 Lyon-Est , Université Claude Bernard Lyon 13 : Musculoskeletal and Quantitative Imaging Research (MQIR), UCSF Department of Radiology & Biomedical Imaging
Rappel des Rappel des objectifsobjectifs
►► Comprendre l’importance des paramètres architecturaux Comprendre l’importance des paramètres architecturaux et microarchitecturaux dans la fragilité osseuseet microarchitecturaux dans la fragilité osseuseet microarchitecturaux dans la fragilité osseuse.et microarchitecturaux dans la fragilité osseuse.
►► Connaître les techniques d’imagerie permettant d’évaluer Connaître les techniques d’imagerie permettant d’évaluer la structure osseuse.la structure osseuse.
►► Maitriser leurs atouts et inconvénients pour envisager Maitriser leurs atouts et inconvénients pour envisager
2
p gp gleurs futures applications cliniques. leurs futures applications cliniques.
PlanPlanOstéoporoseOstéoporoseRemodelage osseux Remodelage osseux –– Bilan osseux Bilan osseux –– Physiopathologie Physiopathologie -- Définition Définition Référence : Densité Minérale Osseuse Par Absorptiométrie biRéférence : Densité Minérale Osseuse Par Absorptiométrie bi--photoniquephotoniquepp p qp q
Qualité osseuse et ostéoporoseQualité osseuse et ostéoporoseLa qualité osseuse dans l’ostéoporoseLa qualité osseuse dans l’ostéoporoseMatrice et remodelage Matrice et remodelage –– Macrostructure Macrostructure –– MicrostructureMicrostructureImagerie de référence : Imagerie ex vivo a très haute résolutionImagerie de référence : Imagerie ex vivo a très haute résolution
Approches in vivo de la qualité osseuseApproches in vivo de la qualité osseuseUltrasonographie quantitativeUltrasonographie quantitative
5
g p qg p qRadiographie et analyse de textureRadiographie et analyse de textureScanner quantitatif (QCT)Scanner quantitatif (QCT)Scanner périphérique à HauteScanner périphérique à Haute--Résolution (HRpQCT)Résolution (HRpQCT)IRMIRMAnalyse en éléments finisAnalyse en éléments finis
►► Définition : Définition : (adoptée par l’OMS, consensus de 1993, reprise (adoptée par l’OMS, consensus de 1993, reprise en 2006 dans la synthèse de l’HAS)en 2006 dans la synthèse de l’HAS)
PasPas dede différenciationdifférenciation dede lala densitédensité corticalcortical ee etet trabéculairetrabéculaire
14
Ostéoporose et Qualité osseuseOstéoporose et Qualité osseuse
►► La définition adoptée en lors du consensus de 2001 par le La définition adoptée en lors du consensus de 2001 par le NIH fait ressortir la notion de qualité osseuse :NIH fait ressortir la notion de qualité osseuse :
NIH Consensus Development Panel on Osteoporosis NIH Consensus Development Panel on Osteoporosis Prevention, Diagnosis, and Therapy Prevention, Diagnosis, and Therapy JAMA. 2001 Feb 14;285(6):785JAMA. 2001 Feb 14;285(6):785--9595
Qualité osseuseQualité osseuse
►►Eléments de la qualité osseuseEléments de la qualité osseuse
►► MacroarchitectureMacroarchitectureL élé t i fl t l lidité d l’L élé t i fl t l lidité d l’Les éléments influant sur la solidité de l’osLes éléments influant sur la solidité de l’os
Evaluation ex vivo de la Evaluation ex vivo de la microarchitecturemicroarchitecture
►► HistomorphométrieHistomorphométrieAnalyse histologique de référenceAnalyse histologique de référenceRésolution de l’ordre du micronRésolution de l’ordre du micronAnalyse micro architecturale 2DAnalyse micro architecturale 2DCaractérise le remodelage osseux Caractérise le remodelage osseux (Bone formation rate)(Bone formation rate)
►► Scanner SynchrotronScanner Synchrotron
Imagerie de référence en 3DImagerie de référence en 3D
Courtoisise du Dr Boivin
31
Imagerie de référence en 3DImagerie de référence en 3DFaisceau monochromatique parallèleFaisceau monochromatique parallèleRésolution maximale < 1 Résolution maximale < 1 µmµm, très bonne qualité d’image, très bonne qualité d’imagePermet l’évaluation 3D des paramètres de structurePermet l’évaluation 3D des paramètres de structureNécessite une infrastructure très lourdeNécessite une infrastructure très lourdeAnalyse limitée à de petits volume (cmAnalyse limitée à de petits volume (cm33))
Evaluation ex vivo de la Evaluation ex vivo de la microarchitecturemicroarchitecture►►MicroscannerMicroscanner
Qualité inférieure au scanner synchrotronQualité inférieure au scanner synchrotron
(faisceau conique et polychromatique)(faisceau conique et polychromatique)
Résolution de quelques micronsRésolution de quelques microns
Utilisation plus aisée que le synchrotronUtilisation plus aisée que le synchrotron
Permet une évaluation des paramètres Permet une évaluation des paramètres
32
architecturaux en 3Darchitecturaux en 3D
N’autorise que l’imagerie de fragments N’autorise que l’imagerie de fragments ou de petit animauxou de petit animaux
Evaluation in vivo de la Evaluation in vivo de la qualité osseusequalité osseuse►► Ultrasonographie quantitative (QUS)Ultrasonographie quantitative (QUS)
►► Techniques Tomodensitométriques :Techniques Tomodensitométriques :Scanner quantitatif (QCT)Scanner quantitatif (QCT)Scanner périphérique à haute résolutionScanner périphérique à haute résolution
►► Imagerie par Résonance Magnétique (IRM)Imagerie par Résonance Magnétique (IRM)
33
g p g q ( )g p g q ( )
►► Evaluations des propriétés Biomécaniques : L’analyse en Evaluations des propriétés Biomécaniques : L’analyse en éléments finis (FEA)éléments finis (FEA)
Ultrasonographie Quantitative Ultrasonographie Quantitative (QUS)(QUS)►► PrincipePrincipeIl s’agit d’une analyse indirecte associant à la fois la densité et la qualitéIl s’agit d’une analyse indirecte associant à la fois la densité et la qualitéIl s agit d une analyse indirecte associant à la fois la densité et la qualité Il s agit d une analyse indirecte associant à la fois la densité et la qualité
osseuse.osseuse.
Les 2 éléments principalement étudiés sontLes 2 éléments principalement étudiés sont ::
La La vitesse ultrasonorevitesse ultrasonore (speed of sound SOS) exprimée en m/s.(speed of sound SOS) exprimée en m/s.Elle dépend de la densité, de la microarchitecture et de l’élasticité de l’os.Elle dépend de la densité, de la microarchitecture et de l’élasticité de l’os.
LaLa pente d’atténuation du faisceau ultrasonorepente d’atténuation du faisceau ultrasonore (Broadband(Broadband
34
La La pente d’atténuation du faisceau ultrasonorepente d’atténuation du faisceau ultrasonore (Broadband (Broadband ultrasound attenuation BUA) exprimée en dB/MHz.ultrasound attenuation BUA) exprimée en dB/MHz.
Elle reflète la perte d’énergie acoustique liée aux propriétés et a la Elle reflète la perte d’énergie acoustique liée aux propriétés et a la quantité d’os traversé.quantité d’os traversé.
36Paggiozsi et al. J Clin Densitom 2005;8(4):436Paggiozsi et al. J Clin Densitom 2005;8(4):436––44.44.Vignolo et al. Ultrasound Med Biol 2006;32:1003Vignolo et al. Ultrasound Med Biol 2006;32:1003––10.10.
FracturesFractures vertébralesvertébrales parpar QUSQUS dudu calcaneuscalcaneus [[11]],, desdes phalangesphalanges [[22]]
FracturesFractures dede lala hanchehanche parpar QUSQUS dudu calcaneuscalcaneus [[33]]
371.1. Hollaender et al. Hollaender et al. Ann Rheum Dis. 2009;68:391Ann Rheum Dis. 2009;68:391--6.6.2.2. Guglielmi et al. Calcif Tissue Int.2003;72(4):469Guglielmi et al. Calcif Tissue Int.2003;72(4):469––77.77.3.3. Hans et al. Lancet 1996;348:511Hans et al. Lancet 1996;348:511––44
sur l’utilisation de la QUS dans la prise sur l’utilisation de la QUS dans la prise
en charge ou le suivi de l’ostéoporoseen charge ou le suivi de l’ostéoporose
39
Imagerie RadiographiqueImagerie Radiographique
L’èreL’ère dudu numériquenumérique facilitefacilite lele traitementtraitement desdes imagesimagesradiographiqueradiographique
LL é l tié l ti dd i li l tt bb dd l’ dl’ d dd 5050 iiLaLa résolutionrésolution desdes pixelspixels estest bonnebonne dede l’ordrel’ordre dede 5050 micronsmicrons pourpourlesles radiographieradiographie aa hautehaute résolutionrésolution
Benhamou et al. J Bone Miner Res. 2001;16:697Benhamou et al. J Bone Miner Res. 2001;16:697--704704Lespessailles et al. Osteoporos Int. 2008;19:1019Lespessailles et al. Osteoporos Int. 2008;19:1019--28.28.
Imagerie Radiographique et Imagerie Radiographique et analyse de textureanalyse de texture
►► Avantages :Avantages :Utilisation des machines cliniques disponibleUtilisation des machines cliniques disponibleDifférenciation de la densité corticale et trabéculaireDifférenciation de la densité corticale et trabéculaireDétermination de paramètres géométriquesDétermination de paramètres géométriquesPossibilité d’évaluer le squelette axialPossibilité d’évaluer le squelette axial
Pas d’analyse directe de la microarchitecture (résolution)Pas d’analyse directe de la microarchitecture (résolution)Eléments de géométrie osseuse encore peu intégrés au logiciels Eléments de géométrie osseuse encore peu intégrés au logiciels commerciaux disponibles.commerciaux disponibles.
Scanner Périphérique à haute Scanner Périphérique à haute Résolution (HRpQCT)Résolution (HRpQCT)
Analyse en Éléments finisAnalyse en Éléments finis►► Technique utilisée en ingénierie pour modéliser les déformations Technique utilisée en ingénierie pour modéliser les déformations
complexes (aviation, industrie des matériaux…).complexes (aviation, industrie des matériaux…).
►► Modèle qui simule les forces appliquées et observe les déformations de Modèle qui simule les forces appliquées et observe les déformations de la structure osseuse.la structure osseuse.
►►PermetPermet dede déterminerdéterminer desdes propriétéspropriétés dedel’osl’os étudieétudie (( rigidité,rigidité, répartitionrépartition desdescontraintescontraintes entreentre osos corticalcortical etett bé l it bé l i ))
Analyse en Éléments finisAnalyse en Éléments finis►►Applicable aux différents niveaux de résolutionApplicable aux différents niveaux de résolution(Les puissances de calculs nécessaires sont fonction de la résolution)(Les puissances de calculs nécessaires sont fonction de la résolution)
►► Sur des images scannographiques ou IRMSur des images scannographiques ou IRM
Pour le scanner, les propriété des pixels peuvent être tirée de la Pour le scanner, les propriété des pixels peuvent être tirée de la densitométriedensitométrie
►► QCT (nécessite un fantôme de calibration)QCT (nécessite un fantôme de calibration)
►► HRpQCTHRpQCT
►► Micro CTMicro CT
61
►► Micro CTMicro CT
Pour l’IRM, les différents pixels osseux ont des propriétés identiquesPour l’IRM, les différents pixels osseux ont des propriétés identiques
►► Sur des images radiographiques après modélisationSur des images radiographiques après modélisation
Analyse en Éléments finisAnalyse en Éléments finis
►►ApplicationApplication cliniqueclinique ??
é dé d ll é lé l dd ll►► LesLes étudesétudes comparantcomparant lesles résultatsrésultats dede simulationsimulation parpar FEAFEA sursur imagesimagesdede différentesdifférentes résolutionsrésolutions avecavec desdes teststests mécaniquesmécaniques montrentmontrent dedebonnesbonnes corrélationscorrélations [[11]] ..
1.1. Keyak et al. J Biomech. 2000 ;33:209Keyak et al. J Biomech. 2000 ;33:209--14.14.2.2. Orwoll et al. J Bone Miner Res. 2009 ;24:475Orwoll et al. J Bone Miner Res. 2009 ;24:475--83.83.3.3. Boutroy et al. J Bone Miner Res. 2008 ;23:392Boutroy et al. J Bone Miner Res. 2008 ;23:392--9.9.4.4. Zhang et al. J Bone Miner Res. 2008 ;23:1426Zhang et al. J Bone Miner Res. 2008 ;23:1426--34. 34.
Analyse en Éléments finisAnalyse en Éléments finis
►►AvantagesAvantages
A li blA li bl ll diffé tdiffé t t h it h i àà diffé tdiffé t é l tié l ti►► ApplicableApplicable sursur lesles différentesdifférentes techniques,techniques, àà différentesdifférentes résolutionsrésolutions►► EstimationEstimation dede lala soliditésolidité osseuseosseuse►► RéalisableRéalisable sursur touttout sitesite osseux,osseux, axialaxial ouou périphériquepériphérique