Introduction
INSA Lyon -10-
Introduction :
Chez les sujets ostéoporotiques, le risque de fracture est lié à la quantité mais aussi à
l’architecture et à la qualité de l’os, ces trois éléments conditionnant les propriétés de
résistance mécanique du tissu osseux. La qualité de l’os (spongieux ou tissulaire) est
une notion complexe, faisant intervenir de nombreux paramètres. Au niveau de l’os
spongieux, sa qualité est fonction à la fois du degré de minéralisation au niveau
tissulaire, de sa microarchitecture et de la texture de celui-ci (ou structure) avec ses
propriétés intrinsèques (qualité des lignes cémentantes, de la matrice non minéralisée,
des packets forme, disposition relative… , densité de micro-cracks, remodelage
osseux…) [LEG99] [LEG00].
In vivo, actuellement, l’évaluation de la quantité d’os et du risque
fracturaire est réalisée essentiellement par la mesure de la densité minérale osseuse
(BMD) par absorptiométrie biphotonique à rayons X, qui est une densité surfacique
moyenne, et ne donne d'informations ni sur la micro-architecture, ni sur
l’hétérogénéité de la minéralisation au sein des travées [BOI84] [MEU97] et encore
moins sur la texture (ou structure intrinsèque) et la qualité de ces dernières et du tissu
trabéculaire. L’interprétation des mesures obtenues par technique ultrasonore est
toujours délicate et soumise à discussion [IKI99] [CHE99]. L’intégration, en étude
clinique, de facteurs de risques propres à chaque sujet (poids, âge, antécédents,
facteurs d’analyses biologiques…) est en cours de développement de façon à corriger
et à pondérer la seule donnée du BMD et a été largement abordée lors du « 3ème
Symposium International sur les aspects cliniques et économiques de l’ostéoporose et
de l’ostéoarthrite » à Barcelone, en Novembre 2002 [Ost02].
Dans le but d’élaborer et d’évaluer un modèle par éléments finis permettant
d’estimer à terme et plus précisément le risque fracturaire, nous proposons d’utiliser
d’une part des techniques d’imagerie pour acquérir des données représentatives à la
fois de la quantité, de l'architecture et de la qualité de l’os [VAN95] [MUL95] et,
d’autre part, des tests biomécaniques. La question étant « est-ce que l’imagerie peut
donner une idée de la qualité tissulaire ? ».
La plupart des travaux récents [VAN98] [VAN99] sur la modélisation par
éléments finis de la structure spongieuse retiennent un module d'élasticité de l'os
trabéculaire estimé indirectement (Méthode inverse), en confrontant le Module
d'Young global obtenu par le modèle aux valeurs expérimentales déterminées in
vitro. De plus, la loi de comportement mécanique du tissu trabéculaire (élasto-
plastique idéale le plus souvent) est fixée arbitrairement, sans tenir compte des
caractéristiques propres à chaque tissu. L’imagerie par résonance magnétique (IRM)
devrait permettre d'obtenir dans un avenir proche, et in vivo, un modèle d'os
spongieux de géométrie plus fidèle. Les méthodes d'imagerie 3D offrent une
alternative non destructive à l’histologie, capables d’apporter de réelles informations
tridimensionnelles [HIL97], et non une estimation de l’architecture à partir d’images
bidimensionnelles. Des corrélations significatives ont déjà été obtenues entre des
paramètres architecturaux extraits d’images 3D et des tests biomécaniques évaluant