Observation et quantification tridimensionnelle de microfissures de l’os trabéculaire par microtomographie Synchrotron

par Aymeric Larrue

Thèse de doctorat en Imagerie

Sous la direction de Françoise Peyrin.

Soutenue en 2010

à Lyon, INSA .


  • Résumé

    L’étude des microdommages du tissu osseux soulève un intérêt croissant. Les microdommages se présentent sous la forme de microfissures de faible épaisseur (~2µm) et de faible densité (<1mm-2) Leur implication dans les mécanismes biologiques et biomécaniques est encore mal connue. Une raison de cette méconnaissance est la difficulté actuelle de collecter des données fiables sur les microfissures. Dans ce travail, nous proposons d’utiliser la microtomographie par rayonnement synchrotron pour obtenir des images 3D micrométriques de microfissures physiologiques. Une taille de voxel de 1. 4µm constitue un bon compromis entre le champ de vue et la résolution spatiale pour observer des microfissures. Cependant, les microfissures apparaissent peu contrastées et sont difficiles à segmenter. Une méthode de segmentation spécifique aux microfissures a donc été développée. Compte tenu de la faible taille des structures recherchées, nous nous sommes orientés vers des méthodes de débruitage préservant les contours. Nous avons proposé de combiner un filtre orientable fournissant un critère de planéité locale des microfissures et une technique de filtrage non-linéaire. Les expériences de validation sur des images synthétiques et réelles montrent son efficacité pour la segmentation des microfissures et sa supériorité par rapport à des méthodes plus classiques (diffusion anisotrope, filtrage bilatéral). La méthode a été intégrée dans une chaîne de traitement optimisée et semi-automatique. Finalement, une nouvelle technique d’évaluation des microdommages permettant l’observation et la quantification de microfissures en 3D avec une précision jamais atteinte a été mise au point. Le traitement des images acquises sur un grand nombre d’échantillons a permis de montrer d’une part les premières images 3D micrométriques de microfissures à cette résolution et fournit d’autre part de nouvelles données quantitatives


  • Résumé

    Bone microdamages are raising an increasing interest. They present as microcracks of low thickness (almost 2 micrometers) and density (<1mm-2). Their role in biological and biomechanical processes occurring in bone is still not well known, as getting reliable data on them is difficult. In this work, we propose to use synchrotron radiation microCT to produce 3D micrometric images of physiological microdamages. A voxel size of 1. 4 micrometer is a good compromise between the size of the field-of-view and the resolution. However, microcracks appear weakly contrasted and their segmentation is not straightforwards. A segmentation method dedicated to microdamages has been developed. Because of the low thickness of structures of interest, our investigations have been oriented on edge-preserving image denoising methods. We propose to combine a streerable filter providing a local planarity criteria and a non-linear filter. Experiments on both synthetic and real images show the efficiency of our method and its superiority compared to classical methods (anisotropic diffusion, bilateral filtering). This method has been integrated in a semi-automatic procedure. Finally, a new technique for the evaluation of microdamages is available. It enables the observation and the quantification of microcracks in 3D with a very high precision. The analysis of the images acquired from a large number of samples lead to the first 3D micrometric images of microcracks and the obtention of new quantification data

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  • Détails : 1 vol. (254 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 247-254

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  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(3591)
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