Caractérisation de l'os cortical par imagerie 3D

par Mohamed Sélim Bensalah

Thèse de doctorat en Os et articulations

Sous la direction de Christine Chappard et de Meriem Jaidane.

Soutenue en 2012

à Paris 7 .


  • Résumé

    La caractérisation 3D de l'os trabéculaire a été largement étudiée alors que peu d'études se sont intéressées à l'os cortical malgré son rôle dans la résistance mécanique de l'os. Le remodelage osseux de l'os cortical aboutit à des modifications de taille, de forme et de surface (avec des variations de la rugosité en rapport avec l'activité des ostéoclastes) des pores de l'os cortical qui sont constitués pour l'essentiel par les canaux d'Havers et de Volkmann. Ce mécanisme a pour effet la trabécularisation de l'os cortical. La caractérisation 3D de l'os cortical peut s'effectuer à l'aide des paramètres usuels (dérivés de l'analyse trabéculaire) notamment la porosité, le nombre des pores, l'espacement des pores, le diamètre des pores. . . Néanmoins, ces paramètres décrivent la structure globale de l'os cortical et ne reflètent pas les changements à l'échelle individuelle des pores de l'os cortical. C'est pourquoi, nous avons proposés dans cette thèse des paramètres caractérisant le degré de branchement, la rugosité et la tortuosité/sinuosité des pores de l'os cortical. Pour cela, nous avons travaillé sur des images de fémur (col inférieur, supérieur et diaphyse) acquises en micro-tomographie dérivés du rayonnement synchrotron avec des voxels de 2. 8um et 7. 5um. La segmentation, des canaux par rapport à l'os, effectuée par un simple seuillage, suffise pour obtenir une séparation précise en raison d'un bon contraste. Par contre, la segmentation entre les ostéons et le tissu interstitiel, du fait du faible contraste, est difficile. Nous avons, par conséquent, développé une méthode originale de segmentation 3D des ostéons et de ces différentes composantes de l'os cortical (canal, os ostéoïde, os interstitiel) par une méthode dérivée des champs markovien 3D. Quatre modèles de régularisation on été proposés et comparés à la segmentation manuelle de référence.

  • Titre traduit

    Characterization of cortical bone by 3D imaging


  • Résumé

    3D characterization of trabecular bone has been widely studied, whereas few studies have focused on cortical bone despite its role in the mechanical strength of bone. Bone remodeling of the cortical bone leads to changes in size, shape and surface (with variations of the roughness related to the osteoclasts activity) of the pores of the cortical bone which consist essentially by Haversian canals and Volkmann. This process leads to cortical bone trabecularization. The 3D characterization of cortical bone can be performed using the usual parameters (derived from thé trabecular analysis) such as porosity, pore number, pore spacing, the pore diameter. . . However, these parameters describe the cortical bone structure globally and do not reflect changes related to each pore individually. Therefore, we suggested in this thesis new parameters to characterize the branching degree, the roughness and sinuosity/tortuosity of cortical bone pores. Our study is based on images of samples extracted from different femur sites (diaphysis , lower and upper neck) and acquired by synchrotron radiation micro-tomography with voxel size 2. 8um and 7. 5uni. The segmentation (canals Vs bone) using a simple threshold is sufficient to reach an accurate separation because of high contrast. However, the segmentation between osteons and cortical tissue, because of low contrast, is difficult. Therefore we developed a new method of 3D segmentation of osteons and various components of the cortical bone (canal, osteoid bone, interstitial bone) based on 3D Markov Random Fields (3D-MRF). Four 3D-MRF models have been suggested and compared to manual segmentation considered as reference segmentation.

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Informations

  • Détails : 1 vol. ([190] f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 111 réf.

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  • Bibliothèque : Université Paris Diderot - Paris 7. Service commun de la documentation. Bibliothèque Universitaire des Grands Moulins.
  • PEB soumis à condition
  • Cote : TS (2012) 012
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