Acquisition et quantification d'images du réseau trabéculaire osseux en microtomographie tridimensionnelle utilisant le rayonnement synchrotron

= Acquisition and quantification of trabecular bone images using three-dimensional synchrotron radiation micro tomography

• Auteur / Autrice : Murielle Salomé
• Direction : Françoise Peyrin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie biologique et médical
• Date : Soutenance en 1998
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Interdisciplinaire Sciences-Santé (Villeurbanne1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CREATIS - Centre de Recherche et d'Application en Traitement de l'Image et du Son, UMR5515 (Lyon, Rhône1995-2006)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Françoise Peyrin, Gérard Gimenez, Anne Marie Verges Laval-Jeantet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Synchrotrons

Imagerie tridimensionnelle

Tomographie

Résumé

L'architecture de l'os trabéculaire, qui conditionne avec la densité osseuse ses propriétés mécaniques, est constituée de travées d'une épaisseur moyenne de 100 microns arrangées de façon anisotrope en trois dimensions. L'étude de cette structure demande donc idéalement une modalité d'imagerie haute résolution et tridimensionnelle (30). La tomographie X, qui permet de reconstruire de façon non destructive une image 3D d'un échantillon à partir de projections sous différents angles de vue, est une technique adaptée. Ces travaux de thèse portent sur la mise au point d'un système d'acquisition micro-tomographique utilisant le rayonnement synchrotron, spécialement dédié à l'imagerie de la structure osseuse. Grâce aux propriétés du rayonnement synchrotron, le système que nous avons développé à l'ESRF, Grenoble, fournit des images 3D d'échantillons osseux in vitro avec une résolution spatiale de l'ordre de 10 microns. Afin de mesurer sur ces images des paramètres morphologiques et topologiques représentatifs de l'architecture osseuse, nous avons développé des outils de quantification 2D et 30. Les paramètres mesurés ont été comparés à des mesures histomorphométriques conventionnelles. Nous avons également étudié l'influence de la résolution spatiale des images sur la quantification de l'architecture trabéculaire, en simulation et dans un cas réel par des mesures croisées entre notre système et un scanner micro-tomographique de plus basse résolution spatiale. Les outils d'imagerie et de quantification développés ont enfin été utilisés dans le cadre d'une étude portant sur l'évolution de l'architecture osseuse avec le vieillissement. Nous avons également abordé d'autres applications comme le suivi de l'effet structural de médicaments contre l'ostéoporose ou l'étude de l'organisation de l'os trabéculaire fœtal.

Trabecular bone architecture which determines bone density and its mechanical properties is highly anisotropic and made of trabeculae with an average thickness of 100 microns. As a consequence, the study of this structure ideally requires a high resolution three-dimensional (3D) imaging tool. X-ray tomography which allows reconstructing non-destructively a 3D image of a sample from projections taken at different. Viewing angles is well ml1ted. This work deals with the development of a microtomographic imaging system using synchrotron radiation and dedicated to bone structure studies. Thanks to the properties of synchrotron radiation, the system which we have developed at ESRF, Grenoble, provides 3D images of bone samples in vitro with a spatial resolution around 10 microns. In order to measure morphometric and topological parameters representative of bone structure from these images, we have developed 2D and 3D quantification tools. These parameters have been compared to conventional histomorphometric measurements. The influence of spatial résolution on the evaluation of bone architecture has also been studied, both in simulation and in a real case by comparing measurements performed with our system and with a lower spatial resolution nùcrotomographic scanner. These imaging and quantification tools have been used in a study dealing with the evolution of the structure of trabecular bone with aging. We have also investigated other applications like the study of the structural effects of drugs against osteoporosis and the study of fetal trabecular bone