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Imagerie ultrasonore quantitative de l’os in vivo : Application d’une nouvelle technique à l’Ostéoporose.

Doctorant : Bruno FOURNIER

Directeur de thèse : Geneviève BERGER

Sujet : Imagerie ultrasonore quantitative de l’os in vivo : Application d’une nouvelle technique à l’Ostéoporose.

Etablissement : Université Pierre et Marie Curie Paris VI

Date de soutenance : DECEMBRE 1998

Résumé :

L’augmentation de l’espérance de vie dans les dernières décennies s’est accompagnée d’un développement des maladies liées à l’âge. Parmi elles, I’ostéoporose se caractérise par une dégradation progressive de la structure osseuse, qui se traduit par l’apparition de fractures, après de longues années d’évolution, et sans qu’aucun symptôme n’avertisse le malade. Cette maladie, qui touche essentiellement les femmes après la ménopause, est devenue un véritable problème de santé publique, 40% des femmes de 50 ans étant susceptibles d’éprouver une fracture liée à l’ostéoporose avant la fin de leur vie. Il existe maintenant un certain nombre de traitements susceptibles de freiner l’évolution de la maladie. Citons l’hormonothérapie substitutive de la ménopause, à l’efficacité reconnue, et les biphosphonates de troisième génération, qui semblent très prometteurs.

L’importance de cette maladie ainsi que l’existence de traitements a créé un rcel besoin de contrôle de l’état osseux des patients. Depuis une dizaine d’années, I’absorptiométrie mono- ou bi-photonique a répondu à ce besoin en mesurant la densité minérale osseuse de sites squelettiques divers tels que le rachis, le col du fémur, ou le radius. Une technique alternative par ultrasons pour la mesure du calcanéurn a fait son apparition il y a quelques années. Par rapport à l’absorptiométrie, cette nouvelle technique a apporté un encombrement plus réduit, un coût moindre, et l’absence de rayonnements ionisants. Si la majorité des études ont montré les excellentes performances de ces dispositifs pour faire un diagnostic de l’ostéoporose, elles leur reprochent toutefois une précision insuffisante pour autoriser un suivi de l’évolution d’un patient au cours du temps. Les auteurs estiment généralement que l’absence de contrôle de la position des sondes par rapport au pied est la première cause d’erreur de mesure.

Afin de résoudre ce problème, une nouvelle technique d’imagerie a été proposée. L’objet de ce travail était de mettre en œuvre cette invention en réalisant un prototype et en faisant l’évaluation clinique. Nous avons donc développé un système d’imagerie du calcanéum par ultrasons en transmission. Dans notre système, le talon du patient est placé dans un bain d’eau, entre deux sondes ultrasonores. Ces dernières sont motorisées suivant deux axes perpendiculaires, ce qui nous a permis de réaliser un balayage d’une zone de 60x60 mm et de réaliser les premières images ultrasonores en transmission de l’os in viro. Ces images sont paramétriques : chaque pixel représente une mesure de BUA (Broudband Ultrasound Attennation, représentant la pente de l’atténuation en fonction de la fréquence) et de SOS (Speed Of Sound, représentant la vitesse de propagation des ultrasons).

Ces images nous ont alors permis de sélectionner une zone de mesure, ou région d’intérêt, tenant compte de l’anatomie du patient. Afin de supprimer la dépendance vis-à-vis de l’opérateur, nous avons développé un algorithme d’analyse d’image permettant le placement entièrement automatique de cette région d’intérêt.

Notre système a été évalué au Centre d’Evaluation des Maladies Osseuses, sur un total de 265 femmes. Cette étude a permis de montrer que :

- les images ultrasonores de l’os sont très hétérogènes ; de ce fait, un placement précis de la région d’intérêt est indispensable pour optimiser la précision et la fiabilité des mesures,
- notre algorithme de positionnement automatique a fonctionné sur toutes les patientes de l’étude, et permis d’obtenir une précision de mesure comparable à celle des techniques d’absorptiométrie,
- notre système a été capable d’identifier les patientes ostéoporotiques avec la même efficacité que l’absorptiométrie du rachis et du col fémoral,
- la corrélation entre les paramètres ultrasonores et la densité minérale osseuse est très élevée in viro ; les corrélations plus faibles obtenues lors de précédentes études avec des appareils sans image étaient donc vraisemblablement dues aux erreurs de positionnement.

Ce travail a fait l’objet d’un transfert industriel à la société Diagnostic Medical Systems : le système présenté dans ce rapport est commercialement disponible depuis 1996. A ce titre, les inventeurs ont reçu le prix Yves Rocard 1997, récompensant le meilleur projet de recherche ayant eu une application industrielle.

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