Estimation de la résistance osseuse à partir d’images EOS par modélisation en éléments finis : du concept à l’implémentation clinique - Université Sorbonne Paris Nord Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

Bone strength estimation using EOS system and finite element modeling : from concept to clinical implementation

Estimation de la résistance osseuse à partir d’images EOS par modélisation en éléments finis : du concept à l’implémentation clinique

Résumé

Osteoporosis is a disease affecting the bone, which reduces its strength and leads to a high risk of fracture, especially in the spine. Personalized finite element models based on CT scans have been developed and allow an accurate assessment of vertebral strength, thus improving fracture risk estimation. However, the cost and radiation associated with CT scans limit its use in clinical routine. Also, it is performed in the supine position. However, the loading conditions in the standing position and in particular the posture are important points to consider in the estimation of the fracture risk. A finite element model based on low-dose EOS stereoradiography in dual energy to estimate vertebral strength was proposed prior to the thesis. As the examination is performed in the standing position, from head to toe, it allows to estimate the loads applied on the vertebrae. This thesis contributes to the development of this model, to its adaptation for routine clinical use, i.e., from single energy images. A study linking posture and vertebral strength is proposed. Also, solutions allowing the calibration of single energy EOS images and the distribution of densities from 2D images in a robust manner are developed and validated in vitro. Finally, investigations on in vivo data are performed to allow the transfer of this model to the clinic, concerning the consideration of soft tissues, limiting for the moment density assessment from the EOS images This thesis is part of the desire to provide concrete solutions to improve the management of osteoporosis through a more relevant diagnosis.
L’ostéoporose est une maladie affectant l’os qui diminue sa résistance et entraîne un risque important de fracture, notamment au niveau vertébral. Des modèles en éléments finis personnalisés basés sur la tomodensitométrie ont été développés et permettent une évaluation précise de la résistance vertébrale, améliorant ainsi l’estimation du risque de fracture. Cependant, le coût et l’irradiation liés à cet examen limitent son usage en routine clinique. Aussi, il est réalisé en position couché. Or, les conditions de chargement en position debout et en particulier la posture sont des points importants à prendre en compte dans l’estimation du risque de fracture. Un modèle en éléments finis basés sur la stéréoradiographie EOS à basse dose d’irradiation en double énergie pour estimer la résistance vertébrale a été proposé antérieurement à la thèse. L’examen étant réalisé en position debout, de la tête aux pieds il permet d’estimer les charges appliquées sur les vertèbres. Cette thèse contribue au développement de ce modèle, notamment à son adaptation pour une utilisation en routine clinique, c’est-à-dire à partir d’images en simple énergie. Une étude faisant le lien entre la posture et la résistance vertébrale y est proposée. Également, des solutions permettant la calibration des images EOS en simple énergie et la distribution des densités à partir d’images 2D de façon robuste sont développées et validées in vitro. Enfin, des pistes sont explorées sur des données in vivo pour permettre le transfert de ce modèle vers la clinique, concernant notamment la prise en compte des tissus mous, limitant pour l’instant l’accès aux informations de densités sur les images. Cette thèse s’inscrit dans la volonté d’apporter des solutions concrètes pour améliorer la prise en charge de l’ostéoporose par le biais d’un diagnostic plus pertinent.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04042406 , version 1 (23-03-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04042406 , version 1

Citer

Cécile Heidsieck. Estimation de la résistance osseuse à partir d’images EOS par modélisation en éléments finis : du concept à l’implémentation clinique. Biomécanique [physics.med-ph]. HESAM Université, 2022. Français. ⟨NNT : 2022HESAE056⟩. ⟨tel-04042406⟩
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