Développement d'une approche de diagnostic du risque de fracture ostéoporotique du fémur proximal à partir d'imagerie médicale DXA basée sur des indices de qualité osseuse et du calcul par éléments finis
L'ostéoporose est la dégradation et la détérioration de la microstructure osseuse qui réduit la résistance mécanique des os, diminuant ainsi la densité minérale osseuse (DMO) et augmentant la fragilité osseuse. En conséquence, la probabilité de fractures dans des conditions de traumatisme minim...
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| Format: | Thèse numérique |
| Langue: | Français |
| Publié: |
2021.
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| Sujets: | |
| Accès en ligne: | Accès réservé au texte intégral |
| Note: |
Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....) Partenaire(s) de recherche : Laboratoire de mécanique Gabriel Lamé (Orléans ; 2018-....) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : David Mitton (Président du jury) ; Ridha Hambli, David Mitton, Daniel George, Thibault Lemaire, Audrey Hivet, Pascal Kouyoumdjian, Thierry Thomas (Membre(s) du jury) ; Daniel George, Thibault Lemaire (Rapporteur(s)) |
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| Variante du titre: | Development of a diagnostic approach for the risk of osteoporotic fracture of the femoral head from DXA medical imaging based on bone quality indices and finite element calculation |
| Résumé: | L'ostéoporose est la dégradation et la détérioration de la microstructure osseuse qui réduit la résistance mécanique des os, diminuant ainsi la densité minérale osseuse (DMO) et augmentant la fragilité osseuse. En conséquence, la probabilité de fractures dans des conditions de traumatisme minimal augmente. En particulier, les fractures de la hanche sont associées à un taux de mortalité élevé chez les personnes âgées, raison pour laquelle les fractures du col du fémur ont été déclarées comme un problème clinique et social majeur dans le monde, et considérées comme la complication dominante de l'ostéoporose. En pratique clinique, les méthodes actuelles de prédiction des fractures sont basées sur l'analyse de la densité minérale osseuse (DMO). Néanmoins, il a été démontré que la DMO seule ne peut pas prédire avec certitude qui aura une future fracture de la hanche. Le diagnostic du risque de fracture lié à l ostéoporose peut être tardif, parfois établi après la survenue d une ou plusieurs fractures. Par conséquent, et dans le but d éviter l apparition de cette pathologie, développer un protocole de diagnostic précoce devient nécessaire pour évaluer le risque de fracture ostéoporotique, dans le but de mieux identifier les patients les plus touchés par l ostéoporose afin de mieux les prendre en charge. L objectif de cette thèse est de développer une nouvelle approche de diagnostic personnalisée de l ostéoporose à travers la quantification du risque de fracture du fémur proximal. La finalité applicative est de fournir aux cliniciens un outil de diagnostic personnalisé de l occurrence du risque de la fracture du col du fémur d un patient donné à partir d un scan DXA et de facteurs morphologiques du patient. L approche est de type HSA (Hip Strength Analysis) qui consiste en une modélisation biomécanique analytique du risque de fracture de l extrémité supérieure du fémur lors de chute latérale. Deux indices sont proposés décrivant les modes de fracture dominants du col du fémur (flexion et cisaillement). Les indices sont normalisés entre les valeurs 0 et 1. Plus la valeur est élevée, plus le risque de fracture est grand. La valeur 1 indique que le patient subirait une fracture en cas de chute et nécessiterait un traitement. L approche proposée inclut les effets des propriétés mécaniques, de la géométrie du fémur, de la densité minérale osseuse, du poids corporel, de la taille du patient et de la force d impact. L approche biomécanique a été implémenté en code Matlab et plusieurs calculs ont été réalisés avec une validation sur 636 sujets. La validation a montré que les résultats obtenus sont conformes à ceux obtenus par les observations cliniques et que les nouveaux indices peuvent fournir un meilleur diagnostic de risque de fracture proximale. Ainsi, l approche peut être utilisé dans des applications cliniques et contribuer au diagnostic de l ostéoporose avec un temps de calcul quasi-instantané. Osteoporosis is the degradation and deterioration of bone microstructure that reduces the mechanical resistance of bones, thereby decreasing bone mineral density (BMD) and increasing bone fragility. As a result, the likelihood of fractures under minimal trauma conditions increases. In particular, hip fractures are associated with a high mortality rate among the elderly, reason why femoral neck fracture have been declared as a major clinical and social problem worldwide, and considered the dominant complication of osteoporosis. In clinical practice, current methods of fracture prediction are based on bone mineral density (BMD) analysis. Nevertheless, it has been shown that BMD alone cannot predict with certainty who will have a future hip fracture. The diagnosis of the risk of fracture due to osteoporosis can be late, sometimes established after the occurrence of one or more fractures. Therefore, and in order to avoid the appearance of this pathology, developing an early diagnostic protocol becomes necessary to assess the risk of osteoporotic fracture, in order to better identify the patients most affected by osteoporosis in order to better manage them. The objective of this thesis is to develop a new approach to personalized diagnosis of osteoporosis through the quantification of the risk of fracture of the proximal femur. The application purpose is to provide clinicians with a personalized diagnostic tool for the occurrence of the risk of femur neck fracture of a given patient based on a DXA scan and patient morphological factors. The approach is HAS type (Hip Strength Analysis) which consists of an analytical biomechanical modelling of the risk of hip fracture during sideway fall. Two indices are proposed describing the dominant fracture modes of the femur neck (bending and shearing). Indices are normalized between values 0 and 1. The higher the value, the greater the risk of fracture. Value 1 indicates that the patient would be fractured in the event of a fall and would require treatment. The proposed approach includes the effects of mechanical properties, femur geometry, bone mineral density, body weight, patient height and impact force. The biomechanical approach was implemented in Matlab code and several calculations were performed with validation on 636 subjects. Validation has shown that the results obtained are consistent with those obtained from clinical observations and that the new indices can provide a better diagnosis of proximal fracture risk. Thus, the approach can be used in clinical applications and contribute to the diagnosis of osteoporosis with an almost instantaneous computation time. |
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| Description: | Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....) Partenaire(s) de recherche : Laboratoire de mécanique Gabriel Lamé (Orléans ; 2018-....) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : David Mitton (Président du jury) ; Ridha Hambli, David Mitton, Daniel George, Thibault Lemaire, Audrey Hivet, Pascal Kouyoumdjian, Thierry Thomas (Membre(s) du jury) ; Daniel George, Thibault Lemaire (Rapporteur(s)) |