Etude de la micro-architecture et de la minéralisation de l' os cortical du fémur à partir de microradiographiques et d'images de tomodensitométrie synchrotron

Study of Cortical Bone Mineralization and Microstructure in the Human Femoral Cortex from Microradiograph and Synchrotron-Radiation

• Auteur / Autrice : Yan Wu
• Direction : Jean Denis Laredo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie de l'os, des articulations et biomatériaux des tissus calcifiés
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fractures du col fémoral

Imagerie tridimensionnelle

Synchrotrons

Col du fémur

Ostéoporose

Résumé

Ce travail de thèse a pour but d'approfondir les connaissances sur la microstructure et la densité minérale de l'os cortical fémoral, pour évaluer la quantité et la qualité osseuse dans l'os ostéoporotique, en utilisant la microradiographie et la SRμCT. 1) Nous avons étudié le cortex de la mi-diaphyse fémorale dans une population de grand effectif, afin d'obtenir des données de base normales et ses variation avec l'âge. Les résultats montrent que la minéralisation totale moyenne est plus élevée chez les femmes que chez les hommes. La distribution de la minéralisation osseuse a été trouvée plus homogène chez les hommes que chez les femmes. La porosité totale, la porosité ostéonale, la densité ostéonale, et le pourcentage de surface ostéonal sont augmentés avec l'âge dans les deux sexes. 2) Nous avons étudié la corticale inférieure du col fémoral dans deux groupes de femmes âgées (a) avec fracture du col et (b) témoins. Nous avons montré que le degré de minéralisation dans les ostéons et dans la matrice est plus haute chez les fracturées que chez les contrôles, la différence significative a été trouvée avec la microradiographie mais non avec la SRμCT. La distribution variable de la minéralisation de la matrice dans l'épaisseur de la corticale peut rendre compte de l'augmentation de la fragilité osseuse. 3) Nous avons mis au point une méthode de mesure permettant de décrire les paramètres structuraux et topologiques, du réseau de canaux intra-corticaux, à partir du calcul de son squelette. Les paramètres structuraux et topologiques décrivant l'organisation du réseau canalaire, et leur incidence sur la fragilité osseuse sont décrits et mesuré en 2D et en 3D.

The aims of this thesis is to develop the knowledge on the microstructure and mineralization of femoral cortical bone, to assess the quantity and quality of osteoporotic bone. The techniques used are microradiography(2D) and SR μ CT (3D), and image analysis. In the first part, by using microradiography, we studied the mid-femoral cortex in diaphysis on a large adult population of both gender, to obtain normal data and its variation of age. The mean mineralization was higher in women than in men. A more homogeneous distribution of the mineralization of bone was found in men than in women. The total porosity, osteonal porosity, osteonal density and percent osteonal area increased with aging, whereas the percent matrix area decreased with age in females and in males. In the second part, we studied the femoral neck cortex in two olderly women groups: (a) with fractured neck and (b) control, by using SR μ CT and compared with microradiography. The degree of mineralization of bone (DMB) in osteons and matrix were higher in the fracture group than in the controls; the difference was significant by microradiography but not by SR μ CT. Zone-to-zone variability was greater for DMB of matrix than for DMB of osteon, particularly in the fracture group. In the third part, we developped a method of analyse to describe the topology and structural parameters of intra-cortical canals network, with the calculation of its skeleton. The structural and topological parameters describing the organization of the canal network, and their effect in bone fragility are described and measured in 2D and 3D. This may provide a better understanding of the ultrastructural factors for bone fragility.