Analyse de la texture osseuse trabéculaire : application au diagnostic de l''ostéoporose et de l''arthrose

Trabecular bone texture analysis : application to osteoporosis and osteoarthritis diagnosis

• Auteur / Autrice : Jérôme Touvier
• Direction : Eric Lespessailles, Rachid Jennane
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique et traitement du signal
• Date : Soutenance le 16/06/2015
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, Sciences Biologiques et Chimie du Vivant (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Imagerie multimodale multiéchelle et modélisation du tissu osseux et articulaire (Orléans ; 2012-2022)
• Jury : Président / Présidente : Maïtine Bergounioux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eric Lespessailles, Rachid Jennane, Maïtine Bergounioux, Françoise Peyrin, Roland D. Chapurlat, Khalifa Djemal
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Françoise Peyrin, Roland D. Chapurlat

Mots clés

Mots clés contrôlés

Arthrose

Ostéoporose

Os spongieux

Traitement d'images

Imagerie pour le diagnostic

Mots clés libres

Texture

Os trabéculaire

Ostéoporose

Arthrose

Texture

Trabecular Bone

Ostéoporosis

Osteoarthritis

Résumé

Nous avons évalué l'apport de l'analyse de la texture de radiographies de l'os trabéculaire sur le diagnostic de l'ostéoporose et sur le pronostic de l'arthrose. Tout d'abord, la combinaison de la densité minérale osseuse et de l'analyse de texture de la microarchitecture osseuse a été étudiée dans la perspective d'améliorer la détection des fractures ostéoporotiques. La texture a été analysée avec le paramètre fractal H et le TBS (Trabecular Bone Score) calculés sur des régions d’intérêt de radiographies du calcanéum et de densitométries osseuses aux vertèbres, respectivement. L'information supplémentaire apportée par l'analyse de texture a permis de discerner des femmes avec des fractures de fragilité dans le groupe des patientes non ostéoporotiques. Dans un second temps, des techniques de prétraitement ou de filtrage des images ont été exploitées afin d'améliorer l'analyse de la texture osseuse. L'une des dernières méthodes de décomposition variationnelle a été comparée avec des techniques classiques de filtrage. Les prétraitements améliorent certaines caractéristiques de texture, mais parmi celles-ci, le paramètre fractal H était plus robuste puisqu'il restait au même niveau de performance sans nécessiter de prétraitement. Enfin, les capacités prédictives de l'analyse de texture dans la progression de l'arthrose ont été étudiées à partir de radiographies numérisées du genou. La progression de l'arthrose a été évaluée par la variation du score radiographique de Kellgren et Lawrence à 4 ans d'intervalle. La signature fractale et l'entropie mesurées sur le compartiment tibio-fémoral latéral étaient significativement associées à la progression de la gonarthrose.

We have evaluated the added value of trabecular bone radiography's texture analysis to improve osteoporosis diagnosis and osteoarthritis prognosis. Firstly, fracture discrimination by combined Bone Mineral Density (BMD) and microarchitectural texture analysis has been studied. The Spine Trabecular Bone Score (TBS) and calcaneus mean Hurst parameter (H) has been assessed. The texture parameters have helped to classify a subset of non-osteoporotic women into a group with a higher risk of fractures. Secondly, preprocessing or filtering methods have been used to improve bone texture analysis. One of the latest variational decomposition model has been compared to classical filtering methods. Preprocessing improve some texture features but among them the fractal parameter H is more reliable since it doesn't need preprocessing to obtain the same performance. At last, the predictive ability of texture analysis with respect to knee osteoarthritis progression has been studied from digitalized radiography. The progression of knee osteoarthritis has been evaluated by the change in Kellgren and Lawrence scale at 4 years. The fractal signature and entropy assessed on lateral tibiofemoral compartment have been significantly associated with knee osteoarthritis progression.