Quantification in vivo de l’adiposité médullaire chez l’Homme par imagerie par résonance magnétique

In vivo quantification of human bone marrow adiposity using magnetic resonance imaging

• Auteur / Autrice : Sammy Badr
• Direction : Anne Cotten, Jean-François Budzik
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie
• Date : Soutenance le 25/11/2019
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie-Santé (Lille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physiopathologie des maladies osseuses inflammatoires (Boulogne-sur-mer, Pas-de-Calais) - Marrow Adiposity & Bone Lab - Adiposité Médullaire et Os - ULR 4490
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne Cotten, Bruno Vande Berg, Antoine Feydy, Valérie Bousson, Bernard Cortet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bruno Vande Berg, Antoine Feydy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tissu adipeux

Anorexie mentale

Spectroscopie par résonance magnétique du proton

Imagerie par résonance magnétique

Tissu adipeux

Anorexie mentale

Spectroscopie de la résonance magnétique du proton

Imagerie par résonance magnétique

Mots clés libres

Imagerie par résonance magnétique

Adiposité médullaire

Quantification

Spectroscopie

Imagerie de déplacement chimique

Imagerie quantitative

Magnetic resonance imaging

Bone marrow adiposity

Quantification

Spectroscopy

Chemical-shift imaging

Quantitative imaging

Résumé

L’adiposité médullaire (AdMéd) est un tissu largement sous-estimé, remplissant pourtant un rôle dans l’homéostasie osseuse et la résistance mécanique de l’os. À ce jour,seule l’imagerie par résonance magnétique (IRM) a la capacité d’explorer de manière satisfaisante ce tissu in vivo et de façon non-invasive. Cette thèse a pour objectif triple d’éclaircir ces modalités, d’illustrer l’intérêt d’une telle quantification et enfin,de favoriser son évaluation quantitative en routine.Le premier axe de ce travail est basé sur la revue de deux séquences fondamentales pour l’exploration de l’AdMéd : la spectroscopie protonique monovoxel par IRM et l’imagerie eau-graisse par déplacement chimique. L’utilisation de ces techniques est cependant limitée par les propriétés magnétiques différentielles entre molécules d’eau et lipides, les multiples interfaces entre os trabéculaire et os spongieux, affectant la précision des mesures. Ce travail a fait l’objet d’une collaboration avec le groupe de travail méthodologique de l’International Bone Marrow Adiposity Society. Pour illustrer le deuxième axe, une pathologie affectant différents secteurs graisseux de l’organisme a été choisie : l’anorexie mentale. La déplétion drastique des tissus adipeux périphériques contraste avec une expansion de l’AdMéd. À travers une étude cas-témoins, les caractéristiques spectrales à la hanche de patientes ayant un indice de masse corporelle abaissé (< 17.5 kg/m2) ou normal ont pu être comparées à des volontaires. Alors qu’aucune différence de profil lipidique n’a été retrouvée entre ces sous-groupes, le col fémoral s’est distingué par une fraction graisseuse médullaire significativement plus élevée et un degré apparent d’insaturation lipidique plus faible chez les patientes anorexiques par rapport aux témoins. Ces anomalies résiduelles dans la composition osseuse pourraient potentiellement participer aux complications squelettiques à long terme, malgré la récupération d’un poids normal. Ce travail a été accepté pour publication.Enfin, afin de démocratiser la quantification de l’AdMéd en routine, l’imagerie de déplacement chimique apparaît comme une solution pertinente. Pour favoriser son intérêt potentiel en application clinique, une nouvelle étude cas-témoins réalisée chez des femmes ménopausées a été initiée. L’évaluation des caractéristiques de l’AdMéd de patientes ayant une fracture ostéoporotique récente pourrait permettre d’apporter des éléments nouveaux dans l’estimation du risque fracturaire après la ménopause.Le recrutement des patientes est actuellement en cours et nous disposons de quelques résultats préliminaires.À travers ces 3 axes, cette thèse appuie l’intérêt d’une quantification précise de l’Ad-Méd. À l’avenir, une évaluation multifactorielle incluant les données de composition minérale et lipidique pourrait favoriser une expertise précise de la santé osseuse et du risque fracturaire, en particulier chez les patientes anorexiques et/ou ostéoporotiques.

Bone marrow adiposity (BMA) is an underestimated tissue playing a key role in bonehomeostasis. To date, only magnetic resonance imaging (MRI) is able to exploreadequately and non-invasively this tissue in vivo. This work aims to clarify the mainbiases to take into account, to illustrate the value of BMA quantification to understandpathophysiological mechanisms, and finally, to promote its use for clinical purposes.The first axis of this work relies on a review of two fundamental methods to exploreBMA : proton magnetic resonance spectroscopy, and chemical shift encoding-basedwater-fat imaging. The use of these techniques is constrained by the differential magneticproperties of water and lipids, as well as the multiple interfaces between trabeculaeand bone marrow, fostering local magnetic inhomogeneities and reducingthe accuracy of BMA quantification. Clarifications on the major technical biases toconsider have been incorporated in a white paper written in collaboration with theMethodology Workgroup of the International Bone Marrow Adiposity Society.The second part of this work was based on the exploration of a paradoxical disease,anorexia nervosa, which affects multiple fat compartments. As a matter of fact, thedrastic depletion of peripheral adipose tissues contrasts with BMA expansion in anorexicpatients. Through a case-control study, the spectral characteristics of BMAat the hip of underweight (body mass index < 17.5 kg/m2) and weight-recoveredanorexic women have been compared to healthy volunteers. While no difference inthe spectral BMA profile was observed between anorexic patients, bone marrow fatfraction was significantly higher and the apparent lipid unsaturation levels lower inpatients compared to controls. Persistence of an abnormal BMA may take part in theincreased fracture risk in anorexic patients, even after weight recovery. This work hasbeen accepted for publication.Finally, although spectroscopic methods are the gold-standard for BMA quantification,its promotion in routine requires a simplification of its exploration. Chemicalshift encoding-based water-fat imaging appears to be a pertinent alternative approach.To illustrate its use for clinical purposes, a new case-control study, performed on postmenopausalwomen, has been initiated. Comparisons of BMA characteristics betweenwomen with a recent osteoporotic fracture and age-matched controls would providenew diagnostic elements for the evaluation of the fracture risk in postmenopausalosteoporosis. This is an on-going project, with preliminary results.The 3 axes of this research project highlight the clinical potential of BMA quantification.In the future, a multifactorial evaluation of bone, integrating data from themineral and organic compartments, would promote accurate expertise of bone healthand a better estimate of the fracture risk, especially in women with anorexia nervosaor postmenopausal osteoporosis.