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Imagerie actuelle et future dans l’ostéoporose : présent et futur

Résumé

La mesure de la densité minérale osseuse (DMO, g/cm²) par l’absorptiométrie biphotonique à rayons X (DXA) est le paramètre le plus important pour évaluer le risque fracturaire. D’autres paramètres fournis par le même appareil peuvent améliorer l’évaluation de ce risque. Parmi ceux-là, la technique de la VFA permet de rechercher une fracture vertébrale prévalente (souvent asymptomatique et par conséquent méconnue), facteur de risque important de nouvelles fractures, la composition corporelle et l’évaluation de la sarcopénie, la micro et la macroarchitecture osseuse. L’équilibre sagittal mesuré par l’appareil EOS prédit le risque de chute et par conséquent de fracture.

Abstract

Current and future imaging in osteoporosis.
Measurement of bone mineral density (BMD, g/cm²) by dual energy X-ray absorptiometry (DXA) is the most important parameter for fracture risk assessment. Other parameters provided by the same device can improve the assessment of this risk. Among these, the VFA technique can be used to search for a prevalent vertebral fracture (often asymptomatic and therefore unrecognized), an important risk factor for new fractures, body composition and assessment of sarcopenia, micro and macro bone architecture. Sagittal balance measured by EOS device predicts the risk of falling and therefore of fracture.

Densité minérale osseuse (DMO)

L’absorptiométrie biphotonique à rayons X (DXA) est la méthode de référence pour mesurer la densité minérale osseuse (DMO, g/cm²). La précision et la reproductibilité de cette technique sont satisfaisantes. Ses indications, ses avantages et ses limites sont désormais bien établis. Il convient de rappeler que la DXA n’est pas une technique d’imagerie, mais une technique de mesure. Il est par conséquent indispensable de vérifier les critères de qualité de l’examen afin de garantir la fiabilité des résultats (1).

Que peut-on mesurer en DXA en dehors de la DMO ?

Le développement de la DXA et l’apparition de nouveaux logiciels permettent, désormais, d’obtenir d’autres mesures que la seule DMO. Chaque application pourrait constituer un article à part entière.

DXA et évaluation de fractures vertébrales (VFA)

Il est désormais possible d’obtenir des images de l’ensemble du rachis de T4 à L4, en incidence antéro-postérieure et latérale (Fig. 1 et 2).

Ces images permettent l’évaluation des déformations vertébrales qualitativement (fracture vertébrale oui/non) ; semi-quantitativement selon le grading de Genant ou quantitativement avec mesure manuelle ou automatique des hauteurs vertébrales et des rapports de ces vertèbres par l’ordinateur. Cette dernière mesure automatique d’aide au diagnostic fournie par le constructeur ne doit pas être utilisée en pratique, et reste du domaine de la recherche.

Figure 1 – VFA sur un appareil Hologic : pas de fracture vertébrale.

La VFA (pour Vertebral Fracture Assessment) peut être réalisée conjointement à la mesure de la DMO et peut constituer, dans certaines conditions, une alternative à la radiographie qui reste la référence pour le diagnostic de fractures vertébrales.
Les principaux intérêts de la VFA sont :

Figure 2 – VFA sur un appareil GE-Lunar : fractures vertébrales de T12, L2 et L3.

– un examen rapide de quelques secondes à quelques minutes,

– une dose d’irradiation faible de l’ordre d’une dizaine de microSievert,
– une même radioprotection que lors de la mesure de la DMO,
– une absence de distorsion due à la géométrie du rayon X, le bras restant perpendiculaire à l’axe du patient,
– une possibilité d’archivage et de comparaison des clichés successifs.

La VFA a une valeur prédictive négative du diagnostic de fracture vertébrale (FV) importante de l’ordre de 95 % (2). Ceci signifie, en pratique clinique, que si les vertèbres sont analysables et normales, le risque pris en ne faisant pas de radiographie de contrôle est faible. Ceci permet d’éviter la réalisation d’environ un tiers des radiographies (2).
Les principales limites sont :
– la mauvaise visibilité du rachis thoracique supérieur (2),
– la mise en défaut s’il existe une scoliose ou une lombarthrose.
La VFA nécessite une radiographie en cas de doute diagnostic.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DXA et composition corporelle

La mesure de la composition corporelle de la totalité du corps ou d’une de ses régions est disponible sur les densitomètres par la réalisation d’un scan corps entier. Trois composantes peuvent être distinguées : la masse grasse, la masse musculaire et le contenu minéral osseux (CMO, g) du corps entier ou d’une de ses régions (Fig. 3).

La mesure de la composition corporelle par DXA est devenue la méthode de référence. Elle est plus accessible que les autres techniques et s’obtient en quelques minutes. Le patient ne doit pas être porteur d’objet métallique (prothèse, ostéosynthèse, bijoux…). La précision et la reproductibilité sont bonnes (de 2 à 6 %), mais comme pour la DMO, il est préférable de réaliser la mesure sur le même appareil (3). La dose d’irradiation est de 2,6 à 75 microSievert selon l’appareil et la technique (4).
Il existe des courbes américaines NHANES de référence pour la masse maigre et la masse grasse. On obtient ainsi des T-scores et Z-scores pour les différentes masses mesurées. Il est possible également d’obtenir un pourcentage de changement entre deux mesures successives.

Figure 3 – Exemple de la composition corporelle sur un appareil GE-Lunar.

 

Nous ne discuterons pas de l’intérêt de cette mesure chez l’enfant. Chez l’adulte, il existe de nombreuses applications et publications tant en recherche clinique qu’en pratique :
– troubles nutritionnels : obésité, surpoids, anorexie mentale,
– troubles rénaux : insuffisance rénale chronique, hémodialyse,
– transplantation,
– diabète,
– infection par le VIH,
– troubles cardiovasculaires, etc.

De nombreuses études ont établi les relations entre la composition corporelle mesurée par DXA, la distribution de la masse grasse, le taux d’hormones sexuelles et les autres facteurs de risque cardiovasculaire chez les personnes en surpoids. De même, les relations graisse abdominale et résistance à l’insuline ont été largement étudiées dans cette population.

DXA et sarcopénie

La perte de masse maigre et en particulier la perte de masse musculaire appendiculaire avec l’âge est bien connue et considérée comme ayant des conséquences cliniques importantes. La DXA permet l’obtention d’un indice de sarcopénie mesuré par le rapport de la masse musculaire appendiculaire sur la taille au carré selon la formule IMS (index musculaire squelettique) des équations de Baumgartner : (masse maigre des bras [kg] + masse maigre des jambes [kg]) / taille[m]2 (5). Il existe d’autres indices. La sarcopénie et l’ostéopénie sont indépendamment associées à une augmentation du risque de morbidité et de mortalité chez les personnes âgées (6, 7).

DXA et mesure de la graisse viscérale

À partir de la graisse sous-cutanée latérale à droite et à gauche, on peut estimer la graisse sous-cutanée devant et derrière la graisse viscérale (Fig. 4) : graisse viscérale (VAT) = graisse totale – graisse sous-cutanée. La VAT (pour Visceral Adipose Tissue) est un facteur de risque cardiovasculaire reconnu et semble même associée à la mortalité toute cause confondue chez les hommes (8).

Figure 4 – Exemple de mesure de la graisse viscérale (VAT) sur un appareil Hologic.

DXA et texture osseuse

La microarchitecture osseuse est l’un des paramètres de la qualité osseuse. Elle contribue, avec l’aspect quantitatif mesuré par la DMO, à la résistance osseuse. Il est possible, désormais, d’évaluer la texture osseuse de façon non invasive à partir des images de DXA par un procédé appelé Trabecular Bone Score (TBS) déposé par la société Med-Imaps. Le logiciel TBS exploite, automatiquement, l’information de l’image DXA et ré-analyse les variations de niveaux de gris de l’image DXA.
À partir de ces calculs, les résultats de la trabéculométrie donnent une image : la trabéculographie (Fig. 5) et une valeur TBS (9). Ceux-ci sont corrélés avec les paramètres 3D de Parfitt :
– le nombre de travées (TbN),
– l’épaisseur des travées,
– l’espacement inter-trabéculaire (TbSp),
– la connectivité (connD) (10).

Figure 5 – Exemple de mesure de TBS sur un appareil Hologic.

 

Pothuaud et al. (9) ont étudié 45 femmes avec fractures ostéoporotiques (5 FESF, 20 FV, 20 autres fractures) et un groupe contrôle de 155 femmes sans fracture, appariées pour l’âge et la DMO. Les auteurs ont montré que le score TBS permet de discriminer les deux groupes et concluent que le TBS est complémentaire à la DMO et améliore la détection du risque fracturaire. L’analyse des scans DXA de nombreuses études transversales et prospectives in vivo a permis d’avoir le TBS et de confirmer son apport en plus de la DMO pour la prédiction du risque fracturaire. Actuellement, il est possible de calculer le score FRAX© ajusté au TBS.

DXA et macroarchitecture osseuse

La géométrie osseuse joue un rôle important dans la résistance de l’os à la fracture. La géométrie a été particulièrement bien étudiée pour l’extrémité supérieure du fémur (ESF). Plusieurs paramètres géométriques du col fémoral ont été étudiés et peuvent être obtenus directement par DXA, d’autres sont calculés. Ils sont représentés sur la figure 6.

Actuellement, il existe deux logiciels automatisés sur les appareils DXA pour les paramètres géométriques :
1. Advanced Hip Assessment (AHA) sur GE-Lunar,
1. Hip Structural Analysis (HSA) utilisable sur Hologic.
Ces outils ont largement été utilisés dans la littérature in vivo pour mesurer la géométrie de l’ESF et étudier l’influence de la géométrie sur le risque de fracture dans des cohortes prospectives de femmes ménopausées. Ils ont également été étudiés dans l’effet du traitement sur la géométrie de l’ESF dans des essais randomisés contre placebo (études WHI, alendronate, dénosumab, tériparatide). Ces paramètres ne sont pas utilisés en routine clinique, mais pour le moment uniquement dans le cadre de la recherche.
Ils sont en partie dépendants de la DMO et par conséquent du positionnement du patient. La possibilité d’obtenir ces paramètres en 3D est peut-être une solution pour s’affranchir de l’effet du positionnement.

Figure 6 – Paramètres géométriques obtenus par DXA à l’extrémité supérieure du fémur.

DXA et 3D

La 3D-XA (pour Three-Dimensional X-ray Absorptiometry) est une technique de reconstruction en 3D à partir de deux examens de DXA perpendiculaires par un logiciel dédié (Fig. 7). Cette technique a l’avantage d’être très peu irradiante et de pouvoir être appliquée à des examens de DXA effectués par des appareils standard (11).

Les paramètres géométriques du corps vertébral ou de la hanche sont mesurés en 3D, éliminant une partie des biais de mesure en 2D. Ces techniques de 3D ne sont pas encore installées sur les densitomètres.

Figure 7 – Exemple de reconstruction 3D in vivo réalisée sur les vertèbres à partir de scans de VFA.

Imagerie et fractures vertébrales (FV)

La radiographie standard reste l’examen de référence. L’analyse porte sur les vertèbres de T4 à L4. Au-dessus de T4, les fractures ne sont a priori pas ostéoporotiques et une fracture isolée de L5 nécessite également la recherche d’un autre diagnostic. La radiographie doit être de bonne qualité avec superposition des plateaux vertébraux. Le diagnostic est parfois difficile et la différence entre déformations vertébrales fracturaires et non fracturaires n’est pas toujours aisée (12). Ceci nécessite un entraînement et notre reproductibilité n’est pas encore optimale (13).
On peut faire un dépistage grâce à la VFA. On peut s’aider du scanner et de l’IRM avec d’autres difficultés liées au plan de coupe (Fig. 8).

EOS et équilibre sagittal

Ce système d’imagerie ostéo-articulaire (EOS) est une technologie de détection nobélisée fondée en 1989 par Georges Charpak. Il combine une imagerie du corps entier, en charge, à très basse dose, avec des applications de reconstruction 3D avancées (sterEOS). Ce système permet la recherche des fractures vertébrales (14). Il permet d’obtenir, à faible irradiation, des images de face et de profil du squelette en entier, en position debout, sur lesquelles il est possible d’analyser l’équilibre sagittal, son déséquilibre éventuel et ses moyens de compensation.

Les principaux paramètres mesurés sont :
– intrarachidiens :
o Cobb lombaire,
o Cobb thoracique,
o gîte thoracique (T9 tilt)
o et gîte lombaire (L1 tilt) ;
– pelviens :
o pente sacrée (PS),
o version pelvienne (VP)
o et incidence pelvienne (IP) qui est la somme algébrique des deux précédents et qui est une constante individuelle (véritable carte d’identité pelvienne) ;
– ainsi que des paramètres de balance sagittale :
o C7 plumbline,
o l’angle spinosacré (SSA)
o et la verticale partant du conduit auditif externe (CAE ou CAM) qui doit passer à l’arrière des têtes fémorales pour que l’équilibre soit respecté (Fig. 9).

Figure 8 – Exemple de plans de coupe de scanner du rachis lombaire.

Il existe des relations entre ces paramètres, et notamment une grande IP est corrélée avec une grande lordose lombaire, véritable réserve pour une bonne compensation afin de maintenir l’équilibre sagittal.
Nous avons montré qu’avec l’âge, le rachis se penche en avant avec une augmentation de la cyphose dorsale, une perte de la lordose lombaire, une horizontalisation de la pente sacrée pour maintenir l’équilibre sagittal jusqu’à une limite physiologique déterminée par l’importance de l’incidence pelvienne. La survenue de fractures vertébrales accélère ce processus en fonction de leur nombre et de leur sévérité (15). La rupture de l’équilibre sagittal est responsable de chute. Le rétablissement de cette balance sagittale est une condition de réussite lors des arthrodèses rachidiennes et sans doute lors des cimento et kypho-plasties.

Figure 9 – Principaux paramètres mesurés sur EOS pour l’évaluation de la balance rachidienne.

Microarchitecture et ostéoporose

La mesure de la microarchitecture osseuse par le microscanner (Hr PQCT, pour High Resolution Peripheral Computed Tomography) permet d’évaluer la qualité de la structure osseuse, qui contribue au même titre que la quantité à la résistance osseuse.
Actuellement, on mesure les paramètres suivants :
– le nombre de travées (TbN),
– l’épaisseur des travées (TbTh),
– l’espacement inter-trabéculaire (TbSp),
– leur connectivité (connD),
– l’épaisseur de la corticale (Cortical thickness),
– la densité volumique (vBMD, g/cm3), etc.
Cette mesure n’est pas disponible en pratique quotidienne. Il est probable que des microscanners et IRMs dédiées plus accessibles dans l‘avenir permettent une évaluation courante.

Ultrasons

Dans le domaine de l’ostéoporose, les ultrasons ne sont pas une technique d’imagerie (ce n’est pas de l’échographie), mais ils fournissent des mesures évaluant la solidité osseuse. C’est une technique non irradiante et les appareils sont portables (ou transportables), ce qui facilite leur utilisation dans le cadre d’un screening de masse dans les endroits où les appareils DXA ne sont pas disponibles ou les patients ont du mal à se déplacer.
En revanche, ils ne remplacent pas la DXA à l’échelon individuel, ni pour le suivi des patients.

Conclusion

De nombreuses mesures et imageries sont désormais disponibles en pratique quotidienne, d’autres devraient être mises au point dans un proche avenir. Toutes ces techniques concourent à l’amélioration de la prédiction du risque fracturaire de nos patients. Associés à la prévention des chutes, ils nous permettront de mieux sélectionner et traiter les patients à risque de fracture.

Les auteurs déclarent ne pas avoir de lien d’intérêt.

Bibliographie

1. Kolta S, Fechtenbaum J, Roux C. La densitométrie osseuse. Médecine Sciences, Flammarion 2005. 305 p.
2. Damiano J, Kolta S, Porcher R et al: Diagnosis of vertebral fractures by vertebral fracture assessment. J Clin Densitom 2006 ; 9 : 66-71.
3. Tothill P, Avenell A, Love J et al. Comparison between Hologic, Lunar and Norland dual energy X-ray absorptiometers and others techniques used for whole-body soft tissue measurements. Eur J Clin Nutr 1994 : 48 : 781-94.
4. Albanese CV, Diessel E, Genant HK. Clinical applications of body composition measurements using DXA. J Clin Densitom 2003 ; 6 : 75-85.
5. Baumgartner RN, Koehler KM, Gallagher D et al. Epidemiology of sarcopenia among the elderly in New Mexico. Am J Epidermiol 1998 ; 147 : 755-63.
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8. Nielson C, Marshall L, Adams A et al. BMI and Fracture Risk in Older Men: The Osteoporotic Fractures in Men Study (MrOS). J Bone Miner Res 2011 ; 26 : 496-502.
9. Pothuaud L, Barthe N, Krieg MA et al. Evaluation of the potential use of trabecular bone score to complement bone mineral density in the diagnosis of osteoporosis: a preliminary spine BMD-matched, case control study. J Clin Densitom 2009 ; 12 : 170-6.
10. Pothuaud L, Carceller P, Hans D. Correlations between grey-level variations in 2D projection images (TBS) and 3D microarchitecture: applications in the study of human trabecular bone microarchitecture. Bone 2008 ; 42 : 775-87.
11. Kolta S, Le Bras A, Mitton D et al. Three-dimensional X-ray absorptiometry (3D-XA): a method for reconstruction of human bones using a dual X-ray absorptiometry device. Osteoporos Int 2005 ; 16 : 969-76.
12. Fechtenbaum J, Kolta S, Briot K, Roux C. Atlas des déformations et fractures vertébrales. Médecine Sciences, Flammarion 2011. 336 p.
13. Fechtenbaum J, Briot K, Paternotte S et al. Difficulties in the diagnosis of vertebral fracture in men: agreement between doctors. Joint Bone Spine 2014 ; 81 : 169-74.
14. Briot K, Fechtenbaum J, Etcheto A et al. Diagnosis of vertebral fractures using a low-dose biplanar imaging system. Osteoporos Int 2015 ; 26 : 2649-55.
15. Fechtenbaum J, Etcheto A, Kolta S et al. Sagittal balance of the spine in patients with osteoporotic vertebral fractures. Osteoporos Int 2016 ; 27 : 559-67.