Transcript M o - Médecine nucléaire CHU Brest

OSTEODENSITOMETRIE
OSTEOPOROSE
L’ostéoporose correspond à un ralentissement de la
formation osseuse concernant chacun d’entre nous au cours de
la vie, pour aboutir à une perte osseuse parfois importante
appelée ostéoporose.
Des facteurs aggravants interviennent: la ménopause,
qui fait que les femmes, à âge égal, sont plus « décalcifiées»
que les hommes,
Elle peut être définie comme une maladie osseuse
métabolique caractérisée par une masse osseuse réduite et une
détérioration microarchitecturale du tissu osseux, cela
entraînant une fragilité osseuse accrue et une augmentation du
risque de fracture.
avant
après
L’absorptiométrie biphotonique à rayons X (DXA) est
la méthode de référence.
Elle mesure la densité minérale osseuse (DMO) à partir
de la projection surfacique de la pièce osseuse explorée :
- vertèbres lombaires,
- extrémité supérieure du fémur,
- poignet,
- corps entier.
La DMO est exprimée en g/cm2.
Chaque valeur individuelle est comparée à la valeur
moyenne normale pour l’âge et le sexe.
La différence étant exprimée en nombre d’écarts-types
de la distribution :
de la population normale (Z score),ou
de la population adulte jeune normal de même sexe
(T score).
L’examen est rapide, et l’irradiation environ 10 fois
moindre que celle reçue lors d’un cliché thoracique.
Un abaissement d’un écart-type de la DMO correspond
approximativement à un doublement du risque fracturaire.
Un groupe de travail de l’Organisation Mondiale de la
Santé
a
redéfini
l’ostéoporose
sur
des
bases
ostéodensitométriques :
La DMO est dite normale lorsque le T score est situé
entre -1 et +1 écarts-types.
On identifie une ostéopénie lorsqu’il est entre -1 et -2,5
écarts-types.
On identifie une ostéoporose pour un T score inférieur
à -2,5 écarts-types.
On parle d’ostéoporose sévère pour un T score < 2,5
avec en outre antécédent d’au moins une fracture par fragilité.
La reproductibilité de la méthode est d’environ 1 % au
niveau lombaire et de 2 à 3 % au niveau du fémur.
Principe physique
de l’osteodensitométrie
Le principe de l'absorptiométrie bi-photonique repose
sur l'étude de l'atténuation d'un rayonnement gamma ou X lors
de sa traversée de la zone d'intérêt. L'atténuation sera d'autant
plus grande que la densité du corps est plus élevée.
L'utilisation de 2 rayonnements d'énergies différentes
(d'où le terme "bi-photonique"), permet de mesurer la densité
de l'os en éliminant la part d'atténuation qui revient aux tissus
mous.
Jusqu'en 1988, l'émetteur de photons était un radioisotope (généralement du Gd153 rayons X de 40 à 47 keV et
rayons gamma de 97 et 103 keV) nécessitant son
renouvellement annuel et limitant l'implantation des appareils
aux services de médecine nucléaire.
Le développement d'appareils de 2ème génération,
équipés de tubes à rayons X a permis une large diffusion de la
méthode, tout en améliorant ces performances.
Atténuation linéique
N ( E )  N 0 ( E )e   ( E ) x
( E) coefficien t d' atténuation
x
épaisseur de la matière
( E)  cm 1
x   cm
Atténuation massique
( E ) coefficien t d' atténuation linéique
( E )
( E )  (
) *

( E )
coefficien t d' atténuation massique

 densité de la matière
 ( E )  cm 1 cm 2

  g
3
g
cm


  g cm 3
( E )
( E )
m
( E ) x  (
) * * x  (
)*( )*x 


V
( E )
m
( E )
m
(
)*(
)*x  (
)*( )

S*x

S
( E )
(
)
coefficien t d' atténuation massique

m
( )M
densité surfacique
S
M   g cm 2
N
(
 N0 e
( E)
)*M

( E )
coefficien t d' atténuation massique

M densité surfacique
( E ) 


*M


N N0 e    t t
tissu
( E ) 


*M


N N 0 e   o o
os
Aspects anatomiques
et
de composition
vertèbre
fémur
air
graisse
os
muscle
vertèbre
air
graisse
os
vertèbre
muscle
graisse
os
os
fémur
tissu
os
os
fémur
Composition des tissus
graisse
élément
poids
H
0.114
C
0.598
N
0.007
O
0.278
Na
0.001
S
0.001
Cl
0.001
os
élément
H
C
N
O
Na
Mg
P
S
Ca
poids
0.034
0.155
0.042
0.435
0.001
0.002
0.103
0.003
0.225
air
élément
C
N
O
Ar
muscle
élément
poids
H
0.102
C
0.143
N
0.034
O
0.71
Na
0.001
P
0.002
S
0.003
Cl
0.001
K
0.004
eau
poids
0.000124
0.755268
0.231781
0.012827
élément
H
O
poids
0.111898
0.888102
Densité des tissus
matière
air
graisse
muscle
os
eau
3
(g/cm )
0.00129
0.95
1.05
1.92
1.00
Coefficients d’atténuation
coefficients d’atténuation massique
2
E(keV)
10
15
20
30
40
50
60
80
100
150
200
air
5.120
1.614
0.778
0.354
0.249
0.208
0.188
0.166
0.154
0.136
0.123
graisse
3.268
1.083
0.568
0.306
0.240
0.212
0.197
0.180
0.169
0.150
0.137
µ/ (cm /g)
muscle
5.356
1.693
0.821
0.378
0.269
0.226
0.205
0.182
0.169
0.149
0.136
os
28.510
9.032
4.001
1.331
0.666
0.424
0.315
0.223
0.186
0.148
0.131
eau
5.329
1.673
0.810
0.376
0.268
0.227
0.206
0.184
0.171
0.151
0.137
coefficients d’atténuation linéique
-1
E(keV)
10
15
20
30
40
50
60
80
100
150
200
air
0.006605
0.002082
0.001003
0.000456
0.000321
0.000268
0.000242
0.000214
0.000199
0.000175
0.000159
graisse
3.105
1.029
0.539
0.291
0.228
0.202
0.188
0.171
0.160
0.143
0.130
µ(cm )
muscle
5.624
1.778
0.862
0.397
0.282
0.238
0.215
0.191
0.178
0.157
0.143
os
54.739
17.341
7.682
2.556
1.278
0.814
0.604
0.428
0.356
0.284
0.251
eau
5.329
1.673
0.810
0.376
0.268
0.227
0.206
0.184
0.171
0.151
0.137
2
atténuation massique
µ/ (cm /g)
2
graisse
muscle
os
1
0
0
50
150
100
E(keV)
-1
atténuation linéique
µ(cm )
2
graisse
muscle
os
1
0
0
50
150
100
E(keV)
Faisceaux de rayons X
Générateur X pulsé
avec
deux tensions de travail
100kV
4.5
N
3
1.5
0
0
50
100
150
E(keV)
140kV
4.5
N
3
1.5
0
0
50
100
150
E(keV)
spectre X
4.5
100kV
140kV
N
3
1.5
0
0
50
100
150
E(keV)
Deux faisceaux successifs d’énergies différentes.
Filtrage par atténuation sélective
Filtre
Sf(E) = So (E) *e-µ(E)x
filtres
2
µ/ (cm /g)
Ce
I
La
Au
Sm
75
50
25
0
0
40
80
120
E(keV)
µ
150.0
µ
100.0
50.0
0.0
15.0
25.0
35.0
45.0
55.0
65.0
75.0
E(ke V)
spectre
150.0
spectre
100.0
50.0
0.0
15.0
25.0
35.0
45.0
55.0
65.0
75.0
E(keV)
spectre filtré
150
N
100
50
0
0
20
40
60
80
E(keV)
Un seul faisceau à deux pics d’énergie différente.
EQUATIONS
détecteur
air(µa0)
air
graisse
tissu (µt>0,xt1)
air(µa0)
tissu (µt>0,xt2)
os (µo>0,xo)
os
tissu (µt>0,xt3)
air(µa0)
source rayons X
N4= No e-µt(xt1+xt2 +xt3) e-µoxo
N4= No e-µtxt e-µoxo
air
air
tissu
air
=
tissu
tissu
os
tissu
air
os
No
No
N= No e-µtxt e-µoxo
N= No e-(µ/)tMt e-(µ/)oMo
air((µ/r)a 0)
air(µa 0)
tissu (µt>0, xt)
os(µo >0, xo)
No
=
tissu ((µ/)t>0, Mt)
os((µ/)o >0, Mo)
No
N = No e-(µ/r)tMt e-(µ/r)oMo
No……………….mesuré
N.………………..mesuré
(µ/r)t,(µ/r)o……..connus
Mt,Mo …………...inconnus
Le problème est décrit par une équation
N = No e-(µ/r)tMt e-(µ/r)oMo
avec deux inconnus
Mt et Mo!
Pour le résoudre il faut construire un
système à deux équations . Pour ça nous
utilisons le fait que les coefficients
d’atténuations dépendent de l’énergie µ=µ(E).
1
pour E = E
N1
=
1
-(µ/r)
M
No e
t t
1
-(µ/r)
M
e
o o
=
2
-(µ/r)
M
No e
t t
2
-(µ/r)
M
e
o o
1
2
pour E = E
N2
2
1
pour E = E ln(N1/ No1) = -(µ/r)t1Mt -(µ/r)o1Mo
2
pour E = E ln(N2 / No2) = -(µ/r)t2Mt -(µ/r)o2Mo
Le système d’équation
A = ax + by
B = gx + dy
où
A= ln(N1/ No1) B= ln(N2 / No2)
a= -(µ/r)t1
g= -(µ/r)t2
x=Mt
b= -(µ/r)o1
d=-(µ/r)o2
y=Mo
Les solutions sont:
x = (A – b y)/a
y = (B – (g/a) A)/(d – (g/a) b)
avec
g/a = (µ/r)t2/(µ/r)t1
Dans le tissu seulement :
N1
=
No1
1
-(µ/r)
e t Mt
N2
=
No2
2
-(µ/r)
e t Mt
ln(N1/ No1) = -(µ/r)t1Mt
ln(N2 / No2) = -(µ/r)t2Mt
Donc
g/a = (µ/r)t2/(µ/r)t1 = (ln(N2 / No2) )/(ln(N1/ No1) )
tissu + os
tissu
densité surfacique OS
Mo = (B – (g/a) A)/(d – (g/a) b)
A….mesuré
B….mesuré
g/a….mesuré
d, b….connus
[Mo] = g cm-2
densité surfacique TISSU
Mt = (A – b (B – (g/a) A)/(d – (g/a) b) )/a
A….mesuré
B….mesuré
g/a….mesuré
a, d, b….connus
[Mt] = g cm-2
La masse osseuse:
mo = Mo*So
La masse tissulaire:
mt = Mt*St
Mo….densité surfacique os
Mt….densité surfacique tissu
So….surface os
St….surface tissu
os
tissu
Ostéodensitomètre
détecteur
lit
Source X
Géometrie faisceau
Source X
Faisceau étroit
détecteur
Faisceau en éventail
étroit(4.5°)
Faisceau en éventail
large(~25°)
Balayage
Faisceau étroit
Faisceau en éventail étroit(4.5°)
Faisceau en éventail large(~25°)
Détecteurs et positionnement
Détecteurs
NaI(Tl)
Laser de positionnement
filtre
Tube X
Détecteurs CZT
(Cd-Zn-Te)
Laser de positionnement
filtre
Tube X
Détecteurs CZT
(Cd-Zn-Te)
Laser de positionnement
filtre
Tube X
EXAMENS
Vertèbres lombaires
Fémur
Poignet et avant bras
Prothèse
Corps entier
Composition corporelle
masse osseuse
masse maigre
masse adipeuse
RESULTATS
Feuille de résultats
image
résultat chiffré
Courbe de normalité
Définition densitométrique
de
l'ostéoporose
Normal :
Densité osseuse inférieure de moins 1 écart-type à celle
de l'adulte jeune (t-score > -1).
Ostéopénie :
Densité osseuse comprise entre -1 et -2,5 écarts- types
par rapport à l'adulte jeune (-1 ≤ t-score ≥ -2,5).
Ostéoporose :
Densité osseuse inférieure à -2,5 écarts-types par
rapport à l'adulte jeune (t-score < -2,5).
Ostéoporose sévère :
Densité osseuse inférieure à -2,5 écarts-types par
rapport à l'adulte jeune en présence d‘une ou plusieurs fractures
par fragilité.
FIN