Mots clés :

L’analyse quantitative 3D précise des structures ostéo-articulaires est nécessaire pour le diagnostic, la planification d’un traitement et l’évaluation de son effet. Le système EOS permet de réaliser simultanément deux images radiographiques orthogonales (en général face et profil) en position debout, de la tête aux pieds, à très faible dose d’irradiation, puis d’obtenir par modélisation une reconstruction 3D d’éléments du squelette. La dose est réduite d’un facteur 6 à 9 par rapport à des radiographies conventionnelles, grâce à des collimations multiples et à l’utilisation de détecteurs gazeux à micropistes. La reconstruction 3D s’appuie sur la méthode PSSM (Parametric and Subject-Specific Models) qui nécessite une conceptualisation préalable de la géométrie, facilitant ensuite le calcul automatisé d’indices cliniques. L’évaluation des modèles porte sur la forme (écart moyen de l’ordre du millimètre par rapport au scanner) et sur les paramètres cliniques (incertitude de 5 à 6° pour les torsions fémorale et tibiale). Un protocole d’acquisition est recommandé pour faciliter les études multicentriques.

L’intérêt de la quantification 3D et de l’analyse dans le plan horizontal est illustré pour le rachis scoliotique. Un pattern très spécifique aux scolioses évolutives a été identifié, conduisant au calcul automatisé d’un indice de sévérité susceptible d’être discriminant dès le premier examen. Les recherches en cours concernent aussi l’examen fonctionnel tridimensionnel pour l’analyse des conflits cinématiques, la constitution progressive de bases de données, et le développement de modèles biomécaniques personnalisés visant à prédire l’effet de traitements et à apporter une aide au planning chirurgical. Les recherches visent aussi à la mise en œuvre d’acquisitions en double énergie pour accéder à la densité minérale osseuse et construire des modèles d’estimation de la résistance osseuse et de prédiction du risque de fracture. Ainsi, cette nouvelle modalité d’imagerie est à même de révolutionner les analyses et les pratiques, conduisant à un diagnostic plus précoce, mieux ciblé et probablement à des innovations de rupture dans la prise en charge thérapeutique.

Abstract – EOS low dose stereoradiography: from research to clinical routine

Accurate 3D quantitative analysis of bone and joints is required for diagnosis, surgery planning and follow-up. The EOS system allows the simultaneous acquisition of low dose biplanar head to feet X-Rays (generally lateral and anteroposterior) in standing weight bearing position, and the subsequent 3D reconstruction of components of the skeleton. Dose is reduced by a factor of 6 to 9 with respect to conventional X-Rays. The dose reduction is due to multiple collimations and to the use of microstrip gas detectors. 3D reconstruction relies on the PSSM method (Parametric and Subject-Specific Models). The method requires a first step of parametric geometric modelling of the bone, which then facilitates automatic calculation of clinical indices. Models are evaluated for bone shape (mean difference of about 1 mm with respect to CT based reconstruction) and for clinical indices (5 to 6° uncertainty for femoral and tibial torsion). A protocol for X-Rays acquisition is recommended to facilitate multicentric studies.

The high potential of 3D quantification and of horizontal analysis is illustrated for the scoliotic spine. A specific pattern has been identified for progressive scoliosis, leading to automatic calculation of a severity index which could be discriminant as soon as at the first exam. Ongoing investigations are related to several issues: functional 3D exploration in order to analyse kinematic conflict issues such as impingement, progressive constitution and processing of databases, and development of EOS based subject specific models to predict the effect of a given surgery and assistance in surgical planning. Research is also active for dual energy acquisition in order to assess bone mineral density and to build subject specific models for bone strength estimation and fracture risk prediction. In conclusion this innovative imaging modality is able to yield a drastic improvement in analysis and practice, due to a more refined diagnosis at an early stage with a better understanding that should lead to breaking innovations in the management of bone and joints diseases.

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