Techniques de mesure de la densité minérale osseuse et de la

Techniques de mesurede la densité minérale osseuseet de la composition corporelle

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Résumé. – Parmi les méthodes de mesure de la densité minérale osseuse, l’absorptiométrie à rayons X endouble énergie (DXA), reste actuellement considérée comme la méthode de référence. Elle présente en effetune excellente reproductibilité et elle permet, moyennant une irradiation très faible, d’obtenir desinformations, non seulement sur le compartiment osseux, mais aussi sur la composition corporelle en massemusculaire et masse grasse. La tomodensitométrie quantitative (QCT) est une autre technique intéressante.Elle est cependant limitée essentiellement aux mesures de densité minérale au rachis lombaire et elle est plusirradiante que la précédente.Pour ces deux techniques, les valeurs mesurées chez un patient sont à comparer aux valeurs normales établiespour l’appareillage utilisé. Ceci se fait en général en utilisant la valeur d’un écart-type comme unité. Les écartsde la valeur mesurée avec la moyenne pour l’âge et le maximum estimé chez l’adulte jeune ainsi définis, etnotés habituellement Z score et T score, sont utilisés pour caractériser la normalité de la densité mesurée(T > - 1) ou le risque fracturaire, en cas d’ostéopénie (-2,5 < T < - 1,0) ou d’ostéoporose (T < - 2,5).Des méthodes non irradiantes d’étude du compartiment osseux, telles celles utilisant l’atténuation desultrasons, ont été également mises au point pour le dépistage de l’ostéoporose. La mesure de la vitesse depropagation des ondes ultrasonores dans le milieu osseux, en général au calcanéus, ainsi que leur atténuationsur une bande de fréquences suffisamment large (en dB/MHz), permettent d’obtenir des renseignements surla qualité mécanique du squelette. Les méthodes d’investigation comme la résonance magnétique peuventapporter des informations nouvelles. Elles demandent cependant un matériel difficile à utiliser pour desexamens de pratique courante.En pédiatrie, ces examens ont un intérêt certain et se développent. Ils font appel au même type de matérielque chez l’adulte, mais l’analyse des résultats obtenus chez un jeune patient doit se faire en considérant leséventuels retards ou avances de croissance.Les règles pratiques à observer dans ces investigations sont très générales. La technique et le site de mesureles mieux adaptés étant définis, il est important, dans le cas d’un suivi, de préciser l’intervalle utile entre deuxexamens. Enfin, une grande rigueur doit être apportée à l’analyse des résultats et à la rédaction du compte-rendu d’examen qui peuvent conduire à la prescription d’un traitement de longue durée.© 2002 Editions Scientifiques et Médicales Elsevier SAS. Tous droits réservés.

Mots-clés : densité minérale osseuse, composition corporelle, croissance, ostéodensitométrie(DXA-QCT-QUS).

Introduction

L’expression couramment employée de « densitométrie osseuse »recouvre en fait un ensemble de techniques quantitatives de mesuresnon invasives du contenu en minéral d’une zone délimitée dusquelette ou de sa totalité. Ces techniques, qui peuvent être fortdifférentes les unes des autres dans leur principe physique, sontactuellement dominées par l’une d’elles, dite « absorptiométriebiphotonique à rayons X » ou, selon sa dénomination anglo-saxonned’origine, quasi universellement utilisée, dual energy X-rayabsorptiometry, en général abrégée par DXA (abréviation qui seraadoptée ici). Outre la détermination de paramètres osseux, cetteméthode permet la mesure de la composition corporelle en « massemaigre » et « masse grasse » avec beaucoup de facilité, sur des

examens du corps entier. Ceci lui confère un important potentielsupplémentaire qui permet d’étendre le champ d’activités duradiologue à un domaine actuellement en développement, car ils’agit de problèmes de santé publique de toute première importance.Il en est ainsi tout particulièrement de l’ostéoporose. Cettepathologie osseuse « silencieuse » et courante fait l’objet de trèsnombreuses études, en liaison avec le développement de produitspharmaceutiques efficaces pour sa prévention et son traitement. Lesméthodes non invasives dont on peut disposer pour diagnostiquerune ostéopénie et suivre son évolution au cours du temps sont doncd’un grand intérêt, aussi bien en clinique qu’en recherche. Il a été eneffet établi récemment que le taux de pertes minérales osseuses estun facteur lié à la mortalité et que, par exemple, chaque diminutiond’un écart-type de la densité minérale osseuse (DMO) du col fémoralchez les femmes de plus de 65 ans est associée à une augmentationde la mortalité par un facteur supplémentaire de 1,3 [43]. Un autreaspect, également d’importance en santé publique et que permettentd’appréhender quantitativement les techniques de DXA, est celui de

Pierre Braillon : Docteur ès sciences physiques, docteur en médecine, département d’imagerie pédiatrique,hôpital Debrousse, 29, rue Sœur-Bouvier, 69322 Lyon, France.

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Toute référence à cet article doit porter la mention : Braillon P. Techniques de mesure de la densité minérale osseuse et de la composition corporelle. Encycl Méd Chir (Editions Scientifiques et Médicales Elsevier SAS, Paris, tous droitsréservés), Radiodiagnostic - Neuroradiologie-Appareil locomoteur, 31-100-F-10, 2002, 13 p.

la composition corporelle. Sa mesure chez les malades atteints depathologies ayant une influence directe sur le métabolismemusculaire et lipidique, ainsi que tous les problèmes liés à lanutrition, l’obésité en particulier, sont deux exemples très actuels.

HistoriquePartant de l’idée que l’opacité aux rayons X du tissu osseux est liéeà sa charge en minéraux, la mesure du contenu minéral osseux(CMO) a été envisagée dès les premiers développements de laradiographie. Ainsi, en 1939, Mack [64] publie une techniqued’estimation du « degré de minéralisation » des os à partir de lamesure de la densité optique de clichés radiographiques. Si cettetechnique simple n’a pas répondu aux attentes des cliniciens, c’estque, à l’époque, la qualité inégale des clichés et la faiblereproductibilité de la méthode ne permettaient de détecter les pertesen minéral osseux que lorsqu’elles atteignaient des valeurs de l’ordrede 40 %. Ces valeurs correspondent malheureusement à desostéoporoses avérées.Des méthodes indirectes d’estimation de la minéralisation dusquelette, par exemple la détermination de l’indexcorticodiaphysaire, ont été développées dans les années 1950, enparticulier en pédiatrie [57]. Cependant, la mesure de ce qu’il a étéconvenu d’appeler la DMO (bone mineral density [BMD]) n’a connuson véritable essor qu’en 1963 avec le développement par Cameronet Sorenson [19] d’une technique d’absorptiométrie utilisant unrayonnement gamma monoénergétique (single photonabsorptiometry) issu d’une source isotopique, le plus souvent unesource d’iode 125 (rayonnement c de 27,5 keV). Avec cette méthode,la pratique des mesures non invasives de la DMO devenait un outilde diagnostic. Seule était cependant possible l’étude de zones dusquelette périphérique, zones où la quantité de tissus mous estsuffisamment faible pour ne pas avoir d’influence notable sur lamesure osseuse. L’extrémité distale des os de l’avant-bras était engénéral choisie en raison de son accès facile et de l’importanteproportion d’os trabéculaire de l’extrémité du radius. Pour mesurerle squelette axial, c’est-à-dire, en fait, s’affranchir de l’influence destissus mous sur la mesure, une nouvelle technologie a étérapidement développée, avec la mise au point de sources cbiphotoniques scellées (de gadolinium 153, essentiellement). Detelles sources, à deux énergies (dual photon absorptiometry)permettaient en effet de calculer l’absorption propre de chacune desdeux composantes, tissus mous et tissus osseux, définie par deuxéquations d’absorption à deux inconnues. Cependant, en plus deleur prix et de la nécessité d’avoir un agrément pour leur utilisation,la limitation majeure de telles sources isotopiques était le faible fluxde photons émis. Ce débit faible conduisait à des tempsd’acquisition longs, d’environ 15 minutes pour trois vertèbreslombaires, ainsi qu’à une reproductibilité médiocre, de l’ordre de2,5 %. L’arrivée, en 1987 [96], de sources à rayons X fonctionnant surle même principe de deux énergies, mais avec un débit moyen dephotons 1 000 fois plus élevé, a levé cette limitation. Les méthodesde DXA, développées à partir des premiers travaux de Stein, ont étéintroduites rapidement en clinique [14, 48]. Elles sont maintenant lesplus utilisées et sont devenues les méthodes de référence pour lesmesures de densité osseuse. Les autres techniques égalementutilisées pour ces mesures sont surtout la tomodensitométriequantitative (quantitative computed tomodensitometry [QCT]), dontles débuts remontent à 1976 [42, 87], qui permet de faire des mesuresvolumiques sur des images de haute qualité, et les techniquesultrasonores (quantitative ultrasound [QUS]) développées à l’originepour pratiquer le dépistage de l’ostéoporose à grande échelle, sansirradiation [38, 55, 89]. Enfin, les méthodes de résonance magnétique,dont l’utilisation dans le domaine de la mesure osseuse a été initiéepar Wehrli [100], commencent à faire leur entrée dans le domaine del’investigation osseuse quantitative en diagnostic. D’autresméthodes, telles l’activation neutronique, la diffusion cohérente dephotons gamma, qui demandent des installations très spécifiques etqui sont en général très irradiantes, ne sont pas utilisées hors dulaboratoire et ne seront pas décrites ici.

Qualité des mesures : reproductibilitéet exactitude

Reproductibilité et exactitude sont deux paramètres importants detoute mesure quantitative.La reproductibilité d’un appareil est sa capacité à donner, pour lamesure d’une même quantité, des résultats aussi proches les unsdes autres que possible. On peut parler également de variabilité,mais il faut sûrement éviter le terme de précision qui peut entraînerdes confusions avec l’exactitude (en anglais, precision est employépour reproductibilité). L’exactitude est évidemment l’aptitude d’unappareil de mesure à donner des résultats en bon accord avec lavaleur de définition, comme on parle de « justesse » d’une balance.La notion de reproductibilité est particulièrement importante dansle domaine des mesures osseuses, en particulier lors de suivis depatients, par exemple dans les cas d’estimation de l’effet d’unethérapeutique. L’exactitude est un élément nécessaire pourpermettre de faire rapidement la comparaison entre deux résultats.Cependant, dans les études multicentriques, on a souvent affaire àdes appareils de mesure calibrés différemment et qui ne donnentdonc pas exactement le même résultat pour une même mesure. Onpeut alors recalculer l’ensemble de ces résultats pour les« standardiser ». Ainsi, dans le domaine osseux, des corrélations ont-elles été établies, à partir de mesures sur des fantômes, pour fairecorrespondre les résultats de densitomètres à rayons X de marquesdifférentes, ainsi que ceux de certains types de scanners [40, 78].D’une façon générale, la reproductibilité d’un appareil est définiepar le coefficient de variation (CV) de mesures répétitives effectuéesin vitro, par exemple sur des fantômes de colonne lombaire, et invivo chez des témoins, avec ou sans repositionnement entre lesmesures (CV s’exprime par le rapport de l’écart-type, ou déviationstandard [DS] des mesures, à leur moyenne, m, en % : CV = 100× DS / m). Des considérations statistiques montrent que la variationsignificative minimale, d, ou least significant change [24, 34], que peutdétecter l’appareil de mesure vaut alors : d = 2,8 × CV. Cette quantitéest en fait celle qu’il faut prendre en considération, car elle permetde définir le temps nécessaire entre deux examens pour obtenir desrésultats de mesure significatifs. Par exemple, si des mesures deDMO sont pratiquées chez un groupe de patients sur un appareil dedensitométrie qui présente un CV de 1 % pour ces mesures et sil’évolution probable de cette densité est de 2 % par an, des mesuressuccessives à 1 an d’intervalle seulement n’ont pas de significationchez ces patients. Avec de telles valeurs, un intervalle d’au moins18 mois entre deux examens est en effet nécessaire pour apprécierune variation significative de densité.

Principes généraux des examensde densitométrie osseuse utilisantles rayons X

BASES PHYSIQUES ÉLÉMENTAIRES [13]

Les examens densitométriques utilisant les rayons X ont tous commepoint commun la mesure de l’absorption par les tissus d’un faisceaude rayons X, mono- ou polychromatique. Cette mesure se fait parl’intermédiaire de détecteurs de type cristal scintillateur (iodure desodium [NaI-Tl]) ou semi-conducteur (tellurure de cadmiun [Cd-Te]). Différentes possibilités techniques peuvent être envisagées, enutilisant soit une méthode d’acquisition et d’analyse par projectionsur un plan perpendiculaire à l’axe du faisceau de rayons X (DXA),soit les méthodes volumiques plus élaborées de l’imagerietomodensitométrique (QCT, ou éventuellement synchrotron). Danstous les cas, une image numérique est obtenue directement. Untraitement plus ou moins élaboré de cette image, selon la conceptiondu logiciel, peut être ensuite pratiqué : modifications de taille(zoom), d’orientation et de contraste (et/ou de couleurs), mais aussimesures de distance, d’angle et de surface ou de volume(correspondant à un nombre de pixels ou de voxels).

31-100-F-10 Techniques de mesure de la densité minérale osseuse et de la composition corporelle Radiodiagnostic

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L’atténuation du faisceau de rayons X, dont la modélisation peut sefaire de façon simple grâce à une fonction exponentielle, dépend àla fois de l’épaisseur des tissus traversés et de leur coefficientd’atténuation pour le rayonnement utilisé (si φ0 est le flux dephotons à l’entrée et φ le flux après traversée d’une épaisseur X detissus de coefficient d’atténuation linéaire µ, alors : φ = φ0. exp(– µ.X) ; µ dépendant de l’énergie du rayonnement). Cetteatténuation varie de façon abrupte lorsque le faisceau passe d’unezone de tissus mous à une zone qui contient du tissu osseux. Par unseuillage, défini à partir du niveau moyen d’absorption des tissusmous (constituant ce que l’on peut appeler la « ligne de base »), leslimites physiques du tissu osseux peuvent être ainsi obtenues. Ceciconduit, selon la technique, surfacique (DXA) ou volumique (QCT),à la détermination d’un nombre de pixels ou de voxels considéréscomme occupés par du tissu osseux. Cette étape importante del’acquisition permet donc le calcul de la surface de projection despièces osseuses ou de leur volume. Pour la méthodeabsorptiométrique (DXA), le calcul montre que la quantité obtenueà partir de la mesure de l’atténuation correspond en fait à une massede tissus par unité de surface. Par abus de langage, cette quantitéest désignée par « densité » et elle est exprimée en général en g/cm2.Finalement, la méthode permet de définir deux quantités : la densitésurfacique et la surface de projection des éléments étudiés. Leproduit de ces deux quantités conduit à une masse : masse osseuseou masse des tissus mous. Les mesures du tissu osseux sont faitesen général en équivalent hydroxyapatite (HAP), minéral du tissuosseux dont le contenu en calcium est de 40 %.

APPAREILLAGE

¶ Absorptiométrie à rayons X

Actuellement, la majorité des examens dits d’absorptiométrie sepratique avec des appareils utilisant un rayonnement biphotonique(DXA), même pour les mesures du squelette périphérique. Parl’intermédiaire de deux équations d’absorption, ces appareilsprésentent l’avantage important de faire la discrimination entre tissumou et tissu osseux (cf supra). Pour les appareils à rayonnementmonophotonique, seule l’absorption moyenne des tissus traversésest obtenue et la mesure sélective de l’un ou l’autre de ces tissusn’est pas possible. Pour déterminer avec le plus d’exactitudepossible ce qui revient au tissu osseux, ces appareilsmonoénergétiques utilisent le plus souvent un « équivalent » tissumou d’épaisseur constante et bien définie. Par exemple, pour lesmesures de la DMO du radius et du cubitus, l’avant-bras estimmergé dans un bac d’eau. Les appareils à isotopes ont étéabandonnés et peu d’appareils à rayons X de type monoénergétique(single energy X-ray absorptiometry) sont utilisés.

Pour les appareils de DXA, deux technologies ont été développées.La première utilise un faisceau cylindrique de rayons X (dit souventpencil beam) de faible diamètre, de l’ordre du millimètre, qui balayela zone de tissu à étudier ligne par ligne, en « X-Y ». Dans unedeuxième approche technologique, des appareils utilisant unfaisceau en « éventail » (fan beam) ont été réalisés pour permettre unbalayage unique de la zone de mesure, en général selon la directionde l’axe principal de la table d’examen (fig 1A, B).

La deuxième technique a l’avantage faible de permettre uneacquisition plus rapide, mais elle est plus irradiante que la techniqueen single beam. De plus, il existe un agrandissement des surfaces deprojection, variable selon la distance avec la source, c’est-à-dire selonle niveau des tissus mesurés par rapport à la table d’examen et doncselon la corpulence des patients. Cette distorsion, difficile à corriger,complique les mesures. Des appareils de la toute dernièregénération, utilisant un faisceau large (cone beam) et une matricebidimensionnelle de détecteurs à semi-conducteurs permettant desacquisitions quasi instantanées sur des surfaces d’environ 20 cm× 20 cm, semblent avoir résolu, dans leur conception, la majorité deces problèmes (fig 1C).

¶ TomodensitométrieEn tomodensitométrie, les mesures sont faites, à l’étage vertébrallombaire, dans un tissu qui comporte, outre la substance minérale,une trame protéique, des cellules sanguines et de la graisse quiremplace progressivement le tissu hématopoïétique au cours duvieillissement. Cette dernière composante entraîne une sous-estimation des valeurs de densité minérale qui doit être corrigée [56].L’idéal serait de pouvoir faire les mesures de densitométrie osseuseen utilisant un scanner qui fonctionnerait avec plusieurs énergies(en toute rigueur, avec trois énergies pour résoudre avec exactitudeles quatre composantes citées ci-dessus). La réalisationtechnologique d’un tel système serait évidemment très compliquée.On a pourtant disposé d’excellents scanners fonctionnant en doubleénergie et qui permettaient de faire une très bonne correction del’« effet graisse » [45, 46] tout en ayant une bonne reproductibilité [11].Dans ces appareils, les deux tensions nécessaires étaient fourniessous la forme d’impulsions successives, de 85 et 125 kVp parexemple, ce qui était possible lorsque la vitesse d’acquisition descoupes n’était pas trop élevée (de 7 à 10 secondes par coupe). Avecles vitesses de rotation actuelles, de l’ordre de la seconde ou moins,il est malheureusement devenu beaucoup plus difficile de mettre enœuvre une technologie fiable de ce type de commutation et lesméthodes de mesures dont on dispose sur les scanners usuels sefont en simple énergie. Toutefois, des corrections pour l’âge sont engénéral programmées dans les logiciels de calcul de DMO.

D

S

1 Options technologiques possibles pour le balayage de la zone de mesure en absorp-tiométrie biphotonique à rayons X (DXA). S : source ; D : détecteur.

A. Faisceau cylindrique (pencil beam). Le diamètre du faisceau de rayons X estde l’ordre du millimètre. Ce faisceau très directif implique un balayage ligne par li-gne, en « X-Y ». L’espacement entre chaque ligne de balayage peut être adapté autype d’examen. De plus, avec cette technique de projection orthogonale, les mesu-res de surface peuvent être faites avec beaucoup d’exactitude.B. Faisceau large, en « éventail » (fan beam). L’acquisition se fait en un balayageunidirectionnel.C. Faisceau conique, bidimensionnel (cone beam). Ce type de faisceau, associé àun capteur matriciel, permet de faire des examens très rapides, par acquisition suc-cessives portant sur des zones dont la surface est d’environ 20 cm × 20 cm.

*A *B

*C

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IMAGERIE

Le scanner, de par sa conception prioritaire d’instrument d’imagerie,présente évidemment toutes les qualités pour faire des images dehaute définition et des scanners travaillant en très haute définitionont été développés pour faire des études de la texture osseuse dusquelette périphérique [26, 27, 86]. Cependant, il existe des scannerscommerciaux fonctionnant en double énergie qui sontspécifiquement dédiés aux mesures de DMO du squelettepériphérique et qui n’ont pas vocation à faire de l’imagerie fine(pQCT).Pour les examens absorptiométriques de type DXA, la qualité desimages peut venir en second plan. Il n’est en effet pas nécessaired’avoir une excellente résolution spatiale pour positionner une zoned’intérêt sur l’image du rachis lombaire ou de l’extrémité supérieuredu fémur. L’acquisition des données se fait ainsi, pour beaucoupd’examens, avec des appareils d’absorptiométrie qui sont desappareils robustes, dotés d’une informatique beaucoup moins lourdeque celle d’un scanner. De ce fait, les images obtenues, de qualitésouvent modeste, ne peuvent pas être utilisées pour le diagnosticradiologique, sauf éventuellement celui de tassement vertébral net,en général déjà connu (les fabricants de matériel font apparaître defaçon bien claire cette limitation sur l’impression des résultatsd’examen). Cet aspect est toutefois en train d’évoluer, avec ledéveloppement de logiciels permettant des études véritablementmorphologiques des corps vertébraux, sur des acquisitions de profildu rachis et qui demandent des images de bonne qualité.

PRÉPARATION DU PATIENT

Il n’y a pas à réaliser de préparation particulière du patient. Il fautbien entendu faire retirer tous les éléments absorbants quipourraient se trouver dans le champ d’investigation, tels bijoux,agrafes métalliques, boutons, fermetures à glissière ou tout autreélément métallique. Il faut également s’assurer que le patient n’apas subi très récemment des examens faisant intervenir des produitsde contraste ou une scintigraphie. Enfin, il est conseillé de ne paspratiquer de mesures densitométriques, chez une femme en âge deprocréer, sans être assuré qu’une grossesse n’est pas en cours, mêmeavec les appareils d’absorptiométrie qui sont très peu irradiants.

Examens absorptiométriques usuelschez l’adulte

RACHIS LOMBAIRE

C’est l’examen de base, pratiqué quasi systématiquement au coursd’un bilan osseux. Cet élément porteur du squelette axial qu’est lacolonne lombaire est en effet composé pour une part importante d’ostrabéculaire [74], composante osseuse à renouvellement rapide. Le

patient est installé en décubitus dorsal, les jambes surélevées par uncoussin suffisamment épais pour compenser la lordose et rendrel’axe du rachis lombaire le plus rectiligne possible. La mesure estsouvent pratiquée sur les vertèbres L2 à L4, pour que la zone debalayage n’empiète pas sur les dernières côtes et les crêtes iliaques.L’examen peut aussi se faire de L1 à L4, pour obtenir uneinformation sur une zone plus importante du rachis (fig 2). La priseen compte de l’arthrose rachidienne (ostéophytes, arthrosearticulaire postérieure) ainsi que des zones de calcificationsextrarachidiennes (plaques d’athérome), qui peuvent conduire à unemesure faussement élevée, constitue une des limitations majeuresde cet examen. L’acquisition en incidence latérale a été développéepour tenter de résoudre ces artefacts de mesure [99]. Cependant, etbien que sa sensibilité puisse être meilleure que celle de l’examen enincidence postéroantérieure, sa moins bonne reproductibilité etl’irradiation plus importante qu’il apporte font discuter l’intérêt decet examen, qui reste assez peu pratiqué [4, 7, 67].

EXTRÉMITÉ SUPÉRIEURE DU FÉMUR

La mesure de cette zone complète souvent celle de la colonnelombaire en incidence postéroantérieure. Elle permet en effet delever l’ambiguïté qui peut exister sur les résultats obtenus enmesurant un rachis atteint d’arthrose modérée. De plus, il a été biendémontré que la valeur de la DMO du col fémoral est le meilleurparamètre pour estimer le risque fracturaire à ce niveau [102].Le patient est toujours installé en décubitus dorsal, le membreinférieur à mesurer étendu dans le plan de la table d’examen et enabduction de 10° à 15°. On utilise un système de cale au pied, ou desangle à la cuisse, pour obtenir une rotation interne qui permette decompenser l’antéversion du col fémoral et le mette dans un planperpendiculaire au faisceau de rayons X. L’acquisition se fait surune zone qui englobe la tête fémorale et va jusqu’à 10 à 15 mm au-dessous du petit trochanter.Trois zones d’analyse sont habituellement définies par l’opérateur,comme on peut le voir sur la figure 3. La plus intéressante, car laplus sensible et la plus reproductible, est la zone du col fémoral.Elle est délimitée par un rectangle dont la longueur, perpendiculaireà l’axe du col, déborde de quelques millimètres la projection descorticales et dont la largeur est réglée pour correspondresensiblement à la longueur du col. Pour assurer à la mesure lameilleure reproductibilité possible, il est habituel de rendre cettezone tangente à la tubérosité du grand trochanter. La deuxième zonede mesure délimite la région du grand trochanter. Enfin, la troisièmezone est placée, de façon automatique ou manuellement, dans larégion de plus faible densité. C’est la zone triangulaire dite de Ward,du nom du chirurgien qui a décrit cette zone délimitée parl’orientation des travées osseuses suivant les lignes de contrainte entraction et en compression de l’extrémité supérieure du fémur (ladensité de ces travées est classiquement cotée par l’indice de Singh,de 7 à 1). Pour des raisons informatiques, cette zone de mesure est

L2 0,9791 12,21 3,30 12,47

L3 1,031 13,95 3,30 13,53

L4 0,9877 15,04 3,30 15,22

L2 - L4 0,9993 41,20 9,90 41,23

L1 - L4 0,9820 51,92 12,90 52,87

BMD

g/cm 2

BMC

g

Lon gueur

cm

Sur face

cm 2

2 Exemple d’examen du rachis lombaire chez une femmede 48 ans, mesurant 1,58 m. Chez cette femme ménopausée,la densité minérale osseuse moyenne des quatre vertèbresmesurées est située à un demi-écart-type au-dessous de lavaleur normale pour l’âge (Z = - 0,5) et à 0,9 écart-type au-dessous de la valeur maximale moyenne à 30 ans (T = - 0,9).La surface de projection et la hauteur de ces quatre vertèbresvalent 52,87 cm2 et 12,90 cm, données qui peuvent être uti-lisées pour rapporter la densité minérale osseuse à la taille etobtenir une valeur de densité volumique corrigée. BMD :bone mineral density ; BMC : bone mineral content.


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en général constituée par un petit carré et son positionnement n’estpas très reproductible. Il faut donc être prudent dans l’interprétationdu résultat obtenu à ce niveau.Les deux cols, dont la géométrie n’est en général pas strictementsymétrique, ne présentent pas la même densité. Les différencesmoyennes sont, dans notre expérience, de près de 10 % (0,5 à 1 écart-type). Il faut donc prendre soin de toujours mesurer le même fémurlors d’examens répétés chez un même patient. Les nouveauxlogiciels, récemment développés pour faire la mesure des deux colsau cours du même examen [68], ont un intérêt certain, car on ne saitpas, a priori, quel côté présente la densité la plus faible.Enfin, on peut signaler ici la mesure particulière de la DMOpériprothétique, pratiquée essentiellement dans le cas de prothèsesnon scellées de la hanche [23, 50, 95, 97]. Pour effectuer ces examens quiintéressent les orthopédistes, il faut un logiciel spécifique permettantde faire les mesures dans les zones définies par Grüen [36]. Ils neseront pas décrits plus en détail ici.

CORPS ENTIER

L’examen absorptiométrique du « corps entier », dont Mazess [66] aété l’un des tout premiers promoteurs, est de plus en plus pratiquéet actuellement, dans presque toutes les études cliniques mises enplace par les laboratoires pharmaceutiques, une absorptiométrie

« corps entier » est prévue. Cet examen apporte en effet denombreux renseignements, aussi bien sur le compartiment osseuxque sur la composition corporelle en masse maigre et masse grasse(fig 4). Les indications sont de ce fait nombreuses. C’est le cas enpathologie osseuse où une analyse globale et région par région dusquelette peut être utile. L’intérêt dans les ostéoporoses, lesostéomalacies, les ostéogenèses imparfaites ou les myélomes, parexemple, est évident. La mesure simultanée des tissus mous permetd’étendre ces indications à la plupart des pathologies endocriniennes(diabète, maladie de Cushing, hypo- et hyperthyroïdies,hyperparathyroïdies, syndrome de Turner), aux désordresmétaboliques (malabsorptions digestives, syndromeimmunodéficitaire acquis, sarcomes, maladies sanguines), à l’obésitéet l’anorexie mentale etc.

L’examen est simple à réaliser et, avec les appareillages actuels, ilpeut se faire avec des vitesses de balayage élevées sans perdred’information (par exemple 260 mm/s en single beam ; il ne prendainsi qu’environ 5 minutes pour un sujet adulte de taille moyenne).Le patient est installé en décubitus dorsal, les membres supérieursalignés le long du corps, les mains à plat en pronation et lesmembres inférieurs alignés dans l’axe du corps, en rotation interned’environ 20° pour bien dégager les péronés. Cette installationassure une bonne reproductibilité à l’examen (CV ≈ 0,7 %). Auxzones d’intérêt usuelles, qui délimitent l’extrémité céphalique, le

Colfémoral 0,7352 3,6620 1,50 04,981

Troc 0,5012 5,933 11,84

Tri W 0,5922 0,5922 1,00 01,000

BMD

g/cm 2

BMC

g

Lon gueur

cm

Sur face

cm 2

3 Étude de l’extrémité supérieure du fémur. L’acquisi-tion englobe la tête fémorale et s’étend jusqu’à 10 à 12 mmau-dessous du petit trochanter (six à huit lignes de ba-layage). Classiquement, trois zones d’intérêt sont définiespour l’analyse. Celle du col fémoral, délimitée par un rec-tangle dont la longueur est perpendiculaire à l’axe du col fé-moral, est en général positionnée de façon à être tangente àla tubérosité du grand trochanter. Ce positionnement précisassure une bonne reproductibilité à la mesure de la densitéminérale de cette zone. La deuxième zone d’intérêt est celledu grand trochanter, délimitée par le versant interne dugrand trochanter et l’axe du col. Enfin, la zone de densitéminérale minimale est définie par un petit carré et corres-pond sensiblement au triangle de Ward.La zone de mesure la plus reproductible et qui s’avère la plussensible est celle du col fémoral. BMD : bone mineral den-sity ; BMC : bone mineral content. Troc : trochanter. Tride W : triangle de Ward.

BMD

g/cm 2

BMC

g

Surfa ce

cm 2

Lon gueur

cm

Largeur

cm

Massemaigre

g

Massegrasse

g

Tête

Tronc

Abdomen

Mb sup.

Mb inf.

Total

1,8830

0,8449

0,9567

0,6148

0,9171

0,9269

0542,9

0840,0

0313,2

0362,6

0942,8

2688,0

0288,2

0994,3

0327,3

0589,8

1028,0

2900,0

03250

17442

08666

03360

12886

36937

0715,7

11305,0

05232,0

03827,0

08058,0

23905,0

4 Examen « corps entier ». L’analyse porte sur l’ensem-ble du squelette et des tissus mous (masse maigre et massegrasse), mais elle est également faite par régions d’intérêt.Sur cet exemple de résultats normaux, obtenus chez unefemme de 57 ans, sans anomalie du métabolisme osseux, ladensité minérale osseuse du squelette entier (DMOt =0,929 g/cm2) correspond à une valeur moyenne. La densitéminérale de l’extrémité céphalique, qui varie très peu avecl’âge, est deux fois plus élevée, alors que celle du squelettedes membres supérieurs est 1,5 fois plus faible. Pour cetteraison, la DMOt est un paramètre peu sensible. Pour inter-préter les résultats d’examen « corps entier », il est préféra-ble d’utiliser les valeurs du contenu minéral osseux CMO(ici CMOt = 2 688 g) qui sont corrélées au poids corporel.BMD : bone mineral density ; BMC : bone mineralcontent.


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tronc, le pelvis et les membres, il est possible, avec la plupart deslogiciels, d’ajouter au moins deux zones d’analyse supplémentairesà contours déformables. Cet ensemble de zones de calcul permet defaire une analyse détaillée du squelette osseux ainsi que de larépartition de la masse musculaire et de la masse grasse. Ceci estparticulièrement utile pour comparer deux zones symétriques ducorps, ce qui peut être le cas, par exemple, pour estimer l’évolutiond’une algodystrophie.

SQUELETTE PÉRIPHÉRIQUE

L’avant-bras, qui a été le tout premier site de mesure de la DMO (cfsupra) est parfois quelque peu oublié. Il s’agit cependant d’un siteintéressant pour effectuer un dépistage simple de l’ostéoporose [80].En effet, en pratiquant deux mesures, l’une au niveau distal, richeen os trabéculaire et l’autre au tiers moyen de l’avant-bras, quasipurement cortical, des informations précises sur la DMO des deuxcompartiments osseux sont obtenues (fig 5).La mesure de la DMO peut être faite en d’autres sites, poignet etmain par exemple, avec des applications tels le suivi deshyperparathyroïdies ou même des polyarthrites rhumatoïdes [93], oule contrôle de l’évolution normale de la croissance [17].Le calcanéum, os porteur très riche en os trabéculaire, est égalementétudié et il existe maintenant des appareils de DXA dédiés presqueuniquement à cette zone du squelette. Ces appareils utilisent unfaisceau conique de rayons X et un détecteur matriciel à semi-conducteurs, couvrant l’ensemble de la zone à mesurer. La mesurese fait ainsi de façon quasi instantanée, en 5 à 10 secondes. De plus,l’acquisition et l’analyse peuvent être faites avec une excellenterésolution spatiale (pixels de 0,2 mm, par exemple).Pour le squelette périphérique, il existe également (cf supra) desméthodes de mesure tomodensitométriques utilisant de petitsscanners qui fonctionnenent en double énergie et sont équipés delogiciels qui permettent de mesurer avec une très bonnereproductibilité la DMO des deux composantes osseuses trabéculaireet corticale, ainsi que les surfaces respectives de ces compartimentssur des sections droites des os, ouvrant ainsi la voie à desinvestigations nouvelles [94].Une technique dérivée pour l’analyse du squelette périphérique estla radiogrammétrie.Avec cette technique, la DMO est estimée en comparant l’atténuationdes os et celle d’un matériau absorbant connu, ou en analysant ladensité optique de radiographies numérisées de la main, la méthodeprend alors le nom de digital X-ray radiogrammetry [6, 41]. Elle nepeut s’appliquer qu’au squelette périphérique. Le plus souvent, lesmesures sont faites sur les métacarpiens ou les phalanges et dans lecas où un matériau de référence est utilisé, en général sous la formed’un coin d’aluminium, celui-ci est placé entre les doigts. Laméthode a permis également de redécouvrir l’intérêt de la mesurede l’index corticodiaphysaire tel qu’il avait été défini auparavant [57].

RÉSULTATS ET ANALYSE DES DONNÉES

Les paramètres osseux mesurés au cours des examensabsorptiométriques de type DXA permettent, par comparaison avecles valeurs de référence obtenues lors de l’étude de populationstémoins, de classer les patients en fonction de leur risque fracturaire.

¶ Grandeurs mesurées et unitésÀ l’intérieur d’une zone d’intérêt définie par l’opérateur, lesgrandeurs mesurées correspondant à l’absorption, sont le CMO

(noté plus souvent BMC, pour bone mineral content) et la DMO (ouBMD pour bone mineral density) qui s’expriment habituellement eng et g/cm2 en équivalent HAP, minéral du tissu osseux (mais quidevraient être, en unités internationales, en kg et kg/m2). Il fautnoter que cette « densité » correspond en fait à la mesure d’unequantité de minéral par unité de surface. Il ne s’agit donc pasréellement d’une densité. Tout au plus peut-on parler (cf supra) de« densité surfacique ». Cet aspect est à bien noter, car il constitueune limitation de la technique. On voit immédiatement, en effet, quedeux pièces osseuses de même densité minérale réelle peuvent avoirdes valeurs de densité absorptiométrique différentes. Ainsi, deuxéléments osseux cylindriques, de même longueur mais de sectiondifférente, ont-ils des densités minérales surfaciques (en g/cm2)proportionnelles à leur diamètre (fig 6). Les mesures effectuées surdes pièces osseuses en cours de croissance doivent donc êtrecorrigées pour tenir compte de ce point et être comparables dans letemps.Il faut, bien entendu, ajouter les quantités mesurées dans les tissusmous, en même temps que les paramètres osseux : masse maigre(MM) et masse grasse (MG), habituellement notées en grammes. Lesvaleurs de ces deux composantes sont parfois données de façonaccessoire lors des examens du rachis et de l’extrémité supérieuredu fémur, mais elles sont évidemment de tout autre intérêt dansl’examen « corps entier ». On peut noter enfin que l’examen « corpsentier » permet ainsi de mesurer le poids corporel : P = CMO+ MM + MG et de faire l’estimation de chacune des composantes enpourcentage de P.

¶ Valeurs normales

L’analyse de l’ensemble des données obtenues chez un patient, lorsde l’un de ces examens, ne peut se faire que par comparaison à desvaleurs de référence obtenues à partir de la mesure de populationstémoins. Malheureusement, chaque fabricant de matériel de DXA autilisé pour ses appareils une méthode d’étalonnage qui lui est

BMDg/cm 2

BMCg

Lon gueurcm

Sur facecm 2

Radius + cubitusdistalRadius + cubitusproximalRadius proximal

0,3307

0,63570,6661

1,3820

1,42100,8642

1,00

1,001,00

4,180

2,2361,297

5 Examen de l’avant-bras. Les mesures sont faites au ni-veau distal et au tiers moyen des os de l’avant-bras, permet-tant ainsi d’obtenir des informations sur les deux compar-timents osseux, trabéculaire et cortical. BMD : bonemineral density ; BMC : bone mineral content.

h

Faisceau de rayons X

D1 D2

6 Correction pour la taille. Deux pièces osseuses cylindriques de même densité mi-nérale q et de même longueur h, mais de diamètres différents, D1 et D2, ont une den-sité minérale osseuse (DMO) proportionnelle à leur diamètre, lorsque celle-ci est me-surée par une méthode absorptiométrique de projection. En effet :DMO = q·p·h·D2/4·D·h = K·D (avec K = q·p/4).Cette modélisation simple montre l’intérêt qu’il y a à pratiquer une correction pour rap-porter les résultats à la taille. Cette correction est nécessaire pour pouvoir interprétercorrectement les résultats de densitométrie osseuse par dual energy X-ray absorp-tiometry chez les sujets en cours de croissance, mais aussi chez les adultes dont la tailles’écarte de façon notable de la moyenne, une variation d’un écart-type sur la hauteurdes vertèbres mesurées entraînant une variation du même ordre de grandeur sur DMO.


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propre, de telle sorte que les mesures qui pourraient être effectuéeschez un même patient avec des appareils de marque différente nesont pas directement comparables. Cependant, des corrélations ontété établies pour faire correspondre ces mesures (cf supra).Quel que soit le système de mesure et l’examen, les valeurs normalessont couramment représentées par une courbe représentant lesvaleurs moyennes de la quantité mesurée, par exemple la DMO aucol fémoral, en fonction de l’âge des patients. Cette courbe moyenneest en général encadrée par deux courbes parallèles, séparées de± 2 DS de la moyenne et définissant donc l’intervalle de confiance à95 %. Parfois, les valeurs normales sont proposées en percentiles ; le50e percentile correspond à la moyenne et les courbes représentantle 3e et le 97e percentiles sont alors utilisées (100 – 2 × 3 = 94 % desvaleurs).

Au rachis lombaire

La figure 7 donne un exemple de courbe des densités normales chezla femme entre les âges de 20 et 80 ans. Sur cette courbe, deuxéléments sont à noter :

– il existe un maximum de DMO (peak bone mass), pratiquementatteint en fin de croissance, mais que l’on peut situer plusprécisément vers l’âge de 30 ans chez la femme ;

– la décroissance quasi exponentielle qui se produit ensuitecorrespond à une perte physiologique normale ; il est intéressant devoir que le taux de cette perte est maximal vers 50 ans (avec unevaleur moyenne de l’ordre de 0,9 % par an, entre 45 et 65 ans), cequi met en évidence l’importance de la surveillance du squeletteosseux chez la femme au cours de la période périménopausique [79].Sur ce type de courbe, la valeur de la DMO mesurée à l’étagevertébral lombaire chez une patiente peut être comparée à la valeurmoyenne pour l’âge, ainsi qu’à la valeur maximale dans lapopulation de référence. Les différences avec ces valeurs moyennesnormales peuvent se calculer en pourcentage, mais il est plus parlantde les exprimer en prenant comme unité un écart-type. Des« scores », notés Z et T, sont ainsi définis (fig 8).

À l’extrémité supérieure du fémur

À cet endroit, la courbe de variation de la DMO avec l’âge a uneallure très semblable à celle correspondant au rachis lombaire. Les Zet T scores sont définis de la même façon pour chacune des zonesmesurées et spécialement pour la zone du col fémoral (fig 9). Onpouvait s’attendre à ce que, en utilisant cette façon identiqued’exprimer les résultats, une patiente puisse avoir les mêmes Z scoreet T score pour les deux sites, vertébral lombaire et col fémoral. Unebonne concordance entre les résultats n’existe malheureusement quedans 56 % des cas, comme cela a été montré récemment chez plusde 5 000 patientes [103].

Examen « corps entier »

Pour ce qui concerne le compartiment osseux, les informations lesplus intéressantes obtenues à partir de cet examen sont celles duCMO total (CMOt ou BMCt) ou régional (CMO des membres, en

particulier). La DMO du squelette entier (DMOt ou BMDt) estfaiblement corrélée à la taille et au poids (r ≈ 0,45, dans notreexpérience). Elle varie peu avec l’âge et n’est donc pas trèsinformative [13]. Cette faible sensibilité de la densité vient en partiedu fait qu’elle est la moyenne de densités très différentes, celles desmembres et celle de l’extrémité céphalique, par exemple. L’extrémitécéphalique peut représenter en effet, plus du tiers du CMOt à 70 anset sa densité qui ne varie pratiquement pas avec l’âge (variation demoins de 0,5 % entre 40 et 90 ans), peut être de plus du double decelle des membres. Le CMO, bien corrélé au poids corporel ou, sil’on veut prendre en compte la taille et le poids, à la surfacecorporelle [13], est d’un plus grand intérêt. De plus, son analyserégion par région peut être utile dans de nombreux cas d’examens,en endocrinologie et en orthopédie, en particulier.Pour l’analyse de la composition corporelle, en masse maigre etmasse grasse, le poids corporel est de loin le paramètre le plusimportant. En utilisant les corrélations linéaires établies entre massegrasse ou masse maigre et le poids, des valeurs moyennes deréférence peuvent être calculées et, pour un patient donné, les écartsavec ces valeurs calculés.

¶ Classification des patientes et risque fracturaireUne commission de l’Organisation mondiale de la santé a défini descritères simples de classification des résultats de densitométrieosseuse, en vue du dépistage de l’ostéoporose, qui sont indiquésdans le tableau I [101]. Il faut cependant noter que ces critèress’appliquent à des femmes d’origine caucasienne ménopausées,pour la mesure de leur DMO par absorptiométrie biphotonique àrayons X, au rachis vertébral lombaire. La concordance entre les Tscores lombaire et fémoral n’est pas totale (cf supra) et l’applicationdes critères du tableau I aux mesures fémorales par DXA ou àl’analyse d’examens effectués avec d’autres modalités peut conduireà des conclusions erronées [30, 35, 47, 63, 84, 88].Le risque fracturaire (RF) est souvent entendu comme étant le risquerelatif de fracture en un site du squelette, correspondant à une DS

7 Valeurs normales (moyenne ± 2 DS) de la densité minérale osseuse (DMO) me-surée chez les femmes, à l’étage vertébral lombaire (L2-L4), sur un appareil NorlandXR-36. La courbe présente un maximum vers l’âge de 30 à 35 ans, puis une décrois-sance avec un point d’inflexion vers 50 ans, qui correspond à la ménopause.

8 Les écarts de la valeur de densité mesurée, avec la valeur normale pour l’âge et avecla valeur maximale, sont en général calculées en déviation standard, conduisant à desscores Z et T.Noter que cette méthode peut s’appliquer à tous les types d’examens absorptiométri-ques. Elle a, de plus, l’avantage de donner des résultats plus comparables les uns auxautres que la valeur de densité minérale osseuse (DMO) en g/cm2, quand ils sont ob-tenus sur des appareils différents.Chez la patiente de 60 ans dont la valeur de DMO est représentée sur cette figure, Z =-1,0 et T = - 2,5 ; cette dernière valeur est celle retenue par l’Organisation mondiale dela santé pour porter le diagnostic d’ostéoporose.

9 Courbe des valeurs normales (moyenne ± 2 DS) de la densité minérale osseuse(DMO) mesurée au col fémoral chez la femme (appareil Norland XR-36).


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de décroissance de la DMO mesurée en ce site ou en un autre site.Des valeurs de ce paramètre RF/DS, calculées par Eddy et al [28] sontdonnées dans le tableau II.

On peut également estimer le RF en admettant qu’il évolue de façonsensiblement exponentielle avec la valeur de T et qu’il peut êtreestimé en l’exprimant par la quantité 2–Z ou 2–T [59]. Une patiente quiprésenterait, pour sa DMO lombaire, une valeur de Z de -1,5 et unevaleur de T de -3, aurait ainsi un risque relatif de faire un tassementvertébral environ trois fois plus élevé qu’une femme de son âgeayant une DMO normale et huit fois plus élevé qu’une femmenormale de 30 ans (2 1,5 = 2,8 et 23 = 8). Les mêmes calculs de risquede fracture de l’extrémité supérieure du fémur seraient à faire avecles Z et T scores correspondants.

MORPHOMÉTRIE VERTÉBRALE

La proportion d’individus de plus de 50 ans qui présentent unaspect de tassement d’au moins une vertèbre est sensiblementidentique dans tous les pays développés et atteint 20 à 25 % [70, 75].Or, il est établi depuis une dizaine d’années [83] et confirmé depuis,dans diverses études [5, 69], que le risque de nouvelle fracture, aurachis ou à l’extrémité supérieure du fémur, est largement augmenté(de deux à cinq fois) s’il existe déjà un tassement vertébral.Malheureusement, pour différentes raisons, en particulier parce queles tassements vertébraux non traumatiques sont en général quasiasymptomatiques, ces fractures sont très souvent de découvertefortuite et on estime que seulement un quart d’entre elles sontcliniquement connues [29].

Certains appareils d’absorptiométrie sont maintenant capables defaire des clichés, en « mode radio », de l’ensemble du rachis deprofil, en des temps courts, permettant des acquisitions en apnée(10 secondes environ). De plus, la résolution spatiale, de cinq à dixpaires de lignes par centimètre, est suffisante pour que des mesuresfiables de la hauteur des corps vertébraux, par exemple aux niveauxantérieur et postérieur, puissent être pratiquées. Associées à celle dela DMO, ces mesures constituent un apport important dans un bilandu squelette osseux et peuvent être d’une aide certaine dans ladécision de mettre en route un traitement. On considère en effet que30 % environ des patients qui nécessiteraient d’être traités ne le sontpas s’ils n’ont pas eu un examen radiologique du rachis.

Tomodensitométrie quantitative

La tomodensitométrie, conçue d’abord pour fournir des imagesd’excellente définition (cf supra) est à mettre à part ici.

PRINCIPE TECHNIQUE

Les premières mesures avec cette technique ont été initiées parAlvarez [1]. Elles se sont ensuite assez vite développées [20, 58, 87]. Cesont des mesures volumiques qui se pratiquent dans une zone detissu osseux bien délimitée. Elles sont en effet effectuées dans unvolume défini par l’aire de la zone d’intérêt et l’épaisseur de lacoupe scanographique, toutes les deux programmées par l’opérateur.Le centre du corps vertébral, composé d’os trabéculaire, représentela zone d’étude la plus habituelle.L’échelle densitométrique en unités Hounsfield ne peutmalheureusement pas être utilisée directement et on obtient ladensité minérale d’une pièce osseuse par comparaison avec celled’un fantôme de densité minérale connue et mesuré en même temps(fantôme dans le matelas de la table d’examen) (fig 10A) ou dans undeuxième temps (fantôme d’une section horizontale de l’abdomen,comportant une vertèbre modélisée) (fig 10B). Dans ces conditions,les mesures de densité en unités Hounsfield peuvent être corrigéeset transformées en densité minérale, en g (ou plus souvent en mg)HAP/cm3. On a donc affaire ici à une véritable mesure de massevolumique.

APPLICATIONS PRATIQUES POSSIBLES

Cette excellente technique qui devrait se développer, avec lespossibilités nouvelles de reconstruction qu’offre l’acquisitionhélicoïdale, reste cependant encore d’utilisation limitée. Une desraisons provient sans doute des logiciels eux-mêmes, avec lesquelsles mesures ne sont bien établies que pour la composante osseusetrabéculaire au rachis, mais elle vient aussi, au moins en France, dudésintérêt quasi total du milieu radiologique pour ces mesures,jugées parfois longues et compliquées et laissées aux soins d’autresspécialités. Des développements de logiciels extrêmementintéressants existent, et des mesures très complètes et trèsinformatives peuvent être faites sur des reconstructionstridimensionnelles, en particulier à l’extrémité supérieur du fémurou encore aux maxillaires, pour les applications d’implantologiedentaire. Il faut signaler, de plus, qu’avec les scanners actuels latechnique a une très bonne reproductibilité, même sur des duréesde plusieurs années [9].

RÉALISATION DES EXAMENS USUELSAU RACHIS LOMBAIRE

Le patient est installé en décubitus dorsal, les jambes surélevées parun coussin pour redresser le rachis et les membres supérieurs placésde façon à ne pas se trouver dans la zone de mesure, en mettant parexemple les bras derrière la tête, position qui a l’avantagesupplémentaire de tirer sur le rachis. On utilise le « mode radio » duscanner pour programmer une coupe sur chacune des vertèbres àétudier, en général de L1 à L4. Chacune de ces coupes est centréesur le plan médian horizontal des corps vertébraux. Leur épaisseurdoit être suffisamment importante pour que la mesure soit effectuéedans un volume osseux représentatif de l’ensemble du corpsvertébral. On choisit le plus souvent 10 mm. L’acquisition est faiteégalement sur un fantôme de référence, simultanément ou dans undeuxième temps (cf supra).

ZONES D’INTÉRÊT POUR L’ANALYSE

L’opérateur positionne une région d’intérêt au centre de l’image ducorps vertébral, région habituellement de forme elliptique, pourprendre en compte la plus large part possible du tissu osseuxtrabéculaire du corps vertébral, en évitant la zone vasculairepostérieure dont la morphologie est très variable d’un étage

Tableau I. – Critères définis par l’Organisation mondiale de la santépour le diagnostic de l’ostéoporose chez les femmes d’origine cauca-sienne, en fonction de la valeur de l’écart de la densité minérale os-seuse mesurée avec celle de la population adulte jeune normale(T score).

Normal T > - 1

Ostéopénie - 2,5 < T < - 1,0

Ostéoporose* T < = - 2,5

*Les patientes de ce dernier groupe qui ont déjà fait une ou plusieurs fractures sont classées comme ayant uneostéoporose sévère.

Tableau II. – Risque fracturaire (RF) relatif pour une diminution d’unécart-type (ou déviation standard [DS]) de la densité minérale os-seuse mesurée : RF/DS (d’après Eddy et al [28]). Noter que le meilleurprédicteur du risque fracturaire en un site est la valeur de la densitéminérale mesurée en ce site. Il faut également noter l’excellente valeurprédictive globale de la mesure au col fémoral.

RF/DS

Sites de mesure Poignet Vertèbre Fémur

Avant-bras 1,8 1,6 1,6

Rachis lombaire 1,6 2,0 1,3

Col fémoral 1,6 1,9 2,6


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vertébral à l’autre. Certains logiciels plus élaborés font une détectiondes contours osseux et positionnent automatiquement des régionsd’intérêt qui délimitent les deux composantes osseuses trabéculaireet corticale (fig 10A). Une zone d’intérêt est placée dans la zoneappropriée du fantôme, pour obtenir la ou les valeurs de référenceutilisées pour calculer les densités vertébrales chez le patient, enéquivalent minéral (fig 10).

RÉSULTATS ET VALEURS NORMALES

Le calcul de la densité se fait ainsi pour chaque voxel constituant levolume d’intérêt délimité dans le corps vertébral. La valeurmoyenne finalement obtenue (en mg HAP/cm3) est à comparer à lavaleur normale pour l’âge, soit en pourcentage de cette valeurmoyenne, soit de façon plus classique, en utilisant la valeur del’écart-type de la population normale comme unité, pour définirl’écart de la valeur mesurée avec la valeur moyenne normale. Lesrésultats peuvent ainsi être donnés en Z et T scores, comme pour lesmesures par DXA.

INTÉRÊT ET LIMITES

La méthode QCT permet de ne prendre en compte, à l’étagelombaire, que le tissu osseux vertébral et de s’affranchir ainsi desartefacts de mesure qui peuvent intervenir dans la mesure par DXA.Elle a aussi de ce fait une plus grande sensibilité, avec un tauxannuel de pertes en minéral osseux de l’ordre de 1,2 % chez lafemme, entre les âges de 45 et 70 ans et une perte globale à 80 ansde plus de 50 % par rapport à la valeur trouvée chez l’adulte jeune(fig 11).La DMO mesurée par QCT est très nettement corrélée avec le RF,non seulement aux vertèbres, mais aussi au trochanter [51].Les limites de cette méthode d’étude de la DMO viennentprincipalement de la dose d’irradiation qu’elle délivre et qui estsensiblement plus élevée que celle apportée par les examensabsorptiométriques de type DXA. Même si les calculs montrent quela dose efficace reste faible [44], il n’est pas d’usage de pratiquer cesmesures chez les enfants et seulement quelques études spécifiquesont été faites [32] (cf infra). Il est à noter, toutefois, que des mesurespar QCT peuvent être faites au cours d’examens non spécifiques [39],n’entraînant ainsi pas d’irradiation supplémentaire.

Un aspect important : l’irradiation

La dose d’irradiation délivrée au cours d’examens utilisant desrayonnements ionisants, ou dose absorbée D, correspond à l’énergieapportée aux tissus par unité de masse. Son unité est donc le Joulepar kilogramme (J/kg), plus souvent appelée Gray (Gy). Cependant,l’effet spécifique d’un rayonnement est différent selon que l’on aaffaire à des particules, neutrons par exemple, ou à desrayonnements photoniques, rayons X ou c. Pour en tenir compte, onintroduit un coefficient d’efficacité biologique ou « facteur dequalité » Q et on définit la dose équivalente par Deq = Q × D, quiest exprimée en Sievert (Sv). En fait, pour les énergies utilisées dansle domaine du radiodiagnostic, les choses sont simples, car Q = 1 etune dose absorbée de 1 Gy correspond à une dose équivalente de1 Sv (mais Q serait de 10 pour des neutrons). Enfin, chaque tissu aune sensibilité propre aux rayonnements ionisants et pour connaîtrel’effet global sur l’organisme d’une irradiation localisée on affecte àchaque organe un facteur de pondération (par exemple, selon lesdonnées de l’International commission on radiological protection de1990 [2] : pour les gonades, 0,20 ; la moelle osseuse, 0,12 ; le foie, 0,05etc). La dose efficace, exprimée également en Sievert, est obtenue enfaisant la somme des quantités calculées pour chacun des organesirradiés pendant l’examen. Par exemple, un scanner abdominalconduisant à une dose absorbée de 30 mGy apporte une doseefficace d’environ 7 mSv [44].Une règle générale évidente est de faire en sorte que les examensradiologiques soient le moins irradiants possible. Cette règle,exprimée dans le principe « ALARA » (as low as reasonablyachievable) et souvent citée, s’applique évidemment aux examens

10 Exemple de mesure de la densité minérale osseuse à l’étage vertébral lombaire, partomodensitométrie quantitative. Cette mesure qui se pratique sur une coupe épaisse,d’environ 10 mm, au centre du corps vertébral (os trabéculaire), mais également, aveccertains logiciels, sur la composante corticale (A), conduit à des valeurs de densitéréelle, en g/cm3. Pour obtenir ces valeurs, il faut mesurer des fantômes comportant unou plusieurs matériaux de référence, de densités connues. Ces mesures peuvent être ef-fectuées sur la même coupe tomographique que la vertèbre à mesurer, le fantôme étantpositionné sous le patient, dans un logement du matelas (A), ou dans un deuxièmetemps, sur des coupes effectuées sur un fantôme comportant un modèle de vertèbre dontle corps est amovible et peut être constitué de matériaux de densités différentes (B).

*A

*B

11 Taux global de pertes physiologiques en minéral osseux chez la femme, tel qu’ilpeut être estimé à partir de la variation de la densité minérale osseuse mesurée au ra-chis lombaire, par absorptiométrie à rayons X (DXA) et par tomodensidométrie quan-titative (QCT). La mesure par QCT, au centre du corps vertébral, en os purement tra-béculaire, est plus sensible que la mesure par DXA, qui prend en compte la composantecorticale. Ainsi, les pertes physiologiques en minéral osseux trabéculaires sont-elles deprès de 55 % chez la femme entre 30 et 85 ans.


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absorptiométriques utilisant des rayonnements ionisants.Cependant, la dose d’irradiation reçue par le patient lors de telsexamens est faible, de l’ordre de quelques microSieverts, commel’ont montré les mesures effectuées par les constructeurs etconfirmées dans différentes études [18, 72, 82]. Ainsi, un examenabsorptiométrique du rachis lombaire en incidencepostéroantérieure, en mode standard (single beam) délivre-t-ilenviron 2 µSv. Les examens faits en utilisant des appareils quitravaillent en fan-beam, ainsi que les investigations de morphométrievertébrale sont cependant plus irradiants (10 à 30 µSv et 50 µSvenviron, respectivement). Ces valeurs sont à comparer à cellescorrespondant aux examens radiologiques courants, environ 3 mSvpour un examen du rachis lombaire et 60 à 80 µSv pour uneradiographie de face du thorax, et à la dose due à l’irradiationnaturelle (au moins 2,5 mSv/an, en moyenne, en France ; une dosede 1 mSv correspond ainsi à environ 6 mois d’irradiation naturelle).Les examens effectués par tomodensitométrie apportent une dosed’irradiation supérieure, mais on peut réduire cette dose en utilisantles paramètres d’acquisition les plus faibles possibles (une règleclassique pour estimer la dose d’irradiation, en microSievertsdélivrée au cours d’un examen tomodensitométrique pratiqué à 120-130 kVp, est de multiplier la valeur de l’intensité en mAs par 70).De plus, il faut prendre en compte la dose efficace et non la dose àla peau.Note : Les anciennes unités, rad et rem, sont parfois encore utilisées.Elles correspondent à 1 cGy et 1 cSv, respectivement.

Autres méthodes

Pour pratiquer un dépistage large de l’ostéoporose, on a cherché àdévelopper des méthodes d’utilisation simple et si possible nonirradiantes. Les méthodes ultrasonores sont maintenant bien établieset largement utilisées. D’autres méthodes, plus destinées à l’étudede la texture du tissu osseux, sont encore essentiellement utiliséesen recherche. Cependant, certaines d’entre elles, celles dérivées del’imagerie par résonance magnétique (IRM) en particulier,commencent à apparaître comme des techniques possibles dans lesétudes cliniques.

MÉTHODES ULTRASONORES : SITES DE MESUREET GRANDEURS MESURÉES

Le site de mesure le plus courant est le calcanéum, os porteur richeen composante trabéculaire. Les appareils utilisés sont à bain d’eau,avec régulation de la température du bain, pour éviter une dérivedes mesures, ou à sec, en utilisant un gel de contact (fig 12).Moins fréquemment, au moins dans le dépistage de l’ostéoporose,la diaphyse des os longs, du tibia en particulier [81], ainsi que lesphalanges sont également des sites utilisés [25].Deux grandeurs sont habituellement mesurées : la vitesse c desondes ultrasonores (très souvent notée SOS, pour speed of sound) etl’atténuation en fonction de la fréquence (notée BUA, pourbroadband ultrasound attenuation), introduite par Langton [53, 55]. Ladéfinition de cette dernière grandeur repose sur le fait quel’atténuation des ondes ultrasonores augmente avec la fréquence etqu’elle correspond à la somme des atténuations des milieuxtraversés, lorsqu’on l’exprime de façon logarithmique (en décibelspar mégaHertz). Techniquement, des ondes ultrasonores sont émisespar un transducteur sur une bande de fréquences large, compriseentre 0,1 et 0,6 MHz par exemple, et l’intensité des ondes recueilliespar un second transducteur, après traversée des tissus, est soustraitede celle mesurée dans un milieu de référence, l’eau en général. Ainsi,une relation linéaire entre l’amplitude de l’atténuation et lafréquence est établie (fig 13). La pente de la droite correspondanteest la valeur de BUA, qui s’exprime en dB/MHz.Récemment, une technique d’analyse du rayonnement ultrasonorerétrodiffusé a également été envisagée [84] et un nouvel index BUB(broadband ultrasound backscattering) a été défini pour l’analyse despropriétés du tissu osseux.

La vitesse c, dont l’ordre de grandeur [98] est d’environ 1 750 m/slorsqu’elle est mesurée dans des échantillons de tissus osseuxdéminéralisés et d’environ 4 000 m/s dans des échantillons danslesquels les protéines ont été extraites, est directement liée auxpropriétés mécaniques de l’os. Elle s’exprime en effet par c2 = E/q,expression dans laquelle E est la valeur moyenne du module deYoung du milieu dans la direction de propagation de l’ondeultrasonore et q est la masse volumique de ce milieu.

In vivo, les valeurs des vitesses mesurées au calcanéum sont prochesde la vitesse de référence c0 trouvée dans l’eau, ce qui met enévidence de façon nette l’influence des tissus mous et indique queles interprétations simples, souvent utilisées, sont sans doute assezéloignées de la réalité physique, qui devra être prise en compte pourdes développements futurs [37]. Cependant, il a été établi que lavaleur de BUA est associée au poids corporel, à la prise de calcium,ainsi qu’à des facteurs de risque comme l’activité physique et lepassé familial d’ostéoporose [21] et plusieurs études ont indiqué queles mesures de la SOS et de la BUA au calcanéum peuvent avoir lamême valeur prédictive que les mesures classiques de DMO parDXA [3, 31, 62]. Une étude récente [92] a également montré que, dans lesdiaphyses des os longs (au tiers distal du radius et au tiers moyende la diaphyse du tibia), la vitesse des ondes sonores est corrélée à

E R

12 Méthode d’estimation de la densité minérale osseuse utilisant des ondes ultraso-nores. La mesure se fait le plus souvent au calcanéum, os porteur riche en os trabécu-laire. Les transducteurs émetteur (E) et récepteur (R) sont placés de part et d’autre dela pièce osseuse à étudier. Ils sont positionnés soit à une distance fixe, et la mesure se faitalors dans un bac d’eau maintenue à température constante (vitesse de propagation desondes sonores dans l’eau dégazée, à 25 °C : co ≈ 1 480 m/s), soit en contact avec la peau,par l’intermédiaire d’un gel.La vitesse de propagation de l’onde acoustique qui peut ainsi être mesurée et qui est di-rectement liée au module de Young du milieu traversé, donne une estimation de la qua-lité mécanique de ce milieu.

13 Les mesures acoustiques sur une bande de fréquences suffisamment large (de 0,5MHz, par exemple) permettent de définir le taux d’absorption sur cette bande (ou BUA,pour broad band attenuation), en dB/MHz. Ce paramètre apparaît comme une ca-ractéristique des qualités mécaniques de l’os, liée à son architecture tridimensionnelle.

A. Os normal.B. Ostéoporose.

*A *B


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la DMO corticale, sans qu’elle puisse être associée de façon nette àl’épaisseur des corticales, un important déterminant de la résistancemécanique des os longs.In vivo, la reproductibilité moyenne des mesures est de l’ordre de 2à 4 % pour la SOS et de 6 % pour la BUA [73, 91].

MÉTHODES DE RÉSONANCE MAGNÉTIQUE

Bien que la composante minérale du tissu osseux ne donne pas designal propre, le signal provenant des autres composantes, et enparticulier de la moelle, permet d’obtenir des images précises de lastructure osseuse trabéculaire et d’effectuer des mesures desprincipaux paramètres osseux utiles pour l’estimation des propriétésmécaniques de l’os. Les premiers développements datent de 1991 [100]

et l’influence des travées osseuses sur le temps de relaxation T2* dela moelle osseuse a été bien mise en évidence en utilisant deschamps élevés, de l’ordre de 7 Teslas. L’évolution du matériel et destechniques IRM permet aujourd’hui d’obtenir des images en hauterésolution, avec des champs magnétiques courants de 1,5 Teslas [60,

61, 65]. Ces techniques peuvent maintenant être utilisées dansl’investigation du squelette périphérique, par exemple au calcanéumou à l’extrémité distale du radius [52].

Applications pédiatriques

En pédiatrie, spécialité où les mesures par absorptiométrie sedéveloppent rapidement, les examens usuels les plus utiles sontceux de la colonne lombaire et du corps entier. Ces deux typesd’examen donnent en effet l’ensemble des résultats nécessaires àl’estimation de l’état du squelette osseux et de la compositioncorporelle en masse musculaire et masse grasse, en fonction desparamètres de croissance. Considérant d’une part que les souduresépiphysodiaphysaires au fémur ne sont effectives que vers l’âge de15 ans et d’autre part que chez les enfants et les adolescents, saufdans les cas de grandes scolioses, il n’y a pas de condensationsosseuses au rachis qui pourraient conduire à des interprétationserronées des valeurs de densité mesurées à ce niveau, nous nepratiquons pas systématiquement l’examen densitométrique del’extrémité supérieure du fémur. En effet, cet examen, classique chezl’adulte, n’apporte là aucun élément nouveau important. De plus,une irradiation supplémentaire, bien que faible, peut ainsi être évitéedans une zone de tissus sensibles. Nous effectuons cependant cetexamen de l’extrémité supérieure du fémur dans des cas spécifiques,tels ceux d’épiphysiolyse ou encore de certains traumatismes de lahanche, où les mesures de densité minérale et de CMO peuventavoir un intérêt dans le traitement orthopédique.

PARTICULARITÉS DE L’ANALYSE DES RÉSULTATS

Chez les enfants et les adolescents, les résultats densitométriquessont obtenus sur un squelette en croissance et les courbes desvaleurs normales du contenu minéral et de la DMO établies enfonction de l’âge sont bien superposables aux courbes de croissancestaturale. Ceci est particulièrement évident à l’étage vertébrallombaire [33] (fig 14). Il en résulte que la valeur de la DMO, à ceniveau, peut être très sensiblement différente chez deux enfants demême âge, mais qui auraient des parcours staturaux différents, cequi est fréquemment le cas chez des enfants normaux, en périodeprépubertaire ou dans des circonstances pathologiques comme, parexemple, dans les insuffisances rénales [22]. Il a été bien montré quel’ambiguïté qui peut exister alors sur la normalité de cette densitépeut être levée en rapportant les résultats à la taille. Une correctionsimple et suffisante consiste à considérer le rachis lombaire commeun cylindre à base circulaire dont le diamètre est la largeur moyennede l’image projetée du rachis et la hauteur la longueur de balayage,deux quantités données par l’analyse de l’examen. La densitéminérale volumique obtenue ainsi est presque constante pendanttoute la période de la croissance [8, 49, 90].Pour le corps entier, la DMO varie avec l’âge beaucoup plus quechez l’adulte. Cependant, et encore plus que chez l’adulte,

l’extrémité céphalique entre en compte pour un pourcentageimportant (de plus de 40 % du CMO global à 2 ans et encore d’aumoins 20 % à 20 ans) et sa DMO vaut environ deux fois celle desmembres inférieurs et trois fois celle des membres supérieurs. Si l’onveut se servir du paramètre DMO, il est donc nécessaire d’utiliserdes courbes de référence qui ne prennent pas en compte cetteportion du squelette [12].La reproductibilité de la méthode pour la mesure de la compositioncorporelle en masse maigre et masse grasse est bonne, permettantde déceler des variations faibles, comme on a pu le mettre enévidence chez de jeunes patients dialysés [15].Les résultats peuvent être analysés en fonction de l’âge. Des courbesdes valeurs normales, aussi bien pour le CMO du squelette que pourla masse maigre et la masse grasse, ont été publiées en fonction del’âge [16]. Cependant, tout comme au rachis lombaire, il s’avèredifficile, avec ces courbes, d’interpréter correctement les examenseffectués chez des enfants qui présentent un retard ou une avancede croissance. Une façon à la fois plus simple et beaucoup plusinformative d’interpréter les données absorptiométriques est de seréférer au poids corporel qui est, là aussi, le paramètre le mieuxcorrélé avec le CMOt, la masse maigre et la masse grasse [10]. Deplus, il peut être utile de préciser la distribution du CMO et destissus mous dans des régions d’intérêt particulier, comme lesmembres, par exemple dans le cas d’anomalies orthopédiques ouchez des sujets atteints d’ostéogenèse imparfaite [10, 16].

Conduite pratique

Une large part des indications des examens de DMO provient dudépistage de l’ostéoporose chez la femme en périodepériménopausique et, éventuellement, du suivi de ces patientes aucours de leur traitement. Cependant, de nombreuses pathologiespeuvent entraîner une ostéoporose secondaire dont le diagnosticdoit être fait également de façon précoce. Pour cette deuxièmecatégorie d’ostéoporose, les deux sexes ont des facteurs de risquesensiblement équivalents et on voit par exemple des hommes jeunesqui présentent une hypercalciurie pouvant hypothéquer rapidementla qualité mécanique de leur squelette. Peu d’études spécifiques ontété faites chez l’homme [76, 77]. Les méthodes de mesure sontévidemment les mêmes que chez la femme, mais les courbes desvaleurs normales en fonction de l’âge diffèrent sensiblement d’unsexe à l’autre.

TECHNIQUE DE MESURE À UTILISERET SITE DE MESURE

Les différentes techniques dont on peut disposer n’ont, de touteévidence, pas le même rapport coût/bénéfice et il ne serait pasraisonnable, dans l’état actuel de la technologie, de faire le dépistagede l’ostéoporose en utilisant les méthodes d’IRM, par exemple. Pour

14 Courbes des valeurs normales de la densité minérale osseuse (DMO) mesurée pardual energy X-ray absorptiometry au rachis lombaire chez la fille et la jeune femme.L’allure de cette courbe, qui correspond à des sujets de taille normale pour l’âge, est celled’une courbe de croissance. L’interprétation des résultats de mesure absorptiométriquede DMO chez un enfant dont la croissance est avancée ou différée, doit se faire aprèscorrection de ces résultats pour la taille. BMD : bone mineral density.


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ces examens de dépistage, les deux méthodes principales à envisagersont celles utilisant les ultrasons (QUS) et celles de type DXA, lapremière ayant, d’après des études récentes [54] le même pouvoir dediscrimination que l’absorptiométrie à rayons X pratiquée au niveaudu calcanéum. Si le praticien a des éléments qui le font s’orientervers un bilan radiologique plus complet, un examen par QCT peutêtre programmé en même temps que le bilan scanographique prévu,qu’il soit à orientation osseuse ou non [39].

Dans ces indications, le site à étudier est plus ou moins imposé :calcanéum pour QUS, rachis lombaire pour QCT. Les examens deDXA offrent plus de choix. Il est encore habituel de prescrire unexamen du rachis lombaire, mais il faut se souvenir de la possibilitéde surestimation de la DMO mesurée, due à la présence d’arthrose.L’examen de l’extrémité supérieure du fémur, qui donne une idéetrès précise du risque fracturaire en diverses zones du squeletteosseux (cf supra), est certainement le meilleur examen à prescrirepour les patients à partir de la cinquantaine.

Chez les enfants, bien que des résultats intéressants aient été obtenusà partir de mesures ultrasonores du calcanéum [71], il n’existe pasd’appareils à ultrasons pour les mesures par QUS tout à faitsatisfaisants pour réaliser des examens bien adaptés au squelette encroissance. La méthode actuellement la plus intéressante pour cettepopulation d’enfants et d’adolescents est très certainement

représentée par l’examen « corps entier » par DXA, examen quipermet en un temps bref et moyennant une dose d’irradiationminime d’obtenir des informations très complètes sur lecompartiment osseux et la composition corporelle en massemusculaire et masse grasse.

INTERVALLE ENTRE DEUX EXAMENS

Quelle que soit la technique utilisée, il faut évidemment respecterun intervalle de temps suffisant entre deux examens, afin que ladifférence entre les deux mesures soit significative. On a vu que cetintervalle est déterminé essentiellement par la reproductibilité dusystème de mesure, qu’il faut donc connaître.

COMPTE-RENDU ET CONSÉQUENCES THÉRAPEUTIQUES

Les résultats fournis par les examens de densitométrie doivent êtreanalysés avec beaucoup de rigueur, car de leur interprétationdécoulent souvent des décisions pour la mise en place dethérapeutiques de longue durée [85]. Il faut s’attacher à préciser lesparamètres mesurés en fonction de la taille du patient et ne pas secontenter d’une simple comparaison avec les valeurs moyennesdéfinies dans une population standard. L’application de critèresutilisant le T score, en particulier, doit se faire avec prudence.

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Health & Medicine

Techniques de mesure de la densité minérale osseuse et de la