Analyse multiéchelle de la croissance osseuse chez l’enfant : une approche conjointe par imagerie ultrasonore et une modélisation biomécanique – MALICE

La description de la croissance des os des enfants, est un sujet ouvert pour de nombreuses applications. Sur le plan clinique, il est important de progresser dans la connaissance du métabolisme osseux chez l’enfant, ou encore sur la mise à disposition de marqueurs biologiques de ce métabolisme. L’évaluation de la DMO réalisée par DXA (rayons X), est associée chez l’enfant à des contraintes. Les protocoles sont plus difficiles à mettre en œuvre chez l’enfant (anesthésie générale nécessaire pour les plus jeunes enfants, dosage des radiations à contrôler pour des examens systématiques, portabilité au lit des patients en secteur protégé, accompagnement des parents), et l’échographie, pourtant très utilisée en pédiatrie, n’est pas une modalité adaptée pour la mesure de la DMO. Cette mesure pose aussi des problèmes d’interprétation lorsque la taille des pièces osseuses varie, lorsqu'elle doit être corrigée en fonction de l’âge statural si l’enfant est de petite taille. La DMO rend compte exclusivement du contenu minéral osseux, mais n’informe ni sur la microarchitecture ni sur la résistance mécanique du squelette. Plusieurs études montrent, particulièrement chez la femme, que les méthodes ultrasonores quantitatives permettent d’atteindre des informations plus pertinentes de la structure osseuse. Par exemple, nous savons que l’atténuation ultrasonore large bande (BUA) présente un bon coefficient de corrélation avec l’âge. Qu’en est-il précisément chez l'enfant ? Aucune stratégie clinique de développement des ultrasons quantitatifs n’est aujourd’hui envisagée en pédiatrie. Sur le plan de la recherche, il manque des données de référence pour caractériser le comportement mécanique de l'os en fonction de l’âge pour les jeunes patients. La bibliographique fait cruellement défaut, ne permettant pas d’établir des statistiques ou des valeurs moyennes de paramètres physiques. Pourtant, comme pour tous les matériaux biologiques, il est possible par des mesures mécaniques et acoustiques d’atteindre des propriétés « étalons » comme la vitesse ou l’atténuation des ultrasons, voire la matrice de rigidité élastique. Cette pénurie de données de référence s'explique par la faible quantité d'échantillons disponibles pour les essais en laboratoire et par la qualité même de ces échantillons pour la plupart « prélevés » et associés à une pathologie de l'enfant. Quant au modèle animal, il pourra être raisonnablement envisagé si des verrous sont levés sur l’élasticité, l’anisotropie, la porosité, la qualité, … de ce matériau en croissance et en modelage.
Les modalités d’examen clinique de l’os des enfants et des adolescents ont encore des contraintes et il manque des marqueurs pronostiques. La biomécanique osseuse en pédiatrie est mal connue et incomplète et il manque des références. Dans le projet MALICE, nous progresserons donc dans la connaissance de la qualité et des mécanismes de croissance des os des enfants en établissant une première base de valeurs biomécaniques de référence. Nous proposerons alors un modèle numérique d’os d’enfant pouvant évoluer en fonction de l’âge du tout petit à l’adolescent. Les paramètres géométriques et physiques évolutifs prendront en compte les mécanismes de modelage et de minéralisation. Grâce à ces avancées, nous progresserons dans le développement d’une nouvelle modalité d’examen, la tomographie ultrasonore quantitative, complémentaire des autres modalités cliniques. L’image serait géométrique (morphométrie osseuse) et paramétrique (quantitative).
Ce projet est ambitieux et son développement est fortement multidisciplinaire. Il associe des équipes de recherche en propagation ultrasonore et imagerie acoustique (Laboratoire de Mécanique et d’Acoustique – LMA) et électromagnétique (CNDRI-INSA Lyon), en modélisation numérique et en biomécanique (Institut des Sciences du Mouvement), en biologie et en qualité osseuse (INSERM Unité 1033), et des équipes cliniques (Hôpital de la Timone de Marseille).