Ce modèle basé sur l’analyse d’images de scintigraphie permet d’améliorer la précision de l'évaluation de la progression de la guérison des fractures osseuses. Ce nouveau mode diagnostique et de surveillance, développé par une équipe de rhumatologues et de bioingénieurs de la Lehigh University (Pennsylvanie) en collaboration avec l'Université de Zurich, pourrait conduire à une meilleure compréhension des pseudarthroses des fractures, et permettre l’amélioration voire l’anticipation du traitement clinique.
Lors de première fracture osseuse, le corps développe une réponse inflammatoire et les cellules commencent à former un hématome autour de la zone blessée. En une semaine ou deux, ce caillot de sang est remplacé par un cal osseu (ou matériau mou) qui forme une sorte de passerelle qui maintient les fragments ensemble. Au fil des mois, ce cal durcit en os et le processus de guérison est terminé.
Parfois, ce cal entre les os ne se forme pas, créant une pseudarthrose.
Chez les patients présentant des fractures des os longs (tibia ou fémur, par exemple), les pseudarthroses peuvent être particulièrement invalidantes, affectant la mobilité, donc la capacité de fonctionnement et la qualité de vie. Pour les chirurgiens, les pseudarthroses peuvent être difficiles à diagnostiquer car elles nécessitent l’évaluation subjective des radiographies prises sur une période de 6 à 9 mois. La difficulté réside dans le fait que l'os pourrait guérir, mais très lentement, auquel cas une intervention supplémentaire pourrait ne pas être nécessaire. Mais, en cas d’absence de consolidation, le patient aura alors enduré des mois de douleur et d’invalidité, pour devoir finalement subir une intervention chirurgicale.
Le besoin d’un outil diagnostique plus rapide : il existe donc un besoin important d’outil efficace à identifier les pseudarthroses plus tôt et plus rapidement, relève l’un des auteurs principaux, Brendan Inglis, chercheur au Département de génie mécanique de l'Université Lehigh.
La recherche révèle comment la double nature de la zone de cicatrisation, en tant que matériau à la fois souple et dur, détermine la rigidité mécanique de l'os entier. Ces travaux s'appuient sur de précédentes recherches de la même équipe montrant l’intérêt d'un test biomécanique virtuel non invasif basé sur l'imagerie pour évaluer la progression de la guérison des fractures.
Modéliser les propriétés mécaniques de l'os au cours du processus de guérison : les scientifiques ont donc développé un modèle permettant de différencier plus d'une valeur de densité et de rigidité, et en pratique, différencier l’os déjà dense du cal osseux.
« Si vous souhaitez modéliser un membre fracturé, vous ne pouvez pas traiter tout l’ensemble comme de l'os dense ».
Le cal est un tissu très hétérogène, variable en densité et en rigidité, donc ne doit pas être modélisé comme de l’os dense ou comme ayant une densité constante. C’était donc tout le défi de cette modélisation des propriétés mécaniques des callosités et de la zone de cicatrisation.
Un modèle pour suivre la cicatrisation osseuse : les chercheurs ont donc estimé à partir de modèles animaux les densités progressives au niveau de la zone de cicatrisation et au cours de la cicatrisation osseuse. La luminosité des pixels des scintigraphies osseuses est en corrélation avec la densité : plus le pixel est brillant, plus la zone osseuse est rigide. Ainsi, une fois le modèle nourri, la scintigraphie permet d’estimer le stade de cicatrisation de la fracture.
L’application, partagée avec d’autres cliniciens, permet ainsi d’identifier une évolution de la densité osseuse qui ne suivrait pas la modélisation et donc, dans ce cas, de détecter un risque de pseudarthrose.
Source: Scientific Reports Feb, 2022 DOI: 10.1038/s41598-022-06267-8 Biomechanical duality of fracture healing captured using virtual mechanical testing and validated in ovine bones
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