La densité minérale osseuse (DMO) en anthropologie médico-légale

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Analyses statistiques

Les analyses statistiques et les représentations graphiques ont été réalisées à l’aide du logiciel R 3.0.2 (R Development Core Team, 2008).

Variabilité intra- et inter-observateurs de la mesure de la densité

Concernant les mesures de densité, la variabilité intra- et inter-observateurs a été testée en utilisant le coefficient de corrélation intra-classes sur les valeurs de densité (en mg/cm3) de 25 patients pour les deux sexes. Les patients ont été choisis aléatoirement et les mesures réalisées sur les pubis droits et gauches. La densité des tiges du fantôme n’a été mesurée qu’une seule fois.

Variabilité intra- et inter-observateurs de l’attribution du stade

Afin d’étudier les effets de la variabilité intra-observateurs, un premier observateur a effectué une observation de 25 individus de chaque sexe tirés au sort et une deuxième observation de ces mêmes individus un mois après la première. Pour évaluer les effets de la variabilité inter-observateurs, le second observateur a effectué l’observation de ces mêmes 25 individus. Dans chaque cas, les coefficient Kappa de Cohen avec pondération quadratique ont été calculés (Cohen, 1960).

Corrélation entre la densité osseuse et l’âge

Une valeur moyenne de densité osseuse (mBD) a été calculée pour chaque individu puis un calcul de corrélation de Pearson a été réalisé entre l’âge et la mBD pour chaque sexe.

Corrélation entre la densité osseuse et les stades de Brooks et Suchey

En premier lieu, nous avons réalisé des statistiques descriptives pour chaque stade et chaque sexe au moyen d’une analyse de variance (ANOVA) ainsi que pour des stades consécutifs au moyen d’un test de Tukey. La corrélation entre le stade et la mBD a été testée à l’aide de la corrélation de Spearman. Pour une meilleure lisibilité et une pertinence statistique optimale, les stades 4-1 et 4-2 ont été fusionnés en raison de leur faible nombre d’individus les composant.

Variabilité intra- et inter-observateurs de la mesure de la densité

Les variabilités intra- et inter-observateurs montraient un accord excellent avec des valeurs respectives d’ICC de 0,97 (p<0,0001) et 0,92 (p<0,0001) pour les individus masculins et 0,99 (p<0,0001) et 0,96 (p<0,0001) pour les individus féminins.

Variabilité intra- et inter-observateurs de l’attribution du stade

Les accords intra- et inter-observateurs étaient modérés pour les individus masculins et importants pour les individus féminins. Les valeurs des coefficients Kappa étaient respectivement de 0,72 (p<0,001) et 0,65 (p<0,001) pour les individus masculins et de 0,93 (p<0,001) et 0,86 (p<0,001) pour les individus féminins. Les erreurs consistaient principalement en une sur- ou sous-estimation des stades adjacents 4-2/5-1, 5-1/5-2 et 5-2/6-1.

Comparaison des valeurs de densité entre les pubis droits et gauches

La normalité des valeurs de densité des pubis droits et gauches a été confirmée par un test de Shapiro. Un test de Student a été réalisé afin de confirmer l’absence de différence entre les deux côtés : t=-0,29 (p=0,76) pour les individus masculins et t=-0,78 (p=0,43) pour les individus féminins.

Corrélation entre la densité osseuse et l’âge

Les résultats montraient une corrélation négative statistiquement significative entre l’âge et la mBD pour les individus masculins (coefficient de corrélation R=-0,62 ; coefficient de détermination R²=0,38 ; p<0,0001) et féminins (coefficient de corrélation R=-0,55 ; coefficient de détermination R²=0,3 ; p<0,0001). Les droites de régression ainsi que les intervalles de confiance et de prédiction sont présentés sur la figure 6.

L’échantillon test

L’échantillon test a été construit de façon rétrospective et aléatoire à partir d’examens tomodensitométriques cliniques de symphyse pubienne réalisés au Centre Hospitalo-Universitaire (CHU) de Toulouse (France) en 2018. Un total de 120 examens tomodensitométriques a été enregistré, comprenant 60 individus masculins (âge moyen : 62,4 ans ; âge médian : 61 ans ; âge minimum : 21 ans ; âge maximum : 97 ans) et 60 individus féminins (âge moyen : 51,6 ans ; âge médian : 52,5 ans ; âge minimum : 20 ans ; âge maximum : 94 ans).
Selon la loi française, les résultats des examens d’imagerie médicale peuvent être utilisés rétrospectivement sans le consentement du patient lorsque ces examens ont été effectués à des fins cliniques et lorsqu’ils ont été enregistrés anonymement (article 40-1, loi 94-548 du 1er juillet 1994). Les données et les images ont été enregistrées de façon anonyme avec uniquement le sexe et l’âge du patient enregistrés au moment de la réalisation de l’examen.

L’acquisition des examens tomodensitométriques

L’acquisition des examens tomodensitométriques s’est effectuée de la même manière que celle mentionnée dans les précédents chapitres.

Méthode

Mesures de densité et récupération des données

Les mesures de densité et la récupération des données ont été effectuées selon le même modèle que celui décrit dans les précédents chapitres. Ainsi, notre étude a permis de mettre en lumière deux types de valeurs de densité osseuse : une première valeur, brute, sans utilisation de fantôme, exprimée en HU ; une seconde valeur, basée sur l’étalonnage des mesures au moyen du fantôme, nommée comme précédemment mBD et exprimée en mg/cm3.

Analyses statistiques

Les analyses statistiques et les représentations graphiques ont été réalisées à l’aide du logiciel R 3.0.2 (R Development Core Team, 2008).

Variabilité intra- et inter-observateurs de la mesure de la densité

Concernant les mesures de densité, la variabilité intra- et inter-observateurs a été testée en utilisant le coefficient de corrélation intra-classes sur les valeurs de densité (en mg/cm3) de 25 patients pour les deux sexes. Les patients ont été choisis aléatoirement et les mesures réalisées sur les pubis droits et gauches.

Equations de régression linéaire selon le mode de mesure

Un calcul de corrélation de Pearson a été réalisé entre la densité osseuse (HU et mBD) et l’âge pour chaque sexe. Nous avons ainsi pu produire des équations de régression linéaire selon le mode de mesure de densité et pour chaque sexe.

Fiabilité de l’échantillon de référence

La fiabilité a été testée par le calcul de la précision (erreur absolue) et du biais (erreur relative), avant et après étalonnage. La précision permettait d’évaluer l’erreur absolue moyenne tandis que le biais exprimait la tendance à la sur- ou à la sous-estimation de l’âge. Ils se calculent de la façon suivante : Précision (erreur absolue) = ∑|âge estimé – âge réel|/n Biais (erreur relative) = ∑(âge estimé – âge réel)/n
Elle a été déterminée par sexe et par type de valeur de densité (HU ou mBD), selon un « cut-off » d’âge fixé à plus ou moins de 40 ans.

Résultats

Variabilité intra- et inter-observateurs de la mesure de la densité

Les variabilités intra- et inter-observateurs montraient un accord excellent avec des valeurs respectives d’ICC de 0,96 (p<0,0001) et 0,86 (p<0,0001) pour les individus masculins et 0,99 (p<0,0001) et 0,95 (p<0,0001) pour les individus féminins.

Comparaison des valeurs de densité entre les pubis droits et gauches

La normalité des valeurs de mBD des pubis droits et gauches a été confirmée par un test de Shapiro. Un test de Student a été réalisé afin de confirmer l’absence de différence entre les deux côtés : t=-0,1 (p=0,91) pour les individus masculins et t=-0,3 (p=0,75) pour les individus féminins.

Corrélation entre la densité osseuse et l’âge

Les résultats montraient une corrélation négative statistiquement significative entre l’âge et la mBD pour les individus masculins (coefficient de corrélation R=-0,54 ; coefficient de détermination R²=0,3 ; p<2,2×10-16) et féminins (coefficient de corrélation R=-0,61 ; coefficient de détermination R²=0,37 ; p<2,2×10-16). Ces résultats étaient similaires aux corrélations retrouvées entre l’âge et les valeurs de densité en HU, aussi bien pour les individus masculins (coefficient de corrélation R=-0,59 ; coefficient de détermination R²=0,35 ; p<2,2×10-16) que féminins (coefficient de corrélation R=-0,69 ; coefficient de détermination R²=0,48 ; p<2,2×10-16). Les droites de régression ainsi que les intervalles de confiance et de prédiction sont présentés sur les figures 9 (pour les individus masculins) et 10 (pour les individus féminins) ci-dessous.

Mesure de l’index d’altération radiologique (RAI)

Cette mesure a concerné uniquement les examens tomodensitométriques de cadavres. Il s’agit d’une échelle prenant en compte la quantité de gaz infiltrant les tissus afin de quantifier le degré de putréfaction. En effet, le développement et fermentation bactérienne post-mortem, entre autre, entraîne la production de gaz. Ses mécanismes s’accentuent avec l’avancée de la dégradation du corps. La présence d’une quantité importante de gaz dans les tissus témoigne d’un état de putréfaction plus avancée.
Les images tomodensitométriques ont été obtenues à l’aide du système d’archivage et de communication d’images (PACS, McKesson Medical Imaging Group, Richmond, C.-B., Canada) utilisé par le CHU de Toulouse, avec un filtre de visualisation “fenêtre parenchymateuse”.
Le RAI a été calculé après classification en 4 grades de l’avancée de l’infiltration gazeuse dans différents tissus. Les zones d’intérêts sont : les cavités cardiaques, le parenchyme hépatique, le tronc veineux brachio-céphalique, l’aorte abdominale, le parenchyme rénal, la vertèbre lombaire L3 et le tissus sous-cutané de la région pectorale. Le grade 0 correspond à l’absence de gaz dans l’organe concerné, le grade III à une infiltration majeure. La classification en grade est réalisée grâce à des photos issues de l’article princeps servant de référence pour chaque site (Figure 14). Ainsi, le grade correspond à une cotation et leur addition permet d’obtenir le RAI (tableau 6), allant de zéro, pour un corps non putréfié, à 100 pour un état de putréfaction très avancé (Egger, 2012).

Analyses statistiques

Les analyses statistiques et les représentations graphiques ont été réalisées à l’aide du logiciel R 3.0.2 (R Development Core Team, 2008).

Variabilité intra- et inter-observateurs de la mesure de la densité

Concernant les mesures de densité, la variabilité intra- et inter-observateurs a été testée en utilisant le coefficient de corrélation intra-classes sur les valeurs de densité (en HU) de 50 patients pour les deux sexes. Les patients ont été choisis aléatoirement et les mesures réalisées sur les pubis droits et gauches.

Comparaison des valeurs de densité entre les pubis droits et gauches

Aussi bien sur les examens tomodensitométriques de cadavres que de pubis secs, la normalité de la distribution des valeurs de densité osseuse a été confirmée par un test de Shapiro. Nous avons ensuite utilisé un test de Student apparié pour confirmer l’absence de différence significative entre les valeurs des densités osseuses entre les pubis droit et gauche. Ces tests ont été réalisés chez les individus masculins et les individus féminins pour les examens tomodensitométriques de cadavres, et indifféremment du sexe sur les examens tomodensitométriques d’os secs.

Corrélation entre la densité osseuse et le RAI

Nous avons réalisé une régression linéaire du RAI en fonction de la densité osseuse (en HU).

Corrélation entre l’âge et la densité osseuse

Nous avons réalisé une régression linéaire de la densité osseuse (en HU) en fonction de l’âge (en années).

Estimation de l’âge sur les deux échantillons

Nous avons utilisé l’équation obtenue par la régression linéaire permettant de corréler la DMO et l’âge sur les examens tomodensitométriques de cadavres masculins pour estimer l’âge en fonction de la densité osseuse chez ces mêmes individus. Nous avons par la suite réalisé les mêmes tests mais avec les densités osseuses de pubis secs d’individus masculins. Dans les deux échantillons à tester, nous avons effectué un ré-échantillonnage de type « bootstrap » afin d’estimer l’âge de ces individus, ainsi que les valeurs, en années, des erreurs absolues (précision) et relatives (biais).

Résultats liés au 1er échantillon

Variabilité intra- et inter-observateurs de la mesure de la densité

Les variabilités intra- et inter-observateurs montraient un accord excellent avec des valeurs respectives d’ICC de 0,97 (p<0,0001) et 0,92 (p<0,0001) pour les individus masculins et 0,99 (p<0,0001) et 0,96 (p<0,0001) pour les individus féminins.

Comparaison des valeurs de densité entre les pubis droits et gauches

Le test de Student permet de confirmer l’absence de différence significative entre les valeurs des densités osseuses entre les pubis droits et gauches chez les hommes (p = 0,3101) et les femmes (p = 0,9588).

Corrélation entre la densité osseuse et le RAI

Nous avons réalisé une régression linéaire de la DMO (en HU) en fonction du RAI, qui ne montre pas de corrélation entre ces deux variables :
– chez les individus masculins : R² = 0.0003985, p = 0.886 ; avec l’équation HU = 165.33+0.07*RAI
– chez les individus féminins : R² = 0.0397, p = 0.428 ; avec l’équation HU = 150.379-1.206*RAI

Corrélation entre l’âge et la densité osseuse

Chez les individus masculins, la corrélation entre la densité osseuse et l’âge a retrouvé un R² à 0.4177 (p < 0,001).
Elle est représentée par une courbe de linéarité (figure 15). Les bornes bleues représentent l’intervalle de confiance à 95%.
Chez les individus féminins, il ne semble pas exister de corrélation entre la densité osseuse et l’âge (R² = 0.2324, p < 0,00001). Cependant, le nombre insuffisant de sujets de sexe féminin dans notre population d’étude ne permet pas d’obtenir des analyses statistiques satisfaisantes.
Les statistiques descriptives ainsi que les équations des droites de régression sont résumées dans le tableau 7.

Table des matières

I- Introduction générale
I-1. Historique de l’application des méthodes d’imagerie à l’estimation de l’âge
I-2. La densité minérale osseuse (DMO) en anthropologie médico-légale
I-2.1. La DMO et le dimorphisme sexuel
I-2.2. Un paramètre original pour l’estimation de l’âge
I-3. Problématiques et objectifs
II- Corrélation entre la DMO et l’âge
II-1. Matériel
II-1.1. L’échantillon
II-1.2. L’acquisition des examens tomodensitométriques
II-2. Méthode
II-2.1. Mesures de densité et récupération des données
II-2.2. Analyse morphologique en 3D
II-3. Analyses statistiques
II-3.1. Variabilité intra- et inter-observateurs de la mesure de la densité
II-3.2. Variabilité intra- et inter-observateurs de l’attribution du stade
II-3.3. Corrélation entre la densité osseuse et l’âge
II-3.4. Corrélation entre la densité osseuse et les stades de Brooks et Suchey
II-4. Résultats
II-4.1. Variabilité intra- et inter-observateurs de la mesure de la densité
II-4.2. Variabilité intra- et inter-observateurs de l’attribution du stade
II-4.3. Comparaison des valeurs de densité entre les pubis droits et gauches
II-4.4. Corrélation entre la densité osseuse et l’âge
II-4.5. Statistiques descriptives et corrélation entre la densité osseuse et les stades de Brooks et Suchey
II-5. Discussion
III- Apports méthodologiques de l’utilisation de la DMO
III-1. Matériel
III-1.1. L’échantillon de référence
III-1.2. L’échantillon test
III-1.3. L’acquisition des examens tomodensitométriques
III-2. Méthode
III-2.1. Mesures de densité et récupération des données
III-2.2. Analyses statistiques
III-3. Résultats
III-3.1. Variabilité intra- et inter-observateurs de la mesure de la densité
III-3.2. Comparaison des valeurs de densité entre les pubis droits et gauches
III-3.3. Corrélation entre la densité osseuse et l’âge
III-3.4. Equations de régression linéaire selon le mode de mesure
III-3.5. Fiabilité de l’échantillon de référence
III-4. Discussion
IV- Applications du modèle sur des échantillons post-mortem
IV-1. Matériel
IV-1.1. 1er échantillon
IV-1.2. 2nd échantillon
IV-1.3. L’acquisition des examens tomodensitométriques
IV-2. Méthode
IV-2.1. Mesures de densité et récupération des données
IV-2.2. Mesure de l’index d’altération radiologique (RAI)
IV-3. Analyses statistiques
IV-3.1. Variabilité intra- et inter-observateurs de la mesure de la densité
IV-3.2. Comparaison des valeurs de densité entre les pubis droits et gauches
IV-3.3. Corrélation entre la densité osseuse et le RAI
IV-3.4. Corrélation entre l’âge et la densité osseuse
IV-3.5. Estimation de l’âge sur les deux échantillons
IV-4. Résultats liés au 1er échantillon
IV-4.1. Variabilité intra- et inter-observateurs de la mesure de la densité
IV-4.2. Comparaison des valeurs de densité entre les pubis droits et gauches
IV-4.3. Corrélation entre la densité osseuse et le RAI
IV-4.4. Corrélation entre l’âge et la densité osseuse
IV-4.5. Estimation de l’âge sur les examens tomodensitométriques de cadavres masculins
IV-5. Résultats liés au 2nd échantillon
IV-5.1. Variabilité intra- et inter-observateurs de la mesure de la densité
IV-5.2. Comparaison des valeurs de densité entre les pubis droits et gauches
IV-5.3. Prédiction de l’âge
IV-6. Discussion
IV-6.1. Autour du 1er échantillon
IV-6.2. Autour du 2nd échantillon
IV-6.3. Conclusion
V- Proposition d’une procédure associant la DMO et la méthode de Brooks et Suchey
V-1. Matériel
V-1.1. L’échantillon de référence
V-1.2. L’échantillon test
V-2. Méthode
V-2.1. L’acquisition des examens tomodensitométriques
V-2.2. Mesures de densité et récupération des données
V-3. Analyses statistiques
V-3.1. Variabilité intra- et inter-observateurs de la mesure de la densité
V-3.2. Variabilité intra- et inter-observateurs de l’attribution du stade
V-3.3. Corrélation entre la densité osseuse et l’âge
V-3.4. Statistiques descriptives et corrélation entre la densité osseuse et les stades de Brooks et Suchey
V-3.5. Fiabilité de l’échantillon de référence selon 3 méthodes d’estimation de l’âge
V-4. Résultats
V-4.1. Variabilité intra- et inter-observateurs de la mesure de la densité
V-4.2. Variabilité intra- et inter-observateurs de l’attribution du stade
V-4.3. Corrélation entre la densité osseuse et l’âge
V-4.4. Statistiques descriptives et corrélation entre la densité osseuse et les stades de Brooks et Suchey
V-4.5. Fiabilité de l’estimation de l’âge
V-5. Discussion
VI- Discussion générale
VI-1. La DMO en contexte médico-légal
VI-1.1. La tomodensitométrie comme technique d’estimation de l’âge
VI-1.2. Fiabilité de la méthode en post-mortem
VI-1.3. Une approche séquentielle de l’estimation de l’âge
VI-2. La DMO et ses apports méthodologiques
VI-2.1. Caractéristiques intrinsèques au paramètre
VI-2.2. Le type de mesure et ses applications cliniques
VI-3. Perspectives
VI-3.1. Prise en compte de facteurs intercurrents
VI-3.2. Etude d’autres régions anatomiques
VI-3.3. Etude d’autres supports de mesure
IV-3.4. Estimation du délai post-mortem (DPM)
VII- Conclusion
VIII- Références bibliographiques

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