Study of bone mineral density through pubic CT scans : Methodological approach and its applications to age estimation

L'estimation de l'âge au décès est une étape majeure afin d'établir un profil biologique et permettre une identification reconstructive en anthropologie médico-légale. Ainsi, de nombreuses régions anatomiques ont été étudiées, notamment la symphyse pubienne qui présente un intérêt majeur par sa maturation tardive. Une des méthodes d'évaluation les plus connues est celle de Suchey-Brooks basée sur les caractéristiques morphologiques de la symphyse pubienne. De manière générale, l'os est en remodelage constant, ce qui se traduit notamment par une diminution plus ou moins linéaire de sa densité avec l'âge, en considérant divers facteurs intercurrents. Les progrès en imagerie médicale permettent de mesurer de façon simple, sur des images scanographiques, la densité minérale osseuse (DMO). L'objectif de notre première étude était d'évaluer l'évolution de la DMO en fonction de l'âge, notamment chez des sujets âgés de plus de 40 ans. Nous avons réalisé une étude rétrospective à partir de 88 symphyses pubiennes d'individus masculins et 113 d'individus féminins âgés de plus de 40 ans et ayant bénéficié d'un examen tomodensitométrique dans un hôpital français entre novembre 2017 et avril 2018. Les résultats mettaient en évidence une corrélation négative significative entre la densité osseuse et l'âge pour les deux sexes, associée à d'excellents accords intra- et inter-observateurs concernant l'allocation de la phase de Suchey-Brooks. De plus, une différence significative de densité osseuse entre les stades 6-1 et 6-2 a été observée chez les individus masculins. L'objectif de notre seconde étude était de proposer des équations de régression linéaire afin d'en déduire l'âge chronologique à partir de la densité osseuse, en utilisant les unités Hounsfield (HU) et la densité osseuse moyenne au niveau de la symphyse pubienne. De plus, nous avons évalué la fiabilité de la méthode et exploré la perspective d'utiliser les unités Hounsfield plutôt que la densité osseuse moyenne dans l'estimation de l'âge. Nous avons construit rétrospectivement un échantillon référence de 400 symphyses pubiennes et un échantillon test de 120 symphyses pubiennes. Nous avons mis en évidence des erreurs absolues moyennes homogènes entre les mesures en unités Hounsfield et les densités osseuses moyennes, la plupart inférieures à 10 ans. En outre, nous avons observé une surestimation modérée chez les individus jeunes et une surestimation minime chez les individus plus âgés. Les contributions de notre travail sont les suivantes : au moyen d'une approche méthodologique originale liée à des mesures réalisées sur des scanners de sujets vivants, la DMO, par ses propriétés de reproductibilité et de continuité, pourrait aider à améliorer la précision de l'estimation de l'âge par la méthode de Suchey-Brooks, particulièrement pour les individus âgés (stades 4 à 6). De plus, avec une fiabilité importante, les mesures en unités Hounsfield semblent appropriées pour corréler la densité osseuse avec l'âge d'un individu, notamment en contexte médico-légal. Enfin, les premiers résultats paraissent orienter vers une validation de cette méthode sur des images scanographiques post-mortem de sujets masculins à différents stades de putréfaction.In forensic anthropology, the estimation of age at death is mainly required to establish a biological profile and facilitate individual identification. Thus, many anatomical structures have been studied, such as the pubic symphysis, which is a source of major interest due to its late maturation. One of the most well-known methods of assessment is the Suchey-Brooks (SB) system based on the morphological characteristics of the pubic symphysis. Generally, bony structures are constantly remodeling. This is mainly seen as a more or less linear reduction in density with increasing age, in addition to other intercurrent factors. The progress made in medical imaging enable to easily measure bone mineral density (BMD) on computed tomography (CT) images. The aim of our first study was to test the evolution of BMD according to age, especially for individuals over 40 years old. We retrospectively studied pubic bones from 88 males and 113 females over 40 years of age undergoing clinical multi-slice computed tomography (MSCT) in a French hospital between November 2017 and April 2018. The results revealed a significant negative correlation between BMD and age for males and females with moderate to strong intra- and inter-observer reliabilites of the phase allocation in the SB system. Moreover, a significant difference in BMD between stages 6-1 and 6-2 for males was observed. The aim of our second study was to propose linear regression formulae in order to deduce chronological age from bone density, using both Hounsfield unit (HU) and mean bone density (mBD) values of the pubic symphysis. Moreover, we intended to test the reliability and then to explore the feasibility of using HU instead of mBD values for age estimation. We retrospectively built a reference sample of 400 pubic symphyses using computed tomography at a French hospital and a test sample of 120 pubic symphyses. We highlighted homogeneous mean absolute errors for both HU and mBD values, most of them being less than 10 years. Moreover, we reported a moderate overestimation for younger individuals and a very small underestimation for older individuals. Contributions of our work are as follows : thanks to an original methodological approach based on clinical CT scan measurements, BMD might help to improve the reliability of the SB system by its advantages of being reproducible and continuous, especially for older individuals (stages 4 to 6). Moreover, with a valuable level of reliability, HU measurements seem to be suitable for linking bone density with the age of individuals in forensic practice. Finally, the first results seem to confirm this method from post-mortem CT images of males corpses at different states of decomposition