Als Maltechniker, Restaurator, Radiologe und Hochschullehrer ist Kurt Wehlte für die Berufsgeschichte der Konservierung-Restaurierung eine wegweisende Persönlichkeit. Seine interdisziplinäre Arbeits- und Denkweise prägte ein Berufsbild des Restaurators, welches bis heute nachwirkt. Anhand seines wissenschaftlichen Nachlasses, insbesondere dem sogenannten Röntgenarchiv, wird die Entwicklung der kunstwissenschaftlichen Radiografie in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts beschrieben und Wehltes Anteil an dieser Entwicklung nachvollzogen. Das Röntgenarchiv dokumentiert seine Tätigkeit als Radiologe zwischen 1931 und 1963 anhand von rund 600 Röntgenaufnahmen, vielfältigem Bildmaterial zu weiteren bildgebenden Verfahren und zahlreichen Schriftquellen. Unterteilt in Kurt Wehltes Lebensstationen in Dresden, Berlin und Stuttgart wird im Band 1 der Arbeit sein vielfältiges Schaffen beleuchtet und die inhaltliche Verknüpfung seiner unterschiedlichen Tätigkeitsfelder auf dem Gebiet der kunstwissenschaftlichen Radiografie aufgezeigt. Wissenschaftsgeschichtliche Bedeutung erlangten vor allem seine frühen Röntgenaufnahmeserien an Museen in Deutschland für Alan Burroughs Röntgenbildarchiv am Fogg Art Museum der Harvard University Mass./USA. Ebenso seine interdisziplinären Forschungen, in denen er wegweisende verfahrenstechnische Neuerungen entwickelte, neue Erkenntnisse zur Auswertung von Gemälde-Röntgenaufnahmen erlangte und die Unbedenklichkeit der Untersuchungsmethode endgültig nachwies. Kurt Wehlte verdankte seine erfolgreiche Laufbahn auch einem politischen Opportunismus. Die Zusammenarbeit mit Organisationen und Kulturbehörden während der Zeit des Nationalsozialismus ist Zeugnis deutscher Kultur- und Wissenschaftsgeschichte. Band 2 der Arbeit stellt eine neu entwickelte Arbeitsmethode für die systematische Erfassung von kunsttechnologischen Phänomenen im Röntgenbild vor, die ebenso für die Bewertung historischer Röntgenbildauswertungen genutzt werden kann. Möglichkeiten und Grenzen der systematischen Erfassung werden anhand von Fallbeispielen diskutiert. Diese sind thematisch mit dem wissenschaftsgeschichtlichen Teil der Arbeit über die Röntgenbildkonvolute der Gemälde von Vincent van Gogh und Rembrandt van Rijn verbunden.:Vorwort Einleitung I. Die kunstwissenschaftliche Radiografie Entwicklungen von 1895 bis 1928 II. Das sogenannte »Röntgenarchiv« im Nachlass Kurt Wehltes Beschreibung des Bestandes III. Vom Kunstmaler und Restaurator zum Maltechniker und „Röntgenologen“ Dresden 1925–1930 IV. Ein Spezialist für „maltechnische Röntgenographie“ Berlin 1930–1949 V. Die kunstwissenschaftliche Radiografie in Forschung und Lehre Karlsruhe und Stuttgart 1949–1963 VI. Systematische Auswertung von Röntgenbildern Erfassung und Verwertung von Bildinformationen aus digitalen und historischen Röntgenbildbeständen VII. Schlussbetrachtung Kurt Wehlte als forschender Maler VIII. Anhang / As a painting technician, conservator-restorer, radiologist and university teacher, Kurt Wehlte is a seminal figure in the professional history in the field of conservation-restoration. His interdisciplinary way of working and thinking shaped a professional image of the restorer that still has an impact today. Based on Kurt Wehlte's scientific estate, in particular the so-called X-ray archive, the development of art-scientific radiography in the first half of the 20th century and Wehlte's part on it is described. The estate documents his activities as a radiologist between 1931 and 1963 based on around 600 X-radiographs, also a wide range of other technical images, like early UV-photographs and IR-photographs and numerous written sources. Volume 1, divided into Kurt Wehlte's stations in life (Dresden, Berlin and Stuttgart), sheds light on his multifaceted work and shows how his activities in the field of art-scientific radiography are linked in terms of content. Particular his series of X-radiographs taken in German Museums for Alan Burroughs' Collection of X-radiographs at the Fogg Art Museum (today part of Harvard Art Museums), gained importance in the history of science. The same applies to his interdisciplinary research, in which he developed procedural innovations, gained new insights into the evaluation of X-radiographs of paintings, and definitively proved the harmlessness of the examination method. Kurt Wehlte also owed his successful career to political opportunism. His cooperation with organizations and cultural authorities during the National Socialist era is also a testimony to German cultural and scientific history. Volume 2 presents a newly developed working method for the systematic recording of art technological phenomena in X-radiographs, which can equally be used for the assessment of historical X-radiographs evaluations. Possibilities and limitations of systematic recording are discussed. This is based on case studies, which are thematically linked to the scientific historical part via X-radiographs of paintings by Vincent van Gogh and Rembrandt van Rijn.:Vorwort Einleitung I. Die kunstwissenschaftliche Radiografie Entwicklungen von 1895 bis 1928 II. Das sogenannte »Röntgenarchiv« im Nachlass Kurt Wehltes Beschreibung des Bestandes III. Vom Kunstmaler und Restaurator zum Maltechniker und „Röntgenologen“ Dresden 1925–1930 IV. Ein Spezialist für „maltechnische Röntgenographie“ Berlin 1930–1949 V. Die kunstwissenschaftliche Radiografie in Forschung und Lehre Karlsruhe und Stuttgart 1949–1963 VI. Systematische Auswertung von Röntgenbildern Erfassung und Verwertung von Bildinformationen aus digitalen und historischen Röntgenbildbeständen VII. Schlussbetrachtung Kurt Wehlte als forschender Maler VIII. Anhang

Les objectifs de cette étude étaient (1) de décrire la localisation et la sévérité des lésions d’ostéoarthrose (OA) chroniques acquises naturellement au niveau du grasset équin grâce à l’échographie (US), la radiographie (XR), la tomodensitométrie (CT) et l’évaluation macroscopique (ME), (2) de comparer la performance diagnostique de chacune des modalities d’imagerie avec ME et (3) d’évaluer quantitativement la densité osseuse sous-chondrale lors d’OA du grasset chez le cheval à la tomodensitométrie. Des évaluations post mortem radiographique, tomodensitométrique et échographique ont été réalisées sur 23 grassets cadavériques et comparées à l’évaluation macroscopique. Des associations significatives ont été notées entre le «osteophytes global score» de toutes les modalités (US, p=0.04; XR, p=0.005; CT, p˂0.0001) et ME. De plus, la tomodensitométrie a démontré la plus forte association. Les ostéophytes étaient principalement localisés au niveau de l’articulation fémorotibiale médiale et cette articulation présentait également les scores d’ostéophytes les plus sévères. Un patron spécifique d’ostéophytes associé à l’insertion de la capsule articulaire sur le condyle fémoral médial a été mis en évidence. La nouvelle projection radiographique (Ca10Pr5L-CrDiMO) a été utile dans la détection des ostéophytes de la région intercondylaire. Les grades d’ostéophytes (0-3) ne différaient pas significativement selon la modalité dans la majorité des sites. La faible sensibilité/spécificité a indiqué que la sclérose de l’os sous-chondral et l’applatissement des condyles fémoraux ne semblent pas être des indicateurs fiables d’OA du grasset équin. L’OA du grasset équin est associée à une réduction de la densité osseuse sous-chondrale et des sites spécifiques de résorption/kystes sous-chondraux ont été notés chez certains spécimens. / The objectives of this study were (1) to describe the location and severity of chronic naturally acquired OA lesions in the equine stifle using ultrasound (US), radiography (XR), computed tomography (CT) and macroscopic evaluation (ME), (2) to compare the diagnostic performance of each imaging modality with ME, (3) to quantitatively assess the subchondral bone mineral density in the equine stifle OA using CT. Radiographic, CT and US evaluation were performed on 23 horse cadaver stifles and compared with ME. Significant associations were found between osteophyte global score of all modalities (US, p=0.04; XR, p=0.005; CT, p˂0.0001) and ME, and CT showed the highest association. Osteophytes were predominantly located in the medial femorotibial (MFT) joint and this joint also had the most severe osteophyte scores. This study also highlighted a specific pattern of osteophytes associated with the insertion of the MFT joint capsule cranially on the medial femoral condyle (MFC). The previously unreported radiographic projection (Ca10Pr5L-CrDiMO) was particularly helpful in the detection of intercondylar region osteophytes. Osteophyte grade (0-3) at most sites did not significantly differ between modalities. Low sensitivity/specificity indicated that subchondral bone sclerosis and flattening of femoral condyles do not appear to be reliable radiographic or CT indicators of OA in the equine stifle. Equine stifle OA is associated with a decrease in bone mineral density and specific sites of focal subchondral bone resorption/cyst formation were found in some specimens.

Ziel: Eine Optimierung medizinischer Bilddatenkompression. Evaluation des Einflusses unterschiedlicher Filter auf die Bildqualität waveletkomprimierter Röntgenbilder. Material und Methode: Im Rahmen von Vorstudien Optimierung der digitalen Bildbefundung anhand von ROC-Analysen. Auswahl geeigneter Kompressionsverfahren durch methodischen und ROC-gestützten Vergleich von Wavelet- mit fraktaler und JPEG-Kompression. Im Rahmen der Hauptstudie ROC-basierter und statistischer Vergleich von 4 unterschiedlichen Waveletfiltern verschiedener Komplexität mittels Prüfkörper für niedrigfrequente, gemischt-frequente und hochfrequente Bildinformation im schwellenwertnahen Bereich. Ergebnisse: Durch Einsatz unterschiedlicher Filter insbesondere im Niedrigfrequenzbereich entstehen signifikante Unterschiede des Rekonstruktionsergebnisses der Röntgenbilder. Trotz eines partiell uneinheitlichen Ergebnisses der visuellen Analyse fanden sich Vorteile für komplexere Filter. Für Details im hochfrequenten Bereich finden sich kaum signifikante Unterschiede. Schlußfolgerungen: Die durch die ROC-Analyse erhobenen Ergebnisse korrelierten in keiner Weise mit den gleichzeitig mathematisch erhobenen PSNR-Werten. Ursache hierfür ist, daß die Reduktion des Bildrauschens durch die Waveletkompression in der PSNR als negative Einflußgröße abgebildet wird. Bei medizinischen Röntgenbildern führt jedoch die Minimierung des Bildrauschens zu einer erhöhten Erkennbarkeit von Details insbesondere im schwellenwertnahen Bereich. Entsprechend verbesserten sich die Ergebnisse der schwellenwertnah durchgeführten ROC-Analyse ungleichsinnig zu den PSNR-Werten. Eine detaillierte Beschreibung des Einflusses der Komplexität von Waveletfiltern auf die Rekonstruktionsqualität medizinsicher Bilder findet sich im Diskussionsteil der Studie. / Aim: Optimisation of medical image compression. Evaluation of wavelet-filters for wavelet-compression. Materials and methods: Optimisation of image review applying ROC analysis. Analysis of medical image compression methods comparing wavelet-compression, fractal compression and JPEG by ROC analysis. Evaluation of 4 different wavelet-filters with different complexity applying phantoms for low frequency, high and mixed frequency information. Results: Application of filters with different complexity results in significant variations in the quality of image reconstruction after compression specifically in low frequency informatiin. Filters of high complexity proved to be advantagous despite of heterogenous results during visual analysis. For high frequency details, complexity of filters did not prove to be of significant impact on image quality after reconstruction. Conclusions: Results of ROC analysis did not correspond with PSNR values. Reduction of image noise in reconstructed images by wavelet-filtering is expressed negatively in PSNR values. In medical images, reduction of image noise enhances detection specifically of low contrast details. A detailed discussion of the influence of filter complexity on the reconstruction quality of medical images can be found in the discussion section of the study.

Le rachis est constitué d'un ensemble de vertèbres entourées de tissus mous. Celui-ci est flexible, mais il est aussi rigide par morceau. Un modèle articulé permet de prendre en compte la nature particulière des déformations acceptables du rachis en vue de la création d'un modèle statistique. Cependant, les modèles articulés appartiennent naturellement à une variété Riemannienne et non à un espace vectoriel ce qui nous a amené à utiliser la moyenne de Fréchet et une mesure généralisée de la covariance lors de la création des modèles statistiques. Ceux-ci peuvent être visualisés de façon intuitive et comparés à l'aide de tests d'hypothèses. L'analyse d'un grand groupe de patients scoliotiques a révélé que la variabilité de la forme du rachis est inhomogène et anisotrope et qu'il est aussi possible de localiser les niveaux vertébraux significativement affectés par un traitement orthopédique. L'analyse par composantes principales dans le plan tangent de la moyenne de Fréchet permet quant à elle d'extraire des modes de déformations typiques qui facilitent l'analyse de grandes bases de données. Ces déformations typiques révélèrent des groupements cliniquement intéressants chez les patients scoliotiques. Finalement, une procédure d'estimation d'un maximum a posteriori permet la reconstruction 3D de modèles complets à partir de modèles 3D incomplets ou à partir de repères 2D identifiés sur des radiographies. Les résultats obtenus indiquent que notre méhode de reconstruction à partir de repères 2D est plus performante que la méthode la plus utilisée actuellement. De plus, une erreur inférieure à 2 mm a été obtenue lorsqu'au moins 25 % des vertèbres étaient disponibles pour la reconstruction d'un modèle complet du rachis. Les résultats obtenus indiquent donc qu'un modèle statistique de la géométrie du rachis complet basé sur une modélisation articulée mène à des statistiques descriptives interprétables cliniquement et à des algorithmes qui permettent d'obtenir des modèles 3D du rachis dans des circonstances où cela aurait été impossible par le passé.

L'ostéoporose est une maladie osseuse caractérisée par une perte importante de la masse osseuse et des altérations de la microarchitecture du tissu osseux. Aujourd'hui, en routine clinique, le diagnostic de l'ostéoporose est basé principalement sur une mesure de la densité minérale osseuse qui n'est pas suffisante, car elle doit être accompagnée par une analyse de la qualité de la microarchitecture osseuse. Les travaux présentés dans cette thèse concernent la caractérisation des images de radiographies osseuses pour le diagnostic précoce de l'ostéoporose. Pour ce faire, afin de mieux caractériser la texture osseuse sur radiographie, nous avons introduit une nouvelle technique de prétraitement des données pour réduire les redondances et éliminer le bruit issu des capteurs d'acquisition. Pour la caractérisation, nous avons proposé une nouvelle technique d'analyse inspirée des motifs binaires locaux (Local Binary Patterns, LBP). Le nouveau descripteur, appelé 1DLBP (One Dimensional Local Binary Patterns) s'applique de manière unidimensionnelle. Pour tester l'efficacité de notre approche, nous avons réalisé deux études cliniques où le nouveau descripteur LBP1D est comparé à la méthode classique, LBP afin de classifier des patients ostéoporotiques et des sujets sains. Les pourcentages de classification obtenus ont été améliorés de 72% avec la méthode classique LBP à 91% avec le nouveau descripteur 1DLBP.

L'analyse morpho-fonctionnelle précise de l'épaule, notamment au niveau de l'articulation glénohumérale (GH), permettrait d'améliorer notre compréhension des dysfonctions de l'épaule associées aux ruptures de la coiffe des rotateurs. Cependant, des difficultés techniques compliquent l'analyse de la morphologie et du mouvement de l'épaule dans un contexte clinique. Dans le cadre de la présente thèse, une méthode d'analyse 3D des translations GH basée sur l'acquisition de séquences de radiographies biplanes sous EOS™ a été développée. Une étude pilote sur 10 sujets sains a d'abord permis de vérifier la facilité d'application d'un protocole d'acquisition des images et d'évaluer la répétabilité de l'identification des repères anatomiques de l'épaule sur les radiographies. La méthode proposée en dernier lieu permet, suite à l'acquisition de radiographies, de reconstruire un modèle personnalisé morpho-réaliste de la scapula et un modèle simplifié de l'humérus. Ces modèles sont ensuite recalés interactivement sur les images acquises à différentes positions du bras et utilisés pour décrire les translations GH à ces positions. La méthode a été validée en termes de précision et de répétabilité sur des images acquises d'épaules cadavériques et de patients ayant des ruptures de la coiffe des rotateurs. La dernière partie du travail présenté ici consiste à appliquer la méthode développée à 30 sujets (25 patients et 5 sujets sains) pour lesquels l'état de la coiffe des rotateurs et la fonction de l'épaule ont été évalués, puis à étudier les corrélations entre les translations GH et la fonction de l'épaule.

Mes travaux depuis mon recrutement au CNRS et actuellement au sein de l'équipe MCA de l'IM2NP concernent principalement la solidification des matériaux. Les propriétés des matériaux sont largement contrôlées par la microstructure de solidification, les structures de grains et les ségrégations laissées dans le solide avant toute mise en forme et traitement postérieurs. Pour élaborer des matériaux possédant des propriétés définies, sur mesure et de façon reproductible, il est donc nécessaire de maîtriser les mécanismes qui lient les procédés d'élaboration à la structure interne à diverses échelles des matériaux. Mes travaux de recherche vont dans le sens de l'approfondissement de la connaissance de ces mécanismes et, à plus long terme, de l'application de ces recherches aux procédés industriels. La nécessité d'améliorer les procédés pour obtenir des pièces de plus en plus performantes et qui permettent des économies en énergie soulève de nombreuses questions métallurgiques pour la recherche et l'industrie. L'amélioration des procédés nécessite de comprendre les mécanismes physico-chimiques qui entrent en jeu pendant la phase de solidification. De plus, pour être prédictives et quantitatives, les simulations numériques largement utilisées en milieu industriel doivent être nourries par la connaissance de ces mécanismes, leur formulation mathématique et les paramètres entrant en jeu. Dans les alliages métalliques, j'étudie plus particulièrement les mécanismes de la formation de la structure de grains, de la transition colonnaire équiaxe (CET), des ségrégations induites par cette structure. Les grains colonnaires et équiaxes résultent de dendrites avec différentes morphologies. Les dendrites colonnaires sont allongées dans une direction tandis que les grains équiaxes n'ont pas de direction privilégiée. A cause de leur forme, les grains équiaxes permettent d'obtenir des propriétés mécaniques isotropes pour le matériau final et des champs de concentration plus homogènes que dans le cas de la croissance colonnaire. En fonction de l'application, l'un ou l'autre type de grain est préféré et doit donc être favorisé par le procédé de solidification (par exemple : les grains équiaxes dans les pièces de moteur, les grains colonnaires voire un monograin dans les aubes de turbines). En conséquence, la compréhension des mécanismes physico-chimiques qui contrôlent la CET est une question critique en métallurgie et qui reste d'actualité. Les grains équiaxes peuvent apparaître de deux manières au cours de la solidification. La première est la germination hétérogène sur des particules incluses volontairement dans l'alliage comme cela est fait couramment dans l'industrie de l'aluminium par exemple ou, sur des impuretés ou des précipités présents naturellement dans l'alliage. La seconde est le détachement de branches dendritiques secondaires dans la zone pâteuse ce qui est admis comme la cause de l'apparition d'une zone équiaxe au centre des lingots de fonderie. Afin de comprendre et de caractériser les mécanismes de la dynamique de formation de la structure de grains dans les alliages métalliques, mon programme de recherche comporte trois volets : * l'étude de la structure de grains et de la fragmentation (Chapitre 1) * l'étude de la CET en présence d'affinants dans des alliages à base aluminium (Chapitre 2) * l'influence de la convection au cours de la solidification de ces alliages (Chapitre 3). Mon approche est expérimentale et comporte des expériences originales: 1- Caractérisation in situ et en temps réel de la dynamique de la solidification d'alliages métalliques proches des alliages industriels par imagerie X synchrotron. 2- Etude des effets de la convection naturelle, de la convection contrôlée par un champ ou un stimulus externe ou, utilisation de la microgravité (absence de convection naturelle et de phénomènes de sédimentation). Par ailleurs, depuis 2008, je développe au sein de l'équipe MCA une nouvelle thématique de recherche pour laquelle j'ai mis en place un projet (Si-X : Caractérisation et compréhension de la cristallisation du SiIicium photovoltaïque: imagerie X synchrotron) financé par l'ANR HABISOL. Les cellules photovoltaïques (PV) sont amenées à devenir une des composantes majeures de l'habitat écologique de demain. Les différentes étapes d'élaboration des cellules PV à base de silicium (purification, cristallisation, traitements intermédiaires, procédé cellules) concourent au rendement des cellules PV. Dans ce cadre, je m'intéresse à la phase de cristallisation/solidification. Jusqu'à présent, du silicium en provenance de l'industrie microélectronique était employé pour fabriquer les cellules PV mais cette filière est très coûteuse et est tributaire de l'industrie microélectronique pour l'approvisionnement en silicium de qualité suffisante. D'autres voies d'approvisionnement et de fabrication du matériau silicium de qualité suffisante pour les applications PV sont explorées mais ces matériaux silicium sources doivent être considérés comme de nouveaux matériaux vis-à-vis des procédés d'élaboration de lingots et de cellules. En conséquence, un certain nombre de problèmes liés à la solidification de ces matériaux doivent être (ré)-examinés avec attention même pour des procédés établis pour les matériaux en provenance de l'industrie microélectronique. D'une manière générale, dans le Si multi-cristallin utilisé massivement pour la fabrication des cellules photovoltaïques, le rendement PV de la cellule est complètement différent en fonction de la structure de grains du lingot. Par conséquent, il est indispensable de contrôler et donc de comprendre la formation de la structure de grains issue de l'étape de solidification du Si multi-cristallin. Ces travaux sur le Si multi-cristallin font l'objet du chapitre 4. Pour les deux principaux types de matériaux que j'étudie (alliages métalliques, Si PV) la problématique de la solidification et en particulier de la formation de la structure de grains est essentielle. En revanche, la croissance du silicium multi-cristallin, en général facettée, est totalement différente de celle des alliages métalliques classiques ce qui ouvre des perspectives intéressantes pour la compréhension de mécanismes peu abordés jusqu'à présent dans nos travaux : effet de l'orientation cristallographique, macles, croissance facettée.

L’ostéoporose est une maladie osseuse caractérisée par une perte importante de la masse osseuse et des altérations de la microarchitecture du tissu osseux. Aujourd’hui, en routine clinique, le diagnostic de l’ostéoporose est basé principalement sur une mesure de la densité minérale osseuse qui n’est pas suffisante, car elle doit être accompagnée par une analyse de la qualité de la microarchitecture osseuse. Les travaux présentés dans cette thèse concernent la caractérisation des images de radiographies osseuses pour le diagnostic précoce de l’ostéoporose. Pour ce faire, afin de mieux caractériser la texture osseuse sur radiographie, nous avons introduit une nouvelle technique de prétraitement des données pour réduire les redondances et éliminer le bruit issu des capteurs d’acquisition. Pour la caractérisation, nous avons proposé une nouvelle technique d’analyse inspirée des motifs binaires locaux (Local Binary Patterns, LBP). Le nouveau descripteur, appelé 1DLBP (One Dimensional Local Binary Patterns) s’applique de manière unidimensionnelle. Pour tester l’efficacité de notre approche, nous avons réalisé deux études cliniques où le nouveau descripteur LBP1D est comparé à la méthode classique, LBP afin de classifier des patients ostéoporotiques et des sujets sains. Les pourcentages de classification obtenus ont été améliorés de 72% avec la méthode classique LBP à 91% avec le nouveau descripteur 1DLBP. / Osteoporosis is characterized by a significant loss of bone mass and alterations in the microarchitecture of bone tissue. Actually, in clinical routine the diagnosis of osteoporosis is based mainly on measurement of bone mineral density. It turned out that this is not sufficient, it must be accompanied by an analysis of the microarchitecture of the bone to increase the efficiency of diagnosis. This thesis deals with the characterization of images of bone radiographs for the early diagnosis of osteoporosis. To do this, in order to better characterize the texture of bone radiography, we have introduced a new technique for data preprocessing to reduce redundancy and decrease the effect of the noise resulted by the acquisition sensors. For characterization, we propose a new analysis method inspired from the local binary patterns (LBP). The new descriptor called 1DLBP (One Dimensional Local Binary Patterns) applies in one-dimensionally manner. To evaluate the effectiveness of our approach, we conducted two clinical studies where the new descriptor (1DLBP) is compared with the conventional method (LBP) to classify osteoporotic patients and healthy subjects. The classification scores obtained were enhanced by 72% with the conventional LBP descriptor to 91% with 1DLBP descriptor.

L'analyse morpho-fonctionnelle précise de l'épaule, notamment au niveau de l'articulation glénohumérale (GH), permettrait d'améliorer notre compréhension des dysfonctions de l'épaule associées aux ruptures de la coiffe des rotateurs. Cependant, des difficultés techniques compliquent l'analyse de la morphologie et du mouvement de l'épaule dans un contexte clinique. Dans le cadre de la présente thèse, une méthode d'analyse 3D des translations GH basée sur l'acquisition de séquences de radiographies biplanes sous EOS™ a été développée. Une étude pilote sur 10 sujets sains a d'abord permis de vérifier la facilité d'application d'un protocole d'acquisition des images et d'évaluer la répétabilité de l'identification des repères anatomiques de l'épaule sur les radiographies. La méthode proposée en dernier lieu permet, suite à l'acquisition de radiographies, de reconstruire un modèle personnalisé morpho-réaliste de la scapula et un modèle simplifié de l'humérus. Ces modèles sont ensuite recalés interactivement sur les images acquises à différentes positions du bras et utilisés pour décrire les translations GH à ces positions. La méthode a été validée en termes de précision et de répétabilité sur des images acquises d'épaules cadavériques et de patients ayant des ruptures de la coiffe des rotateurs. La dernière partie du travail présenté ici consiste à appliquer la méthode développée à 30 sujets (25 patients et 5 sujets sains) pour lesquels l'état de la coiffe des rotateurs et la fonction de l'épaule ont été évalués, puis à étudier les corrélations entre les translations GH et la fonction de l'épaule. / Precise morpho-functional analysis of the shoulder, including of the glenohumeral (GH) joint, would allow improving our understanding of shoulder dysfunction associated to rotator cuff tears. However, technical difficulties make analysis of shoulder morphology and motion difficult in a clinical setting. The work carried out during this thesis allowed developing a method for 3D analysis of GH translations relying on the acquisition of sequences of biplanar radiographs with the EOS™ system. A pilot study carried out on 10 healthy subjects allowed verifying the ease of application of an image acquisition protocol and evaluating the repeatability of shoulder landmark identification on the radiographs. The final proposed method allows, following the acquisition of radiographs, obtaining a personalized morphologically realistic reconstruction of the scapula and a simplified model of the humerus. These models are then interactively registered to the images acquired at different arm positions and used to describe GH translations for these positions. The proposed method was validated in terms of precision and repeatability on images acquired of cadaveric shoulders and of patients with rotator cuff tears. The last part of the work presented here consists in applying the developed method to 30 subjects (25 patients and 5 asymptomatic subjects) for whom rotator cuff condition and shoulder function were assessed, and to study correlations between GH translations and shoulder function.

De nos jours, la radiographie est l'examen de référence pour le suivi des pathologies de la colonne vertébrale. La radiographie bi-planaire permet de plus, par reconstruction 3D, d’évaluer la configuration spatiale de la colonne vertébrale. Cependant, les expositions radiographiques répétées entrainent une augmentation du risque de cancer. Une solution pour réduire les doses de radiation peut être de remplacer certains examens radiographiques par une mesure de la surface du dos. Cette mesure non-invasive permet, entre autre, d’obtenir un grand nombre de paramètres cliniques utiles pour le diagnostic et le suivi des pathologies. Cette mesure permet également d’estimer la configuration du rachis si l’on met en place une modélisation biomécanique adaptée. Le travail réalisé dans cette thèse consiste à développer et mettre en oeuvre une telle modélisation basée sur les informations personnalisées à la fois internes et externes. Le dispositif Biomod 3S (développé par la société AXS Ingénierie, Bordeaux) offre la possibilité d’une acquisition simultanée de radiographies et de surfaces du dos par franges de Moiré. Cette acquisition sur une quinzaine de sujets scoliotiques (des Hôpitaux Universitaires de Bordeaux) a notamment permis d’évaluer les relations entre plusieurs paramètres 3D internes (e.g., la rotation axiale des vertèbres) et de nombreux paramètres 3D externes (e.g., les gibbosités et flèches). Cette acquisition simultanée permet également de prédire la nouvelle configuration de la colonne vertébrale dans une seconde posture où seule la mesure de surface du dos est effectuée. Pour cela, la modélisation en multi-corps rigides articulés qui a été développée (sous Scilab) utilise (a) la géométrie personnalisée de la colonne vertébrale reconstruite dans la première posture et (b) des contraintes issues de la mesure de la surface du dos dans les deux postures (e.g., position de C7). Le modèle a pu être validé sur une dizaine de sujets sains dont la colonne vertébrale et la surface du dos ont été reconstruits en 3D dans différentes positions (debout, penché en avant) à l’aide d’un IRM positionnel. Le modèle a pu également être exploité sur quelques sujets pathologiques. Ce travail, qui a exploré et exploité de nombreuses informations 3D internes et externes, ouvre des perspectives pour le diagnostic et le suivi non-invasif des pathologies de la colonne vertébrale / Nowadays, radiography is the gold standard for the follow up of spinal pathologies. Furthermore, bi-planar radiography allows the assessment of vertebrae configuration, by 3D reconstruction. However, multiple radiographic examinations during childhood and adolescence increase the risk of breast cancer among women. To reduce radiation doses, some radiographic assessments could be replaced by the back surface evaluation. This kind of non-invasive procedure allows for acquisition of many clinical parameters useful for spinal pathologies diagnosis and follow-up. Moreover, with an appropriate biomechanical model, the back surface measurements could be used to estimate the spine configuration. The aim of this thesis is to develop and implement such a model based on personalized internal and external data. The Biomod 3S device has been developed by the company AXS MEDICAL SAS, Bordeaux, France. It offers the possibility of simultaneous acquisitions of X-rays and Moiré fringes to obtain 3D reconstructions of the spine and the back surface. Such acquisitions on fifteen scoliotic subjects have enabled us to assess several relationships between internal 3D parameters (for example axial rotation of vertebrae) and external 3D parameters (for example rib hump). The spine configuration and the back surface obtained during this acquisition will also be used as initial position to develop (with Scilab) the multi-body model. The other data used by the model are the back surface in a second position and constraints obtained from the surface in both positions (for example displacement of C7 vertebra). The model has been validated on nine healthy subjects, whose 3D spine and back surface were reconstructed in several positions (standing, leaning forward, sitting) from MRI acquisitions. Moreover, the model has been operated on a pathological subject. This work has explored and utilized many spine and back surface information and leads the way to non-invasive diagnosis and follow-up of spinal disease