Electron tomography is an invaluable technique with the capability of carrying out thorough 3D structural, chemical and morphological characterization of materials at nanometer scale. Tilting range, increment and reconstruction algorithms are three of the main factors affecting the quality of tomograms. An anisotropic degradation can be observed with restricted tilting range and increment. Therefore, this study was carried out to investigate the accuracy of the reconstruction results of MgO (cube-shape) generated by FBP, SART and SIRT tomographic algorithms under various reconstruction conditions, i.e. tilting range and increment. Examining the experimental data with known morphology permits quantitative determination of the accuracy of the reconstruction results by measuring the distortion of the cube in all directions. Moreover, distortion measurements in all directions reveal the relationship between level of distortion and the alpha tilt angle. / Master of Science

La scoliose idiopathique de l’adolescence (SIA) est une déformation tridimensionnelle de la colonne vertébrale et de la cage thoracique dont la cause est inconnue. Il semble que la ceinture pelvienne soit impliquée dans la pathogénie de la SIA, car des différences géométriques des os coxaux ont été observées. Notamment, une rotation du bassin ou une inclinaison latérale dans le sens de la courbe scoliotique ont été mises en évidence en plus des distorsions osseuses. Il est difficile de dissocier la rotation du bassin de son asymétrie, car la majorité des études porte sur des données radiologiques bidimensionnelles. Une analyse tridimensionnelle de la morphologie du bassin de patientes ayant une SIA, mais n’ayant pas reçu de traitement par corset ou chirurgie permettrait d’identifier le rôle du bassin dans la progression de la scoliose. Dix-sept jeunes filles atteintes de la SIA ont participé à cette étude pour lesquelles des radiographies bi-planaires en station debout étaient disponibles au moment du diagnostic par un chirurgien orthopédiste pédiatrique et à l’instant de la prescription d'un corset. Des radiographies postéro-antérieures et latérales avaient été prises au moyen du système EOS®. Douze repères anatomiques du bassin ont été identifiés sur les paires de radiographies, alors que quatre repères ont été identifiés sur la radiographie postéro-antérieure uniquement. Ces quatre derniers n’étaient pas identifiables sur la radiographie latérale à cause de la superposition des repères droits et gauches. La reconstruction tridimensionnelle du bassin a été réalisée à partir de deux clichés radiographiques des 12 premiers repères osseux. Au total, neuf paramètres tridimensionnels ont été calculés afin de quantifier l’asymétrie et la distorsion du bassin entre les deux temps donnés. Des paramètres bidimensionnels ont également été mesurés sur les quatre derniers repères osseux afin de documenter des déformations du bassin pertinentes à la pratique clinique, telle que la rotation axiale de celui-ci. Dans le but d'évaluer une possible asymétrie entre les os coxaux du bassin, les paramètres tridimensionnels du bassin gauche ont été comparés à ceux du côté droit à chaque temps, au moyen d'un test-t pour échantillon apparié. La morphologie pelvienne a été également évaluée par l'analyse multivariée (MANOVA) à mesures répétées à deux conditions (côté*temps). En conséquence, nous avons constaté une croissance osseuse statistiquement significative du bassin dans l’intervalle de temps entre le diagnostic de la scoliose et le port du corset (p=0,033). Une asymétrie significative entre les côtés gauche et droit du bassin (p=0,013) a également été constatée. En ce qui concerne les paramètres bidimensionnels, nous avons constaté une augmentation de la version pelvienne (p=0,024) au cours de la croissance des jeunes filles. Finalement, le bassin n'a pas présenté de distorsion, puisqu'une valeur de p de 0,763 a été observée. En conclusion, la croissance des jeunes filles atteintes de la scoliose idiopathique de l'adolescence est accompagnée d'une asymétrie morphologique entre les deux os coxaux du bassin. Cette asymétrie constatée au moment du diagnostic de la scoliose des filles a évolué jusqu'à l’instant où le port du corset a été prescrit. Quant aux paramètres bidimensionnels, nous pouvons conclure que la rotation du bassin vers l'arrière a augmenté au cours de la croissance des jeunes filles, produisant ainsi une rétroversion pelvienne dans le plan sagittal. La distorsion tridimensionnelle du bassin n'a toutefois pas été observée au cours de la croissance des jeunes filles. / Adolescent idiopathic scoliosis (AIS) is a three-dimensional deformation of the spine and rib cage of unknown cause. It seems that the pelvis is involved in the pathogenesis of the AIS because geometric differences in the hip bones were observed. A pelvic rotation or a lateral tilt in the direction of the scoliotic curve was observed in addition to bone distortions. It is difficult to separate the pelvic rotation from its asymmetry since most studies are based on bi-dimensional radiologic data. A three-dimensional analysis of the pelvis morphology in patients with AIS, but no brace treatment nor surgery could better define the role of pelvis in the progression of the scoliosis. Seventeen young girls with AIS have participated in this study. Standing bi-planer radiographs were available at the time of diagnosis by a pediatric orthopedic surgeon and at the moment of the brace prescription. Postero-anterior and lateral X-rays were taken using the EOS® system. Twelve anatomical landmarks of the pelvis were identified on the radiograph pairs and four landmarks were identified on the postero-anterior radiography only. These were not identified on the lateral radiograph due to the superposition of the right and left landmarks. The three-dimensional reconstruction of the pelvis was performed using two radiographs of the first 12 bony landmarks. A total of nine three-dimensional parameters were calculated to quantify the asymmetry of the pelvis distortion between the two given times. Bi-dimensional parameters were also measured on the last four bony landmarks in order to document the pelvic deformations relevant to the clinical practice such as the rotation. With the objective of evaluating a possible asymmetry between the hip bones of the pelvis, the three-dimension parameters of the left pelvis were compared to those of the right side in each time using a paired sample t-test. The pelvic morphology was also evaluated using a multivariate analysis (MANOVA) with repeated measures on two conditions (side*time). A statistically significant bone growth of the pelvis in the time interval between the diagnosis of the scoliosis and the brace prescription (p=0.033) was observed in consequence. A significant asymmetry between the left and right sides of the pelvis (p=0.013) without distortion was also observed. Regarding the bi-dimensional parameters, we found an increase in pelvic release (p=0.024) during the growth of the girls. Finally, the pelvis did not show a distortion because a p value of 0.763 was observed. In conclusion, the growth of young girls with adolescent idiopathic scoliosis is related to a morphological asymmetry between the two hipbones of the pelvis. This asymmetry observed at the moment of the scolioisis diagnosis has evolved until de moment of the brace prescription. As for the bi-dimensional parameters, we can conclude that the rotation of the pelvis to the back increased during the growth of the girls, producing a pelvic retroversion in the sagittal plan. The three-dimensional distortion of the pelvis, however, has not been observed during the young girls growth.

La scoliose idiopathique de l’adolescence (SIA) est une déformation tridimensionnelle de la colonne vertébrale et de la cage thoracique dont la cause est inconnue. Il semble que la ceinture pelvienne soit impliquée dans la pathogénie de la SIA, car des différences géométriques des os coxaux ont été observées. Notamment, une rotation du bassin ou une inclinaison latérale dans le sens de la courbe scoliotique ont été mises en évidence en plus des distorsions osseuses. Il est difficile de dissocier la rotation du bassin de son asymétrie, car la majorité des études porte sur des données radiologiques bidimensionnelles. Une analyse tridimensionnelle de la morphologie du bassin de patientes ayant une SIA, mais n’ayant pas reçu de traitement par corset ou chirurgie permettrait d’identifier le rôle du bassin dans la progression de la scoliose. Dix-sept jeunes filles atteintes de la SIA ont participé à cette étude pour lesquelles des radiographies bi-planaires en station debout étaient disponibles au moment du diagnostic par un chirurgien orthopédiste pédiatrique et à l’instant de la prescription d'un corset. Des radiographies postéro-antérieures et latérales avaient été prises au moyen du système EOS®. Douze repères anatomiques du bassin ont été identifiés sur les paires de radiographies, alors que quatre repères ont été identifiés sur la radiographie postéro-antérieure uniquement. Ces quatre derniers n’étaient pas identifiables sur la radiographie latérale à cause de la superposition des repères droits et gauches. La reconstruction tridimensionnelle du bassin a été réalisée à partir de deux clichés radiographiques des 12 premiers repères osseux. Au total, neuf paramètres tridimensionnels ont été calculés afin de quantifier l’asymétrie et la distorsion du bassin entre les deux temps donnés. Des paramètres bidimensionnels ont également été mesurés sur les quatre derniers repères osseux afin de documenter des déformations du bassin pertinentes à la pratique clinique, telle que la rotation axiale de celui-ci. Dans le but d'évaluer une possible asymétrie entre les os coxaux du bassin, les paramètres tridimensionnels du bassin gauche ont été comparés à ceux du côté droit à chaque temps, au moyen d'un test-t pour échantillon apparié. La morphologie pelvienne a été également évaluée par l'analyse multivariée (MANOVA) à mesures répétées à deux conditions (côté*temps). En conséquence, nous avons constaté une croissance osseuse statistiquement significative du bassin dans l’intervalle de temps entre le diagnostic de la scoliose et le port du corset (p=0,033). Une asymétrie significative entre les côtés gauche et droit du bassin (p=0,013) a également été constatée. En ce qui concerne les paramètres bidimensionnels, nous avons constaté une augmentation de la version pelvienne (p=0,024) au cours de la croissance des jeunes filles. Finalement, le bassin n'a pas présenté de distorsion, puisqu'une valeur de p de 0,763 a été observée. En conclusion, la croissance des jeunes filles atteintes de la scoliose idiopathique de l'adolescence est accompagnée d'une asymétrie morphologique entre les deux os coxaux du bassin. Cette asymétrie constatée au moment du diagnostic de la scoliose des filles a évolué jusqu'à l’instant où le port du corset a été prescrit. Quant aux paramètres bidimensionnels, nous pouvons conclure que la rotation du bassin vers l'arrière a augmenté au cours de la croissance des jeunes filles, produisant ainsi une rétroversion pelvienne dans le plan sagittal. La distorsion tridimensionnelle du bassin n'a toutefois pas été observée au cours de la croissance des jeunes filles. / Adolescent idiopathic scoliosis (AIS) is a three-dimensional deformation of the spine and rib cage of unknown cause. It seems that the pelvis is involved in the pathogenesis of the AIS because geometric differences in the hip bones were observed. A pelvic rotation or a lateral tilt in the direction of the scoliotic curve was observed in addition to bone distortions. It is difficult to separate the pelvic rotation from its asymmetry since most studies are based on bi-dimensional radiologic data. A three-dimensional analysis of the pelvis morphology in patients with AIS, but no brace treatment nor surgery could better define the role of pelvis in the progression of the scoliosis. Seventeen young girls with AIS have participated in this study. Standing bi-planer radiographs were available at the time of diagnosis by a pediatric orthopedic surgeon and at the moment of the brace prescription. Postero-anterior and lateral X-rays were taken using the EOS® system. Twelve anatomical landmarks of the pelvis were identified on the radiograph pairs and four landmarks were identified on the postero-anterior radiography only. These were not identified on the lateral radiograph due to the superposition of the right and left landmarks. The three-dimensional reconstruction of the pelvis was performed using two radiographs of the first 12 bony landmarks. A total of nine three-dimensional parameters were calculated to quantify the asymmetry of the pelvis distortion between the two given times. Bi-dimensional parameters were also measured on the last four bony landmarks in order to document the pelvic deformations relevant to the clinical practice such as the rotation. With the objective of evaluating a possible asymmetry between the hip bones of the pelvis, the three-dimension parameters of the left pelvis were compared to those of the right side in each time using a paired sample t-test. The pelvic morphology was also evaluated using a multivariate analysis (MANOVA) with repeated measures on two conditions (side*time). A statistically significant bone growth of the pelvis in the time interval between the diagnosis of the scoliosis and the brace prescription (p=0.033) was observed in consequence. A significant asymmetry between the left and right sides of the pelvis (p=0.013) without distortion was also observed. Regarding the bi-dimensional parameters, we found an increase in pelvic release (p=0.024) during the growth of the girls. Finally, the pelvis did not show a distortion because a p value of 0.763 was observed. In conclusion, the growth of young girls with adolescent idiopathic scoliosis is related to a morphological asymmetry between the two hipbones of the pelvis. This asymmetry observed at the moment of the scolioisis diagnosis has evolved until de moment of the brace prescription. As for the bi-dimensional parameters, we can conclude that the rotation of the pelvis to the back increased during the growth of the girls, producing a pelvic retroversion in the sagittal plan. The three-dimensional distortion of the pelvis, however, has not been observed during the young girls growth.

La scoliose idiopathique de l’adolescence (SIA) est une déformation de la colonne vertébrale d’origine inconnue. Bien qu’elle soit encore aujourd’hui mesurée et classifiée en utilisant des radiographies bidimensionnelles (2D), il est largement rapporté dans la littérature qu’il s’agit d’une affection dans les trois plans de l’espace. Aussi, il semble que le bassin soit impliqué dans la déformation scoliotique, puisqu’il constitue l’assise de la colonne vertébrale et que son orientation influe sur l’équilibre postural. Ainsi, l'asymétrie du bassin et son attitude posturale pourraient être des mécanismes compensatoires de la scoliose idiopathique ou encore être les agents qui déclenchent la déformation du rachis. L’objectif de ce travail est de déterminer la relation entre la morphologie tridimensionnelle (3D) de la colonne vertébrale et du bassin et les déformations scoliotiques groupées selon la méthode de Lenke et de connaître les liens entre ces paramètres morphologiques et l’angle de Cobb. Pour ce faire, 80 filles atteintes de la SIA ont participé à l’étude. Plus précisément, 32 sujets étaient atteintes d’une scoliose thoracique, 23 d’une scoliose thoraco-lombaire et 25 d’une scoliose lombaire. Des radiographies simultanées des plans postéro-antérieur et latéral en position debout ont été prises au moyen du système EOS. Quinze repères anatomiques sur chacune des vertèbres entre T1 à L5 et vingt-et-un sur le bassin ont été identifiés sur les paires de radiographies. La reconstruction tridimensionnelle de la colonne vertébrale et du bassin a été faite à partir des repères anatomiques. Au total, cinq paramètres sur la colonne vertébrale et trois sur le bassin ont été calculés afin d’identifier la morphologie des déformations scoliotiques thoraciques, thoraco-lombaires et lombaires. L’algorithme de classification non-supervisée de la logique floue ou fuzzy c-means (FCM) a été utilisé pour classifier les sujets. Des classifications à deux et trois classes ont été faites avec les données normalisées et non-normalisées, c’est-à-dire en faisant ou en ne faisant pas abstraction au niveau de la courbure scoliotique. Des analyses de variances à un facteur (ANOVA) avec post-hoc ont été menées sur les classifications à deux groupes et deux classes, alors que des analyses multivariées (MANOVA) avec post-hoc ont été réalisées sur les classifications à trois groupes et trois classes non-normalisés et normalisés. L’angle de Cobb du segment thoracique principal est significativement différent pour les trois types de scolioses. Cependant, ces différences pourraient être associées aux segments analysés et à la sévérité de la courbure. Avec les données normalisées, les scolioses thoraciques L1 se regroupent ensemble pour la classification à deux classes et se divisent en deux pour la classification à trois classes. Les paramètres de la cyphose (p = 0,000), de la lordose (p = 0,000) et de l’orientation du plan de courbure maximale (PCM) (p = 0,000) sont ceux qui divisent ces sujets. Quant aux L5 et L6, peu importe la classification, ils se rassemblent généralement dans une même classe. Aussi, des corrélations de Pearson ont été réalisées en fonction de l’angle de Cobb, afin de déceler des liens entre les types de déformation et les paramètres morphologiques. Le bassin ne semble pas avoir d’impact sur l’issu des classifications, mais il est corrélé avec les déviations scoliotique des sujets lombaires. En effet, la version pelvienne (r = -0,433; p = 0,031) est en relation inverse, tandis que la pente sacrée est en relation directe (r = 0,419; p = 0,037). En résumé, les résultats de cette étude indiquent que l’apport de la morphologie 3D de la colonne vertébrale et du bassin aux déformations scoliotiques thoraciques (L1), thoraco-lombaires (L5) et lombaires (L6) apporte des informations cliniquement pertinentes. Nos résultats obtenus par logique floue concernant les sujets thoraciques appuient ceux de la littérature, à savoir que ces sujets ne sont pas tous hypocyphosés. De nouveaux paramètres, tels que la lordose et l’orientation du PCM, viennent renforcer l’idée qu’il existe des sous-groupes parmi les scoliotiques thoraciques. Finalement, bien que d’un point de vue visuel, les sujets thoraco-lombaires et lombaires soient différents, du côté de la morphologie tridimensionnelle, ces sujets sont inséparables. / Adolescent idiopathic scoliosis (AIS) is a deviation of the spine of unknown origin. Although it is still classified and measured using two-dimensional X-ray, it is widely reported in the literature that scoliosis is a deviation in the three planes of space. Also, it seems that the pelvis is involved in the scoliosis deformity, as it is the foundation of the spine and its orientation influence on postural balance. Thus, the asymmetry of the pelvis and postural attitude could be compensatory mechanisms of idiopathic scoliosis or be agents that trigger this disease. The aim of this work is to determine the relationship between the three-dimensional morphology of the spine and pelvis of scoliosis grouped according to Lenke’s classification and to know the links between morphological parameters and the Cobb angle. Eighty girls with the SIA participated in this study. Specifically, 32 subjects were suffering from thoracic scoliosis, 23 thoracolumbar scoliosis and 25 lumbar scoliosis. Simultaneous radiographs of posterior-anterior and lateral planes in standing position were taken with the EOS system. Fifteen anatomical landmarks on each of the vertebrae between T1 and L5 on the spine and twenty-one on the pelvis, have been identified on the pairs of radiographs. The three-dimensional reconstruction of the spine and pelvis was made from the two radiographs and the anatomic landmarks. A total of five parameters on the spine and three on the pelvis were calculated to identify the morphology of thoracic, thoracolumbar and lumbar deformations. The unsupervised classification algorithm of fuzzy c-means (FCM) was used to classify subjects. Classifications with two and three classes were made with non-standardized and normalized data, i.e. by omitting the level of the scoliosis curve. Analysis of variance (ANOVA) with post-hoc was conducted on classifications with two groups and classes and multivariate analysis (MANOVA) with post-hoc were made on classifications with three groups and classes. The Cobb angle of the main thoracic segment was significantly different for the three types of scoliosis. However, these differences might be attributed to the analyzed segment and severity of the curve. With the normalized data, the thoracic scoliosis L1 subjects regroup in classification with two classes and divides into two classes in the classification with three classes. These classes are divided according to the kyphosis (p = 0.000), lordosis (p = 0.000) and the orientation of plane of maximum curvature (PMC) (p = 0.000) parameters. Regardless of classification, L5 and L6 usually gather in the same class. Also, Pearson correlations were made according to the Cobb angle, in order to detect the relationship between the types of deformation and morphological parameters. Finally, the pelvis had no impact on classifications, but it is correlated with the scoliotic deviation of the lumbar scoliosis. The pelvic tilt (r = -0.433; p = 0.031) is inversely correlated, while the sacral slope has a direct relationship (r = 0.419; p = 0.037). In conclusion, the results of this study indicate that the contribution of the 3D morphology of the spine and pelvis to the thoracic (L1), thoracolumbar (L5) and lumbar (L6) scoliosis provides clinically relevant information. Our results gained by fuzzy-c-means support those in the literature, according to which these subjects are not all hypokyphotic. New parameters such as lordosis and orientation of the PMC, reinforce the idea that there are subgroups within the thoracic scoliosis. Finally, although the thoracolumbar and lumbar subjects appear to differ from a visual standpoint, these subjects are inseparable according to the three-dimensional morphology parameters.