Chapitre 2 : Matériels et méthodes
2.3 Méthodes d'analyse des résultats
Les images, au nombre de 445, obtenues avec le numériseur ont toutes subi la même préparation pour l'analyse dans ImageJ. Toutes les images ont été orientées dans la même direction, soit la face antérieure de l'os en haut, la face postérieure en bas, le côté latéral à droite et le côté médial à gauche (Barondess, 1998). Aussi, les données ont été traitées pour mettre en valeur l'os cortical en utilisant la fonction « threshold ». En outre, l'os spongieux ou la poussière dans la cavité médullaire ont été effacés pour éviter des erreurs dans l'analyse (Gosman et al., 2013).
Par la suite, les images ont pu être analysées dans ImageJ, à l'aide de l'option « Analyse Particules », ce qui a permis d'obtenir les informations suivantes :
• L'aire corticale (mm2) (« Cortical Area »: CA ) qui correspond à la surface
partant du périmètre du périoste jusqu'au périmètre endocortical (Barondess, 1998; Carlson, 2005; Feldman et al., 2012; Hill & Durband, 2014).
• L'aire de la cavité médullaire (mm2) (« Medullary Area »: MA) qui correspond
à l'air contenu dans le périmètre endocortical (Barondess, 1998; Carlson, 2005; Feldman et al., 2012; Hill & Durband, 2014).
• L'aire subpériostale totale (mm2) (« Total Subperiosteal Area »: TA) qui
correspond à toute l'aire de l'os délimité par le périmètre du périoste, ce qui inclue la cavité médullaire et qui est égale à CA+MA (Barondess, 1998; Carlson, 2005; Feldman et al., 2012; Hill & Durband, 2014).
Les données ont également été analysées par BoneJ et l'option « Slice Geometry », ce qui a permis d'obtenir les informations suivantes :
• Le moment quadratique maximum (Imax) et minimum (Imin) (« second moment
of area » (I)) et le moment d'inertie polaire (J; mm4) permettent de calculer la
résistance de l'os à la déformation, la torsion et la flexion selon un axe donné (l'axe x et y) (Barondess, 1998; Doube, 2016; Marchi & Borgognini-Tarli, 2004).
A= aire de chaque pixel
d = Distance perpendiculaire de chaque pixel par rapport au centre de l'axe du centroïde
Iy = Ʃ(𝐴𝐴)(𝑑𝑑𝑑𝑑2)
Iy = Le Moment quadratique sur l'axe y
Ix = Ʃ(𝐴𝐴)(𝑑𝑑𝑑𝑑2)
Ix = Le Moment quadratique sur l'axe x
Imax= Valeur maximum de I peu importe l'axe
Imin= Valeur minimum de I peu importe l'axe (perpendiculaire à Imax)
Le moment d'inertie polaire
J = Ix + Iy OU Imax + Imin
• L'index de circularité (Imax/Imin) permet d'obtenir le niveau de circularité de
l'os. Plus le résultat se rapproche de 1, plus la forme de l'os est circulaire. • Le moment d’inertie polaire (J) donne une valeur moyenne des I de la
section. Il reflète aussi la capacité de l’os à résister en torsion.
• Le module d'inertie (« section modulus » (Z)) est complémentaire aux moments quadratiques (I) et au moment d'inertie polaire (J) puisqu'il calcule aussi la résistance de l'os au bris selon la forme en millimètre cube (mm3).
C'est la division du moment d'inertie polaire par la distance maximum de la section au centre de gravité d'un axe. BoneJ fait le calcul du module d'inertie maximum (Zmax) (axe majeur) et minimum (Zmin) (axe mineur)
ainsi que le module d'inertie polaire (mm3) (« polar section modulus »
(Zpol)) (Doube, 2016; Ruff, 2000, 2002). Ces données ne seront pas
analysées dans ce mémoire puisqu'ils sont similaires à J. Par contre, les données vont être conservées et mises en annexe pour confirmer les informations obtenues avec le J et afin de permettre la comparaison avec d'autres recherches qui auraient calculé le module d'inertie (Zpol) au lieu du
moment d'inertie polaire (J).
Zmax = Imax/R2
Zmin = Imin/R1
Où R2 = longueur maximum de la corde pour l'axis majeur
Et où R1 = longueur maximum de la corde pour l'axis mineur
Zpol = J/ C
Où C = la distance entre le centre de gravité à la fibre la plus éloignée • L'épaisseur corticale de l'os en millimètre à son maximum (« Max Thick
2D») et en moyenne (« Mean Thick 2D ») (Doube, 2016; Morimoto, Ponce De León, & Zollikofer, 2011).
Toutes ces informations ont été ensuite analysées par le programme SygmaPlot (Systat Software, 2017) un outil pour les analyses statistiques et graphiques. Donc, les données suivantes ont été comparées entre les individus de l'échantillon; CA; MA; TA; moment d'inertie polaire (J); module d'inertie (Z); épaisseur corticale; index de circularité (Imax/Imin).
Ces critères ont été choisis, car ils analysent la forme, la taille et la résistance des os. Les données ont été regroupées dans des graphiques selon les groupes d'âge mentionnés précédemment (âge 1, âge 2 et âge 3), par os (fémur, tibia, humérus) et par coupes transversales (20%-35%-50%-65%-80%). Un graphique boîte à moustache a été fait pour chaque variable et pour chaque os (fémur, tibia, humérus). Ce qui a permis de voir la
distribution des différents individus pour une même coupe transversale d'un même os ainsi que de repérer les tendances des différents groupes d'âge. Grâce à SygmaPlot, il a été également possible de calculer certaines statistiques comme la moyenne et l'écart-type pour les trois groupes d'âge, pour chacune des variables et pour chacun des os et leurs coupes transversales. De plus, une analyse de variance (ANOVA) a été faite afin de s'assurer que les résultats des groupes d'âge étaient significativement différents (changements ontogéniques). Il a été ensuite possible de comparer les résultats et graphiques afin de comprendre et expliquer leurs principales ressemblances et différences.
Il est à noter que pour analyser le fossile de l'enfant de Dikika, il a été nécessaire de faire l'analyse dans Image J une deuxième fois pour l'échantillon d'humains et de grands singes africains. Effectivement, pour le fossile (un moulage), seules les dimensions externes étaient disponibles. Il était donc, impossible de comparer ce spécimen à des données qui incluaient la présence d'une cavité médullaire. Donc, à l'aide d'Image J, la cavité médullaire des images déjà existantes de l'échantillon humain a été remplie et les analyses en coupe ont été refaites. Les résultats de l'enfant de Dikika ont pu être comparés à ces nouvelles analyses (annexe 2, tableau 7).
Dans ce mémoire, la plupart des résultats chez les humains et les grands singes qui seront présentés sont ceux obtenus en remplissant la cavité médullaire des coupes transversales. Les seules exceptions sont pour les analyses qui nécessitaient la présence de celle-ci telles que l'aire corticale (CA), l'aire de la cavité médullaire (MA) et l'épaisseur corticale (Emoy et Emax). Ces dernières n'ont pas pu être comparées à l'enfant de Dikika, mais
elles ont, tout de même, été traitées dans ce mémoire puisque la comparaison entre humains et grands singes était pertinente et intéressante. En outre, afin de permettre une comparaison éventuelle de l'échantillon d'humains et de grands singes avec d'autres recherches les résultats obtenus avec la cavité médullaire se retrouvent en annexe (annexe 2, tableau 6).