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Impact de l'arthrose au genou sur les articulations de la hanche et de la cheville en se basant sur une analyse biomécanique

Billard, Delphine (2012). Impact de l'arthrose au genou sur les articulations de la hanche et de la cheville en se basant sur une analyse biomécanique. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

De nombreuses études utilisent des données biomécaniques pour l’investigation de pathologies du genou telles que la gonarthrose. La classification de patients gonarthrosiques (OA) vs. des sujets asymptomatiques (AS) a déjà été faite à partir de la cinématique du genou pendant la marche. En revanche, les conséquences de la gonarthrose sur les différentes articulations du membre inférieur sont très peu documentées. L’objectif de ce projet est d’analyser l’impact de l'arthrose au genou sur la hanche et sur la cheville pendant la marche : les patrons de cinématique angulaire 3D des trois articulations sont caractérisés pour des populations OA et AS et utilisés pour une classification des sujets.

Les données biomécaniques utilisées ont été acquises lors d’un protocole d’analyse de la marche d’un projet antérieur réalisé sur 15 sujets asymptomatiques et 32 patients gonarthrosiques. (1) Une analyse statistique est effectuée sur le signal cinématique de chacune des articulations vues dans chaque plan de rotation par rapport à un cycle de marche: Des analyses de variance (ANOVA) sont calculées sur chaque pourcent du cycle ainsi que sur des points d'intérêt pour comparer les moyennes et déceler des paramètres locaux distinctifs entre les groupes. Le seuil de significativité est fixé à p=0.05. (2) Le système de classification appliqué est basé sur la méthode des sous-espaces et utilise la décomposition en valeurs singulières (SVD) : Cette approche, dite globale, permet de caractériser les signaux en leur totalité tout en décelant des sous-cycles de marche discriminants.

Les patients gonarthrosiques présentent un mouvement de la hanche d'avantage en abduction pendant l'appui et moins en rotation externe que les sujets contrôles surtout au pré-envol (2.0°, p=0.01). Pendant la phase d'appui, ils fléchissent moins le genou (4.7°, p=0.003) et maintiennent une rotation tibiale moins interne par comparaison aux asymptomatiques (1.0°, p=0.01). Enfin, la cheville des patients OA est moins en éversion pendant l'envol et plus en flexion plantaire sur tout le cycle. La classification donne d’excellents résultats au genou, avec plus de 95% de sujets correctement classés dans le plan frontal, mais aussi de très bons taux à la hanche et à la cheville, respectivement jusqu'à 89% et 85% dans le plan sagittal. La phase d'envol dévoile les meilleurs taux dans le plan sagittal aux trois articulations.

Les patrons cinématiques 3D du membre inférieur des patients OA pendant la marche dévoilent des différences significatives avec ceux des sujets AS aux trois articulations: la présence de gonarthrose amène à l'ajustement des stratégies de déplacements angulaires du genou, mais aussi de la hanche et de la cheville. De plus, les deux groupes peuvent être classifiés selon les rotations enregistrés aux trois articulations, ouvrant la voie à de nouvelles recherches pour déceler des stratégies d'adaptation du système locomoteur face à la pathologie et prédire son développement à l'aide de systèmes de classification renforcés.

Titre traduit

Biomechanical analysis to caracterise the impact of gonarthrosis on hip and ankle kinematics

Résumé traduit

Numerous studies use biomechanical data to investigate pathologies such as knee osteoarthritis. The classification of knee osteoarthritis (OA) vs. asymptomatic (AS) subjects has already been made using knee kinematics during gait. However, the consequences of osteoarthritis on other joints of the lower limb are poorly documented. The objective of this project is to analyze the impact of knee osteoarthritis on hip and ankle during gait : 3D angular kinematics patterns of the three joints are analyzed for OA and AS populations and used to classify subjects.

The biomechanical data was obtained during a gait analysis protocol from a previous project. The latter was conducted on 15 asymptomatic subjects and 32 knee osteoarthritis patients. (1) Statistical analysis is performed on kinematic curves of each joint expressed in each anatomical plane during a gait cycle. Analysis of variance (ANOVA) was calculated for each percent of the gait cycle and on points of interest. This was used to compare means between groups and identify local parameters allowing distinguishing between groups. The significance level was set at p = 0.05. (2) The classification system used is based on the method of subspaces and uses the singular value decomposition (SVD). This global approach allows characterizing the signals in their totality while also identifying gait sub-cycles that allow a better discrimination between groups.

Knee osteoarthritis patients show increased abduction in the hip movement during the stance phase, and less in external rotation than controls, especially at pre-swing (2.0°, p = 0.01). During the stance phase, knee flexion of osteoarthritic patients is lower (4.7°, p = 0.003) and remains in decreased internal tibial rotation compared to asymptomatics (1.0°, p = 0.01). Finally, the ankle is less in eversion during swing and more in plantar flexion along the entire cycle. The classification gives excellent results for knee kinematics, with more than 95% of subjects correctly classified in the frontal plane, but also very good rates at hip and ankle, respectively up to 89% and 85% in the sagittal plane. The swing phase reveals the best rates in sagittal plane at the three joints.

Gait 3D kinematic patterns of OA patients reveal significant differences with those of AS subjects at the three joints of lower limb. The presence of knee osteoarthritis leads to adjustment of angular displacements strategies of knee, but also of hip and ankle. In addition, both groups can be classified according to rotations recorded at the three joints, opening the way for further research to identify coping strategies of locomotor system against disease and predict its development using strengthened classification systems.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'école de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie concentration technologie de la santé". Bibliogr. f.[101]-106.
Mots-clés libres: Cinématique Gonarthrose Genou Propriétés mécaniques Hanche Propriétés mécaniques Cheville Propriétés mécaniques biomécanique, classification
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Mezghani, Neila
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Hagemeister, Nicola
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 28 juin 2012 15:44
Dernière modification: 02 mars 2017 22:24
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1011

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