Développement et validation d’une méthode d’évaluation des translations glénohumérales 3D sous EOS

Lagacé, Pierre-Yves (2013). Développement et validation d’une méthode d’évaluation des translations glénohumérales 3D sous EOS. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les pertes de fonction de l’épaule associées à des pathologies de la coiffe des rotateurs sont très fréquentes et peuvent être très handicapantes pour les gens affectés. Par exemple, des actions de la vie quotidienne aussi simples que se laver les cheveux ou prendre un verre dans une armoire peuvent devenir extrêmement douloureuses ou être même impossibles à réaliser. Bien qu’il existe des outils fiables pour le diagnostic des pathologies aux tissus mous de l’épaule, ceux-ci ne permettent pas d’expliquer adéquatement la gravité des symptômes leur étant associés. En effet, on constate que certains patients présentant des ruptures massives de la coiffe des rotateurs maintiennent une bonne fonction dans la vie de tous les jours, alors que d’autres présentant des blessures mineures, souffrent d’importantes pertes de fonction. Une meilleure compréhension des mécanismes impliqués dans les pertes de fonction de l’épaule permettraient d’améliorer le diagnostic et la prise en charge des patients.

Certaines études suggèrent que le déplacement du centre de la tête humérale par rapport à la glène (les translations gléno-humérales, GH) pourrait être corrélé aux pertes de fonction de l’épaule en présence de ruptures de la coiffe des rotateurs. Cependant, à cause des limitations techniques au niveau des méthodes d’analyse des translations GH, peu d’études se sont penchées sur la question en détail. C’est dans ce contexte que s’inscrit cette thèse : les objectifs principaux sont de développer et de valider une méthode d’analyse des translations GH et de vérifier l’existence d’une corrélation entre les translations GH et la fonction de l’épaule chez un groupe de patients avec rupture de la coiffe des rotateurs.

À cette fin, nous avons développé une méthode d’analyse des translations GH reposant sur l’acquisition de séquences de radiographies biplanes à l’aide du système EOS™. La première partie du travail présentée ici consiste à développer un protocole d’acquisition des radiographies en pseudo-cinématique et à évaluer la répétabilité de l’identification de repères anatomiques de l’épaule sur les radiographies. La méthode d’évaluation des translations GH développée en dernier lieu permet, suite à l’acquisition des radiographies et à la numérisation de repères anatomiques répétables, de reconstruire un modèle personnalisé morpho-réaliste de la scapula du sujet et un modèle simplifié de l’humérus. Ces modèles sont ensuite recalés interactivement à l’ensemble des positions imagées et utilisés pour décrire les translations GH entre ces positions. La validation de la méthode sur 10 scapulas sèches, 5 épaules cadavériques et 5 patients a démontré que les translations GH pouvaient être évaluées avec une précision de l’ordre de 2 mm. L’application de la méthode à 25 patients ayant des ruptures de la coiffe des rotateurs et 5 sujets sains n’a pas permis d’établir de lien clair entre les translations GH et la fonction de l’épaule, mais a tout de même permis d’identifier certaines corrélations entre l’amplitude des translations GH et différents aspects de la fonction de l’épaule, principalement chez les femmes.

Cette thèse aura donc permis de réaliser des avancements majeurs tant d’un point de vue technique que scientifique. Tout d’abord, le travail réalisé a permis de développer une méthode d’analyse morpho-fonctionnelle de l’épaule en 3D, précise, et peu invasive. Celle-ci pourra être exploitée en clinique ou dans le cadre d’études morphologiques de l’épaule ou de la pseudo-cinématique de la scapula. Ensuite, cette thèse propose également un marqueur radiologique de la fonction de l’épaule, les translations GH. Ainsi, le travail réalisé représente un pas de plus dans l’étude morpho-fonctionnelle de l’épaule, qui permettra sans aucun doute d’améliorer notre compréhension de l’épaule pathologique, et à terme, l’amélioration du diagnostic et de la prise en charge des patients souffrant de douleurs à l’épaule, et ainsi à l’amélioration de leur qualité de vie.

Titre traduit

Development and validation of a method for evaluating 3D glenohumeral translations with EOSTM

Résumé traduit

Shoulder pain and dysfunction associated with rotator-cuff tears are very frequent and can be very debilitating for those affected. For example, simple activities of daily living such as washing ones hair or getting a glass from a high shelf can become very painful or even impossible. Even though there exist reliable tools to diagnose shoulder soft tissue pathologies, these do not allow explaining the importance of the symptoms associated to these pathologies. Indeed, some patients with massive rotator cuff tears maintain good shoulder function which does not interfere with their daily activities, while some others with small tears suffer from severe shoulder dysfunction. A better understanding of mechanisms involved in shoulder dysfunction would allow improving diagnosis of shoulder pathologies and treatment of patients.

A few studies suggest that displacements of the center of the humeral head relative to the glenoid cavity (gleno-humeral (GH) translations) could be correlated to shoulder dysfunction in patients with rotator cuff tears. However, technical difficulties associated to the study of GH translations are in great part responsible for the small number of studies which have been interested in the subject. This thesis takes place within this context: the main objectives are to develop and validate a method for the study of GH translations and to verify the existence of a correlation between GH translations and shoulder function in a group of patients with rotator cuff tears.

In order to fulfill these objectives, we developed a method for the analysis of GH translations based on the acquisition of sequences of biplanar radiographs with the EOS™ system. The first part of the work presented here consists in developing a radiograph acquisition protocol in pseudo-kinematics and at evaluating the repeatability of shoulder bony landmark location on the radiographs. The final method which was developed allows, following radiograph acquisition and digitization of repeatable landmarks, reconstructing a personalized, morphologically realistic scapula model and a simplified humerus model. These models are then registered to other positions for which radiographs have been acquired, and then used to describe GH translations between them. Validation of the method on 10 dry scapulae, 5 cadaveric shoulder specimens, and 5 patients has showed that GH translations could be evaluated in vivo with a precision of the order of 2 mm. Application of the method to 25 patients with rotator cuff tears and 5 healthy subjects did not allow establishing a clear link between GH translations and shoulder function, but did allow identifying some correlations between GH translation amplitude and shoulder function, mainly in women.

Hence, this thesis will have contributed to major technical and scientific advancements. First, the work performed during this thesis allowed developing a method for morphological and functional analysis of the shoulder in 3D, with adequate precision, and in a minimally invasive manner. This method could eventually be exploited in a clinical setting or for studying scapula morphology or scapula pseudo-kinematics. The work performed during this thesis represents one more step in morphological and functional analysis of the shoulder, which will without a doubt improve our understanding of pathological shoulders, and in the longer term, improve diagnosis and treatment of patients suffering from shoulder dysfunction, and hence improve their quality of life.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thèse présentée à l’école de technologie supérieure arts et métiers PARISTECH (Cotutelle) comme exigence partielle à l’obtention du doctorat en génie, Cotutelle France-Québec" Bibliogr. : f. [125]-135.
Mots-clés libres:	Épaule. Articulation scapulohumérale. Articulation scapulohumérale - Coiffe des rotateurs. Articulation scapulohumérale - Coiffe des rotateurs-Rupture. analyse, cinématique, EOSMC, évaluation, ghglénohuméral, gléno-humérale, morpho-fonctionnel, pseudo, translation
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Hagemeister, Nicola
Codirecteur:	Codirecteur Skalli, Wafa
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	22 mars 2013 14:10
Dernière modification:	10 mars 2017 02:25
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1142

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