Développement de marqueurs mécaniques pour la planification chirurgicale : étude du pivot du genou

Courteille, Rémi (2023). Développement de marqueurs mécaniques pour la planification chirurgicale : étude du pivot du genou. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

L’arthrose du genou est une pathologie invalidante de plus en plus commune chez des patients parfois relativement jeunes. Les principaux symptômes sont la douleur et la réduction de la mobilité et de la stabilité du genou. Le seul traitement connu de cette pathologie est le remplacement de l’articulation par une prothèse. Les fonctionnalités du genou sont particulièrement visibles au cours de mouvements. Il est donc intéressant d’observer la cinématique en utilisant des marqueurs mécaniques. Dans ce contexte, le pivot du genou est un outil permettant de qualifier le mouvement de l’articulation (Scott A. Banks & Hodge, 2004). Il permet de connaitre l’évolution de la cinématique avec le développement de l’arthrose ou lors de la pose de prothèse.

Plusieurs méthodes de calcul du pivot du genou sont proposées dans la littérature en utilisant différentes modalités d’acquisition du mouvement. Cependant, leurs utilisations sont limitées à des protocoles de recherche. L’objectif de ce mémoire est, dans un premier temps, de proposer une méthode utilisable dans un contexte clinique pour participer au suivi des patients et aider à la planification chirurgicale. Dans un second temps, cette méthode sera appliquée à une cohorte de patients munis de prothèses unicompartimentales de genou pour évaluer l’impact de cette procédure relativement conservatrice sur la cinématique du genou.

La méthode proposée s’insère dans la continuité des travaux de Scott A. Banks & Hodge, (2004). L’axe de flexion du genou est approximé par l’axe transépicondyléen. Le pivot est l’intersection de deux axes transépicondyléens consécutifs projetés dans le plan transverse du tibia. La méthode présentée classe les pivots en quatre patrons selon leur position sur l’axe médiolatéral. Les pivots centraux, médiaux et latéraux sont différenciés, ainsi que les patients présentant une rotation axiale très faible face à la translation antéropostérieure. Cette méthode utilise les données d’un examen de genougraphie, soit un examen rapide et effectuable dans un contexte clinique.

Cette méthode est appliquée à une cohorte de patients équipés d’une prothèse unicompartimentale dont la cinématique est acquise au cours d’essais de marche avant et après la chirurgie. Les cycles de marche étudiés sont divisés en deux phases, l’appui et l’envol. Les résultats montrent une majorité de pivots centraux et de translations antéropostérieures. Au cours de la phase d’appui, 55% des participants conservent le même patron de pivot avant et après la chirurgie. Cette proportion est de 68% au cours de la phase d’envol. La majorité des patients présentent un pivot central ou une translation antéropostérieure dominante. Durant la phase d’envol, plus de 75% des patients sont classifiés avec une translation antéropostérieure dominante. Ce résultat suggère que cette translation est liée à un angle de flexion élevé. Il semble plus pertinent d’étudier la phase d’appui pour noter des différences significatives du pivot.

Ce mémoire présente donc une méthode de calcul et de classification du pivot du genou utilisable pour le suivi des patients et la planification chirurgicale. Il expose aussi les résultats de cette méthode sur une cohorte de patients pour évaluer l’impact des prothèses unicompartimentales sur ce marqueur.

Titre traduit

Development of mechanical markers for surgical planning: a knee pivot point study

Résumé traduit

Knee osteoarthrosis is a common and disabling pathology. It can concern young patients. Symptoms are mainly pain as well as reduced knee mobility and stability. The only known treatment for this pathology is replacement of the articulation by an implant. Knee functionalities are noticeable during motion. It seems relevant to look at knee kinematics using mechanical markers to evaluate knee kinematics. Knee pivot point is one of these markers that can be used to assess the joint motion. It can be used to show the evolution of knee kinematics during osteoarthrosis development or the impact of knee replacement.

In the literature, several methods are proposed to calculate knee pivot point, using different motion capture techniques. Nevertheless, their uses are restricted to research protocols. The goal of this thesis is, in a first time, to present another method to calculate knee pivot. This method has to be appropriate to a clinical use. In a second time, this method is applied to a group of patients who underwent unicompartimental knee arthroplasty. The aim of this study is to evaluate the impact of this surgery on knee pivot point.

The purposed methods extends works done by Scott A. Banks & Hodge, (2004). Knee pivot point is calculated in tibial transverse plan. It is defined as the intersection of consecutive projected transepicondylar axes in this plan. This methods classes pivots into four pivot motion patterns. Pivots can be centrals, medials or laterals. In some case, anteroposterior translation is way bigger than rotation. These cases are classified as no pivot motion pattern. This method uses data acquired during kneekinesiography, a clinical exam.

This method is then applied to a group of patients suffering from knee osteoarthrosis and who underwent unicompartimental arthroplasty. Knee pivot point is calculated before and after surgery. Gait cycle is split between two phases, stance and swing. During stance phase, 55% of patients presented the same pivot motion pattern before and after arthroplasty. This proportion is 68% during swing phase. Most of patients presents no pivot or a central pivot motion pattern. During swing phase particularly, more than 75% of patients presents no pivot. This result brings to mind that this translation is linked with high flexion degrees. Studying stance phase seems to be more pertinent to notice difference between patients.

This thesis presents a clinical designed method to calculate and classify knee pivot point. It can be used to follow osteoarthrosis development or to help at surgical planning. Results of this method on a patient group are also exposed. They can be used to evaluate impact of unicompartimental arthroplasty on knee pivot point.

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 avec mémoire en génie des technologies de la santé". Comprend des références bibliographiques (pages 79-86).
Mots-clés libres:	gonarthrose, pivot du genou, patron de pivot, prothèse unicompartimentale de genou
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Hagemeister, Nicola
Codirecteur:	Codirecteur Chèze, Laurence
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	07 sept. 2023 18:41
Dernière modification:	07 sept. 2023 18:41
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3271

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