Étude des mécanismes de compensation des membres inférieurs qui peuvent influencer la balance sagittale après fusion lombaire grâce au système d’imagerie EOS

Baisamy, Victor (2023). Étude des mécanismes de compensation des membres inférieurs qui peuvent influencer la balance sagittale après fusion lombaire grâce au système d’imagerie EOS. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les mécanismes de compensation de la balance sagittale tels que la rétroversion pelvienne pour un rachis déséquilibré ont été bien décrits dans la littérature. Cependant, ceux mis en place au niveau des membres inférieurs comme la flexion des genoux et leur évolution après fusion du rachis lombaire a été peu quantifiée. L’introduction de l’imagerie corps entier EOS dans la pratique courante a permis l’analyse radiographique des membres inférieurs, même dans les pathologies dégénératives. Ce travail vise à caractériser et à prédire au travers de l’utilisation du machine learning l’apparition de la flexion du genou en relation avec les paramètres sagittaux globaux et régionaux de la colonne vertébrale dans les pathologies dégénératives lombaires avant et après une fusion lombaire.

Ce travail est une analyse rétrospective monocentrique incluant 108 patients ayant subi une fusion du rachis lombaire pour pathologies dégénératives. Tous les patients inclus ont eu une imagerie biplane EOS du corps entier avant et après l’opération avec un minimum de 6 mois de suivi. Les critères d’exclusion sont les patients ayant déjà subi une chirurgie de la colonne vertébrale et une arthroplastie totale du genou avant une fusion de la colonne lombaire. Vingtsept paramètres, dont la flexion du genou et les paramètres spino pelvien, ont été mesurés à l’aide du logiciel SterEOS. L’analyse statistique des paramètres, leurs évolutions et leurs corrélations ont été réalisées sous XLSTAT-R et GraphPad Prism 9. Les méthodes prédictives de régressions et de classifications elles reposent sur une base de données de 201 radiographies préopératoire de patients avec pathologies dégénératives du rachis. Elles sont développées sous Python à l’aide de la bibliothèque d’apprentissage machine Scikit-Learn.

Les paramètres posturaux de 108 patients (65H; 43F) avec une moyenne d’âge de 63,02 ans ont été étudiés. La flexion du genou est modérément corrélée avec l’angle de dorsiflexion de la cheville (R =0,750) et que faiblement corrélée avec le SVA (R=0,41), PI-LL (R=0,41) ou PT (R=0,20). Les patients présentant une plus grande flexion du genou en préopératoire (n = 68) présentent une inadéquation PI-LL (9,88 +/- 10,48° vs 0,57 +/- 12,19°) et une SVA (5,7 +/- 4,2 cm vs 2,1 +/- 3,9 cm) significativement plus importantes que le groupe présentant une plus faible flexion du genou (n = 44). Les patients présentant une flexion de genoux exacerbée en postopératoire (n=57) ont une inadéquation PI-LL significativement plus importante (p=0,01) ainsi qu’une perte de lordose (p = 0,04) après la chirurgie par rapport au groupe présentant moins de flexion (n=51) sans pour autant que la SVA ne soit impactée.

La prédiction de la flexion au-delà d’un seuil de 10° à partir des paramètres SVA, CAM, PILL et de l’âge est possible avec une exactitude de 0,68, une sensibilité de 0,86 et une spécificité de 0,44.

Les résultats de ce travail démontrent l’importance d’évaluer l’alignement des membres inférieurs en relation avec les paramètres spino-pelviens sagittaux globaux et régionaux en utilisant l’imagerie du corps entier. L’angle de flexion du genou peut aider à quantifier la compensation des membres inférieurs par rapport au décalage spino-pelvien chez les patients opérés pour des pathologies dégénératives. Cependant, la relation entre les paramètres spinopelviens et l’alignement du genou reste peu corrélée et la variabilité dans la mise en place de ces mécanismes de compensation est très importante et dépendante des sujets. Des travaux supplémentaires sont nécessaires pour comprendre pleinement l’interaction complexe des mécanismes de compensation face au déséquilibre sagittal et au décalage spino-pelvien.

Titre traduit

Study of lower limb compensation mechanisms that may influence sagittal balance after lumbar fusion using the EOS imaging system

Résumé traduit

Sagittal balance compensation mechanisms such as pelvic retroversion for an unbalanced spine have been well described in the literature. However, those implemented in the lower limbs such as knee flexion and their evolution after lumbar spine fusion has not been quantified. The adoption of whole body EOS imaging in routine practice has allowed radiographic analysis of the lower limbs, even in degenerative pathologies. This work aims to characterize and predict using machine learning the occurrence of knee flexion in relation to global and regional sagittal parameters of the spine in lumbar degenerative pathologies before and after lumbar fusion.

This work is a single-center retrospective analysis including 108 patients who underwent lumbar spine fusion for degenerative pathology. All included patients had biplane EOS wholebody imaging before and after surgery with a minimum of 6 months of follow-up. Exclusion criteria were patients with prior spine surgery and total knee replacement before lumbar spine fusion. Twenty-seven parameters, including knee flexion and spinopelvic parameters, were measured using SterEOS software. The statistical analysis of the parameters, their evolution and their correlations were performed with XLSTAT-R and GraphPad Prism 9. The predictive methods of regressions and classifications are based on a database of 201 preoperative radiographs of patients with degenerative spine pathologies. They are developed under Python using the Scikit-Learn machine learning library.

Postural parameters of 108 patients (65H; 43F) with an average age of 63.02 years were studied. Knee flexion was moderately correlated with ankle dorsiflexion angle (R=0.75) and weakly correlated with SVA C7(R=0.41), PI-LL (R=0.41) or PT (R=0.20). Patients with greater preoperative knee flexion (n=68) had significantly greater PI-LL mismatch (9.88 +/- 10.48° vs. 0.57 +/- 12.19° ) and VAS (5.7 +/- 4.2 cm vs. 2.1 +/- 3.9 cm) than the group with less knee flexion (n=44). Patients with exacerbated knee flexion postoperatively (n=57) had significantly greater PI-LL mismatch (p=0.01) as well as loss of lordosis (p=0.04) after surgery compared to the group with less flexion (n=51) without any impact on VAS.

Prediction of flexion beyond a threshold of 10° of knee flexion from the parameters VAS, CAM, PI-LL and age is possible with an accuracy of 0.68, a sensitivity of 0.86 and a specificity of 0.44.

The results of this work suggest that lower limb alignment in relation to global and regional sagittal spinal parameters can be quantified using whole body imaging. Knee flexion angle can help quantify lower limb compensation in relation to spinopelvic misalignment in patients operated on for degenerative pathologies. However, the relationship between spinopelvic parameters and knee alignment remains poorly correlated and there is considerable subjectdependent variability in the implementation of these compensation mechanisms. Further work is needed to fully understand the complex interplay of compensation mechanisms in the face of sagittal imbalance and spinopelvic misalignment.

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 concentration technologies de la santé". Comprend des références bibliographiques (pages 133-149).
Mots-clés libres:	balance sagittale, fusion lombaire, mécanismes de compensation, membre inférieur, prédiction, apprentissage machine
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Vázquez, Carlos
Codirecteur:	Codirecteur de Guise, Jacques A.
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	16 janv. 2024 14:35
Dernière modification:	16 janv. 2024 14:35
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3344

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