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N° d’ordre : 2003-21 ECOLE DOCTORALE 432 Ecole Nationale Supérieure d’Arts et M

N° d’ordre : 2003-21 ECOLE DOCTORALE 432 Ecole Nationale Supérieure d’Arts et Métiers Centre de Paris THÈSE présentée pour obtenir le grade de DOCTEUR De L’ÉCOLE NATIONALE SUPÉRIEURE D’ARTS ET MÉTIERS Spécialité : Biomécanique Par Laurent NODÉ-LANGLOIS ANALYSES TRIDIMENSIONNELLES DES DEVIATIONS ANGULAIRES DES AXES DU MEMBRE INFERIEUR, EN PRE PER ET POSTOPERATOIRE Soutenue le 19 décembre 2003, devant le Jury d’examen : MM. P. NEYRET, Professeur des universités, Hôpital de la Croix Rousse, Lyon P. KEHR, Professeur des universités, CTO de la CRAMAM, Illkirch Rapporteur L. RAKOTOMANANA, Professeur des universités, université Rennes I, Rennes F. LAVASTE, Professeur des universités, LBM-ENSAM-CNRS, Paris L. CHEZE, Maître de conférence, HDR, université Lyon I, Lyon Rapporteur W. SKALLI, Professeur des universités, LBM-ENSAM-CNRS, Paris. L’ENSAM est un Grand Etablissement dépendant du Ministère de l’Education Nationale, composé de huit centres : AIX-EN-PROVENCE ANGERS BORDEAUX CHÂLONS-SUR-MARNE CLUNY LILLE METZ PARIS - 2 - - 3 - À Delphine Pour sa patience, son amour… - 4 - Remerciements - 5 - R Re em me er rc ci ie em me en nt ts s Je souhaite vivement remercier les personnes qui ont contribué à la réalisation de ce travail. Veuillez me pardonner si j’oublie aujourd’hui certains d’entre vous, ce n’était pas ma volonté. Le Pr. Philippe NEYRET, pour m'avoir enseigné les notions indispensables à la chirurgie prothétique du genou et suivi tout au long de ce travail de thèse. Le Dr. Roger BADET, pour sa gentillesse, sa disponibilité et la pertinence de ses remarques. Le Pr. François LAVASTE, directeur du LBM, pour m'avoir transmis sa passion pour la biomécanique et suivi en tant que directeur de ce travail de thèse en doctorat. Le Pr. Wafa SKALLI, co-directrice du LBM, pour son soutien et son expertise essentielle dans le développement et l'amélioration de mes travaux. David MITTON, maître de conférence au LBM, pour son aide précieuse, sa disponibilité et sa gentillesse. Alexandre TEMPLIER, directeur de la société Surgiview, pour sa confiance qui m’a permis de réaliser ce travail de recherche parallèlement à mon activité professionnelle. Yves Alain RATRON, directeur R&D de la société Tornier, pour la confiance qu'il m'a témoigné, sa patience et sa gentillesse. Eric BELOUX, attaché scientifique de la société Tornier, qui m’a conseillé dès le début les ouvrages de référence et complété ma formation en anatomie du membre inférieur. Christophe NENNIG, ingénieur chez Praxim, pour son écoute et les bons moments que nous avons passé lors de la conception du logiciel de navigation chirurgicale. Le Dr. Thomas BAUER, pour la qualité et la quantité de travail réalisé et sa très grande disponibilité. Merci pour tout. Remerciements - 6 - Sébastien LAPORTE, enseignant chercheur au LBM, sans qui ces travaux auraient été impossibles, pour ses connaissances, sa passion pour les sciences et son goût pour les enseigner. Benjamin AUBERT, programmeur au LBM, pour son aide très précieuse et ses capacités à imaginer et mettre en place des solutions informatiques qui améliorent la qualité du travail à réaliser. Mohamed MARHOUM, bibliothécaire au LBM, pour la réorganisation complète de notre outil de travail : la bibliothèque, mais aussi pour son franc parler et sa bonne humeur. Patricia SIASSIA et Christophe CANU, pour leur sympathie et leur aide logistique qui m’ont aidé à mener, dans de bonnes conditions, la préparation de la soutenance. L’équipe de radiologie du centre Livet à Caluire et Cuire représentée par Maryse DELLIANCE, l’équipe du bloc opératoire dirigée par Anne Marie GIRAUD et enfin l’équipe de soins hospitaliers avec Mlle FOLLIET et Mme ALLARD. Un grand merci à vous tous. Votre accueil m’a permis de réaliser ce travail dans des conditions optimales. Les étudiants en doctorat et en DEA au LBM, pour leur bonne humeur et leur soutien tout au long de ce travail. Merci de préserver cet esprit d'équipe qui règne au laboratoire… Enfin, merci à ma famille pour son soutien et pour m’avoir permis de réaliser mes études dans les meilleurs conditions… Tables des matières - 7 - T Ta ab bl le es s d de es s m ma at ti iè èr re es s Tables des matières - 8 - Tables des matières - 9 - REMERCIEMENTS............................................................................................................ 5 TABLES DES MATIERES.................................................................................................. 7 PREAMBULE .................................................................................................................... 13 INTRODUCTION GENERALE........................................................................................ 15 CHAPITRE I ...................................................................................................................... 19 1. LE GENOU.................................................................................................................... 21 1.1. Anatomie descriptive.......................................................................................... 21 1.1.1. Structure osseuse........................................................................................ 22 1.1.2. Les moyens d’union ................................................................................... 24 1.2. Analyse cinématique........................................................................................... 27 1.3. Architecture générale du membre inférieur : aspect morphologique ................ 29 2. L’ARTHROSE FEMORO-TIBIALE ET SON TRAITEMENT CHIRURGICAL............................. 31 2.1. Anatomie radiologique de l’articulation fémoro-tibiale.................................... 31 2.2. Radiologie standard de l’arthrose fémoro-tibiale.............................................. 33 2.2.1. Techniques radiologiques........................................................................... 33 2.2.2. Signes radiologiques d’arthrose fémoro-tibiale ......................................... 34 2.3. Place et intérêt de la gonométrie ....................................................................... 35 2.4. Le traitement chirurgical.................................................................................... 41 2.4.1. La prothèse totale de genou........................................................................ 41 2.4.2. Les critères de pose et d’évaluation du résultat clinique............................ 44 2.4.3. La technique opératoire.............................................................................. 46 3. PROBLEMATIQUE ACTUELLE........................................................................................ 51 4. CONCLUSION ET OBJECTIFS DE LA THESE..................................................................... 53 CHAPITRE II..................................................................................................................... 55 1. STEREORADIOGRAPHIE ET ALGORITHME DE RECON-STRUCTION : NON STEREO CORRESPONDING CONTOUR ................................................................................................ 57 2. MISE EN ŒUVRE EN MILIEU CLINIQUE.......................................................................... 58 2.1. Dispositif de calibrage ....................................................................................... 58 2.2. Support radiographique ..................................................................................... 59 2.3. Position du patient.............................................................................................. 60 2.4. Outil de mesure informatique............................................................................. 61 3. CALCULS 3D ET EVALUATION PREOPERATOIRE DE LA DEVIATION ANGULAIRE............ 61 3.1. Matériels et méthodes......................................................................................... 61 3.1.1. Population................................................................................................... 61 3.1.2. Définition des paramètres mesurés............................................................. 62 3.1.3. Méthode descriptive et tests statistiques .................................................... 68 3.1.4. Evaluation de la reproductibilité morphométrique et morphologique ....... 70 Tables des matières - 10 - 3.1.5. Analyse morphologique tridimensionnelle : le choix du repère d’interprétation ........................................................................................................... 73 3.2. Résultats ............................................................................................................. 75 3.2.1. Durée du protocole 3D ............................................................................... 75 3.2.2. Première étude : reproductibilité morphométrique .................................... 75 3.2.3. Deuxième étude : reproductibilité morphologique..................................... 81 3.2.4. Troisième étude : choix du repère d’interprétation .................................... 84 3.3. Discussion .......................................................................................................... 86 3.3.1. Aspect morphométrique ............................................................................. 86 3.3.2. Analyse morphologique (gonométrie)........................................................ 89 4. EVALUATION POSTOPERATOIRE DE LA DEVIATION ANGULAIRE DES AXES DU MEMBRE INFERIEUR ........................................................................................................................... 93 4.1. Matériels et méthodes......................................................................................... 93 4.1.1. Matériel d’ostéosynthèse............................................................................ 93 4.1.2. Protocoles de mesure.................................................................................. 94 4.2. Résultats et discussions ...................................................................................... 95 5. CONCLUSION ET PERSPECTIVES ................................................................................... 98 CHAPITRE III................................................................................................................. 101 1. INTRODUCTION A LA CHIRURGIE ORTHOPEDIQUE ASSISTEE PAR ORDINATEUR........... 103 1.1. Perception de l’information ............................................................................. 103 1.2. Raisonnement ................................................................................................... 105 1.3. Action................................................................................................................ 107 1.3.1. Les systèmes passifs................................................................................. 107 1.3.2. Les systèmes actifs ................................................................................... 109 1.3.3. Les systèmes semi-actifs .......................................................................... 110 1.4. Synthèse et analyse de la bibliographie ........................................................... 111 2. CONTRIBUTION AU DEVELOPPEMENT D’UN OUTIL INFORMATIQUE D’ASSISTANCE AU GESTE CHIRURGICAL DU GENOU ........................................................................................ 112 2.1. Matériels et méthodes....................................................................................... 112 2.1.1. Le localisateur tridimensionnel ................................................................ 112 2.1.2. Une imagerie 3D peropératoire ................................................................ 112 2.1.3. L’ancillaire mécanique de pose................................................................ 113 2.1.4. Déroulement des étapes peropératoires.................................................... 115 2.1.5. Application clinique ................................................................................. 120 2.2. Résultat............................................................................................................. 121 2.3. Discussion ........................................................................................................ 123 2.4. Synthèse............................................................................................................ 125 3. EVALUATION PRE, PER ET POSTOPERATOIRE.............................................................. 127 3.1. Matériels et méthodes....................................................................................... 127 3.1.1. Population................................................................................................. 127 3.1.2. Protocole d’étude...................................................................................... 127 3.2. Résultats cliniques préliminaires, discussion................................................... 128 Tables des matières - 11 - 3.3. Synthèse............................................................................................................ 131 CONCLUSION GENERALE .......................................................................................... 133 BIBLIOGRAPHIE ........................................................................................................... 137 Préambule - 12 - Préambule - 13 - PREAMBULE Ce travail de recherche a été réalisé dans le cadre d’un contrat avec la société SURGIVIEW s.a (Paris). SURGIVIEW est spécialisée dans le développement de systèmes informatiques, dédiés à la sauvegarde de données cliniques et au traitement de l’imagerie médicale. Pour appliquer nos recherches, nous avons utilisé les produits d’ostéosynthèses développés par la société TORNIER s.a (Grenoble). Les essais cliniques, mettant en œuvre le protocole de mesure tridimensionnel, ont été réalisés avec le Professeur Philippe NEYRET, chef de service à l’hôpital de la Croix Rousse, centre Livet (Caluire et Cuire). Enfin, le logiciel de reconstruction tridimensionnelle, présenté dans ce rapport, est issu d’une collaboration entre le Laboratoire de recherche en Imagerie et Orthopédie CRCHUM-ETS (LIO) de Montréal et le Laboratoire de Biomécanique de Paris ENSAM-CNRS (LBM). C’est au Laboratoire de Biomécanique de Paris, que nos travaux ont été menés. Introduction générale - 14 - Introduction générale - 15 - I In nt tr ro od du uc ct ti io on n g gé én né ér ra al le e Introduction générale - 16 - Introduction générale - 17 - La pose de prothèse de genou a considérablement évolué durant ces vingt dernières années. Les indications deviennent de plus en plus larges, outre Atlantique le nombre de prothèses de genou posées, dépasserait celui des prothèses totales de hanche1. En France, on compte en moyenne depuis 1999, près de quarante cinq mille arthroplasties de genou par an2. L’arthroplastie du genou se généralise et concerne désormais des patients plus jeunes. Il n’est plus rare de proposer ce type d’intervention pour une population encore très active. La qualité de l’implant et la précision du geste chirurgical sont dans ce cas déterminants. La gonarthrose, terme spécifique pour décrire l’arthrose du genou, est à l’origine de l’arthroplastie. Elle traduit un vieillissement prématuré du cartilage. Cette usure altère l’interligne articulaire et modifie la répartition des efforts au niveau de l’articulation. La posture et la marche du patient sont uploads/Litterature/ inferieur.pdf