Soutenance mémoire
La connaissance précise de l’anatomie du membre inférieur ainsi que les anomalies angulaires suivant les trois plans anatomiques (frontal, sagittal et horizontal) a une importance majeure dans la clinique routinière pour le diagnostic, les applications thérapeutiques, le suivi post opératoire et/ou pour le planning chirurgical. L’importance accordée à ces connaissances est d’autant plus fondamentale que cette partie du corps humain est à la base du système locomoteur et de la marche. De ce fait, le membre inférieur est particulièrement propice à l’apparition de pathologies dégénératives. La radiographie conventionnelle est la modalité d’imagerie couramment utilisée en milieu clinique pour le diagnostic et le suivi post opératoire des pathologies du membre inférieur. Néanmoins, le cliché radiologique ne représente qu’une projection de la zone anatomique étudiée sur un plan 2D et le résultat de cette projection est sensible au positionnement du patient lors de la prise de la radiographie (Deltour et al. 2005, Kawakami et al. 2004, Krackow et al. 1990, Swanson et al. 2000, Wright et al. 1991). Les angles sont donc calculés avec des biais de projection et leurs valeurs varient en fonction de la position du patient. De plus, cette modalité ne permet pas d’évaluer les rotations et torsions dans le plan transversal. Dans de rares cas, un examen par tomodensitométrie (CT-Scan) ou par résonance magnétique (IRM) peut être indiqué afin d’évaluer les troubles de torsions et de rotations des structures osseuses. Cependant, la plupart de ces systèmes d’imagerie proposent une acquisition en position couchée et non en charge, ce qui ne permet pas d’évaluer les phénomènes de compensation interarticulaire associés à la pathologie. De plus, les doses d’irradiation associées au CT-Scan sont encore élevées ce qui limite la réalisation des examens de manière fréquente. L’IRM peut être une alternative au CT-Scan, mais elle est très coûteuse et plus dédiée à l’étude des tissus mous. Quant à l’utilisation de coupes axiales issues de la tomodensitométrie ou de l’IRM, le problème majeur relève de la définition et de la localisation des différentes coupes, des repères anatomiques et des axes précis et reproductibles permettant l’évaluation des torsions fémorales et tibiales. Dans la littérature, la définition de ces axes varie d’un auteur à un autre (Duparc et al. 1992, Hernandez et al. 1981, Jakob et al. 1980, Jend et al. 1981, Murphy et al. 1987, Peterson et al. 1981, Weiner et al. 1978) et aucune standardisation n’a été clairement proposée. Pour toutes ces raisons, plusieurs auteurs ont tenté d’exploiter les reconstructions 3D issues du CT-Scan afin d’évaluer les troubles de torsions (Kim_1 et al. 2000, Kim_2 et al. 2000, Mahaisavariya et al. 2002, Subburaj et al. 2009). Les méthodes de calcul de ces paramètres cliniques sont précises mais leur déploiement en routine clinique n’est pas encore envisageable car appliquées in vivo, elles nécessitent une reconstruction 3D entière du membre inférieur. Pour cela, des coupes axiales du membre complet doivent être disponibles, or ceci est rarement le cas en clinique. À ceci se rajoute le temps nécessaire au processus complet de traitement des acquisitions qui peut se révéler très important. Finalement, le choix et le calcul des axes ne sont pas standardisés et varient d’un auteur à l’autre.
Une dernière alternative est l’imagerie biplane en général et le système EOS™ en particulier – Système issu de la collaboration entre le Laboratoire de Biomécanique (LBM, ENSAM-CNRS, Paris, France), le Laboratoire de recherche en Imagerie et Orthopédie (LIO, ÉTS-CRCHUM, Montréal, Canada), l’hôpital Saint-Vincent de Paul (AP-HP, Paris, France) et la société Biospace Med (Paris, France). Ce système donne la possibilité d’obtenir des clichés biplans du corps entier, en position debout et avec de basses doses d’irradiation. Des méthodes de reconstruction 3D du membre inférieur relatives à ce type d’imagerie ont été développées .
Les méthodes de reconstructions 3D du membre inférieur s’appuient sur la saisie de quelques repères anatomiques (points et contours) (Laporte et al. 2003, Le Bras et al. 2004, Nodé-Langlois 2003) ont été développées et validées avec des précisions proches du millimètre pour le fémur distal (Laporte et al. 2003), pour le fémur proximal (Le Bras 2004) et le tibia proximal (Bauer 2002). Ces modèles ont permis de calculer la plupart des indices cliniques avec de très bonnes performances. Néanmoins, le calcul du paramètre de la rotation fémoro-tibiale est encore imprécis (IC95% = 8.4°) et le temps de reconstruction est de l’ordre de 24 minutes par membre inférieur (Nodé Langlois 2003). Ce temps de manipulation reste trop contraignant pour envisager l’utilisation des ces méthodes en routine clinique.
Le Tibia
Le tibia est un os long et massif comprenant une diaphyse et deux épiphyses. Il est relié à la fibula (péroné) par la membrane interosseuse. Le tibia est l’os interne de la jambe. Comme pour le fémur, à la coupe il présente trois faces : interne, externe et postérieure. La face interne de sa diaphyse est sous cutanée et libre d’insertions. Elle est palpable de haut en bas. L’extrémité supérieure du tibia (épiphyse supérieure) comprend trois faces : Face supérieure : elle présente deux épines formées par le soulèvement médian des surfaces articulaires. En dehors de l’épine externe et en dedans de l’interne, se trouvent les glènes tibiales qui sont les lieux d’articulation avec la trochlée fémorale. Face antérieure : à la jonction avec la diaphyse, elle présente la tubérosité tibiale antérieure, où s’insère le tendon terminal de l’appareil extenseur du genou. Au dessus et en dehors de cette terminaison, il existe une autre terminaison : le tubercule de Gerdy. Face postérieure : en dedans s’insère le muscle semi-membraneux, en dehors se trouve la zone d’articulation avec la fibula.
L’extrémité inférieure du tibia (épiphyse inférieure) comprend le pilon tibial. Il se prolonge à sa partie interne par une saillie osseuse palpable, la malléole interne (médiale). La face inférieure du pilon tibial et la face latérale de la malléole interne sont recouvertes de cartilage et s’articulent avec l’astragale (talus). En dehors, le pilon tibial s’articule avec l’épiphyse inférieure de la fibula (sans cartilage) .
La Fibula (Péroné)
La fibula est un os grêle. Elle comporte un corps (diaphyse) et deux extrémités (épiphyses). Elle présente une face externe et une face interne. Son épiphyse supérieure ne s’articule pas avec le fémur. Elle se termine en haut par une pointe, l’apophyse styloïde de la fibula. Elle présente sur sa partie inférieure une surface articulaire avec le tibia. Elle est reliée à la diaphyse par une portion rétrécie de l’os, le col de la fibula. Son épiphyse inférieure est aplatie en dehors et en dedans. Elle s’articule avec l’extrémité inférieure du tibia (sans cartilage) et avec un os du pied, l’astragale (le talus). Elle se termine par une pointe palpable dirigée verticalement vers le bas et appelée la malléole externe (latérale). Cette malléole est plus basse, plus grêle et plus longue que la malléole interne .
La Patella (Rotule)
C’est le plus volumineux des os sésamoïdes . Elle est située dans un tendon, à la face antérieure de l’articulation du genou, devant la trochlée fémorale. C’est un os triangulaire, aplati d’avant en arrière, à sommet inférieur (l’apex) et deux bords latéraux. L’apex pointe vers le bas et se trouve en dehors de l’articulation. Elle est recouverte par l’insertion d’un ligament qui se termine sur la tubérosité tibiale antérieure .
Repères anatomiques
Afin de localiser une structure osseuse dans l’espace, il est important de lui attacher un référentiel. Ce dernier caractérise la position de l’os de manière fiable. La robustesse du repère dépend directement des références anatomiques utilisées pour le définir. Ainsi, une déformation très locale de l’os ne doit pas modifier l’orientation de son repère. Par ailleurs, les axes de ce référentiel doivent faciliter l’interprétation clinique de la position de l’os. Selon le contexte clinique, on sera donc amené à définir différents repères. Dans la littérature, il existe de nombreux systèmes d’axes utilisés pour localiser les segments du membre inférieur. Ces référentiels varient en fonction des références anatomiques choisies. Par exemple, la majorité des repères tibiaux décrits utilisent les malléoles pour caractériser le tibia distal et l’origine du référentiel tibial (Besier et al. 2003, Cappozzo et al. 1996, Marin 2000, Wu et al. 2002, Wu et al. 2005). En proximal, les points utilisés diffèrent selon les auteurs : extrémités médiale et latérale des bords des condyles tibiaux (Wu et al. 2005), bords des plateaux tibiaux (Marin 2000), tubérosité tibiale ou encore tête de la fibula (Cappozzo et al. 1996) et finalement de centre du genou (Besier et al. 2003). Pour le fémur, l’origine des repères est définie soit par le centre de la tête fémorale (Della Croce et al. 2005, Wu et al. 2005), soit par le milieu des épicondyles fémoraux (Cappozzo et al. 1996) ou par le centre du genou (Besier et al. 2003). En distal, les points anatomiques utilisés sont les extrémités distales des condyles fémoraux (Della Croce et al. 2005). Différents plans sont définis à partir de ces points pour en déduire ensuite des systèmes d’axes.
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Table des matières
Introduction générale
Rappels anatomiques et contexte clinique
1 Eléments d’anatomie du membre inférieur et repères associés
1.1 Plans et axes de références anatomiques
1.2 Ostéologie du membre inférieur
1.2.1 Ceinture du membre inférieur (bassin osseux)
1.2.2 Le Fémur
1.2.3 Le Tibia
1.2.4 La Fibula (Péroné)
1.2.5 La Patella (Rotule)
1.3 Repères anatomiques
1.3.1 Pour le fémur
1.3.2 Pour le tibia
2 Pathologies du membre inférieur
2.1.1 Plan frontal
2.1.2 Plan sagittal
2.1.3 Plan horizontal (Gray et al. 2002)
3 Imagerie médicale du membre inférieur
3.1 Radiologie pour le membre inférieur
3.2 La Tomodensitométrie (CT-Scan) et l’imagerie par résonance magnétique (IRM)
3.3 Les détecteurs gazeux et radiographies biplanes : le système EOS™
3.3.1 Principe physique
3.3.2 Spécifications techniques du système EOS™
3.3.3 Avantages du système EOS™
3.4 Conclusion
Les indices cliniques : Évaluation des pathologies
1 La gonométrie
1.1 Les repères anatomiques
1.2 Les principaux axes
1.3 Les principales longueurs
1.4 Les principaux angles
1.4.1 Pour l’alignement du membre inférieur
1.4.1.1 Conclusion partielle
1.4.2 Pour les paramètres de la hanche
1.4.2.1 Conclusion partielle
2 Evaluation des torsions et rotations
2.1 Généralités
2.2 Choix des coupes, des repères anatomiques et problématiques associées
2.2.1 Pour la torsion fémorale (TF)
2.2.1.1 Axe du col
2.2.1.2 Axe bicondylien distal
2.2.1.3 Conclusion partielle
2.2.2 Pour la torsion tibiale (TT)
2.2.2.1 Conclusion partielle
2.3 Conclusion
3 Calcul des indices cliniques à partir de reconstructions 3D
3.1 A partir de reconstructions issues du CT-Scan
3.1.1 Conclusion partielle
3.2 A partir des reconstructions issues de radiographies biplanes
3.2.1 Conclusion partielle
3.3 Conclusion
Méthodes de Reconstruction tridimensionnelles
1 Méthodes de reconstruction 3D à partir de coupes sériées
2 Méthodes de reconstruction 3D à partir de la radiographie biplane
2.1 Méthode basée sur la reconstruction 3D « SCP »
2.2 Méthode basée sur la reconstruction 3D « NSCP »
2.3 Méthode basée sur la reconstruction 3D « NSCC »
2.4 Méthodes basées sur des modèles déformables par analyse en composante µ principale
2.5 Autres méthodes de reconstruction du fémur et du tibia
2.5.1 Méthode de Messmer (2001)
2.5.2 Méthode de Sato (2004)
2.5.3 Méthode de Lee (2008)
2.5.4 Méthode de Dong (2009) et Zheng (2007)
2.6 Méthodes de reconstruction 3D basées sur des modèles paramétriques
2.7 Conclusion
Synthèse et objectifs de la thèse
Travail personnel
Conclusion générale
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