Nomenclature et anatomie de l’épaule

Nomenclature et anatomie de l’épaule

Nomenclature

Afin de décrire la position ou le mouvement d’un objet par rapport au corps humain, une nomenclature a été mise en place en médecine. La même nomenclature est utilisée en biomécanique. Elle nous sera particulièrement utile pour nous orienter dans l’espace lors de la définition des caractéristiques de séquences IRM plus tard dans ce document. Nous en rappelons ici les principaux éléments.

Les 3 principaux plans de l’anatomie sont :
➤ le plan sagittal (ou médian) sépare les parties droite et gauche du corps,
➤ le plan frontal (ou coronal) sépare les parties avant et arrière du corps,
➤ le plan transversal (ou axial) sépare les parties haute et basse du corps.

Les 3 principaux axes anatomiques sont définis comme suit :
➤ l’axe vertical est longitudinal au corps,
➤ l’axe transverse est l’axe horizontal allant de la gauche à la droite,
➤ l’axe sagittal est l’axe horizontal allant de l’arrière à l’avant.

Les 3 principaux couples de direction sont :
➤ les directions proximale (proche de la racine du membre) et distale (proche de l’extrémité du membre),
➤ les directions latérale (vers l’extérieur) et médiale (vers le plan médian),
➤ les directions antérieure (vers l’avant) et postérieure (vers l’arrière dans le sens du regard).

Anatomie générale du complexe de l’épaule

Afin de permettre au lecteur de prendre la mesure de la complexité du complexe de l’épaule ainsi que de s’approprier les termes anatomiques utilisés dans ce document, cette section présente les principaux éléments ostéo-articulaires de l’épaule. La description de l’omoplate, de la tête humérale et de l’articulation glénohumérale sera plus approfondie car ces éléments auront une place plus centrale dans notre étude. Il est par conséquent important de se familiariser avec les éléments anatomiques dont nous tenterons d’analyser les rapports dans un contexte cinématique. Cette démarche s’inscrit dans l’optique de l’étude de l’influence réciproque de la morphologie sur la fonctionnalité des articulations osseuses (analyse morphofonctionnelle) propre au laboratoire du LaTIM. L’épaule est constituée d’un ensemble d’articulations qui permet à la main de s’orienter dans un grand volume d’espace. Le complexe de l’épaule est une articulation suspendue et peu emboîtée ce qui lui permet d’être très mobile. En contrepartie, elle est instable. L’épaule est constituée de 3 os :
➤ l’humérus,
➤ l’omoplate,
➤ la clavicule,
et de 4 articulations qui peuvent être regroupées en 2 ensembles fonctionnels :
➤ l’articulation glénohémurale pour la mobilité du bras,
➤ les articulations scapulothoracique, acromioclaviculaire et sternoclaviculaire pour la mobilité de l’omoplate sur le thorax qui forment avec les os concernés la ceinture scapulaire.

L’os qui effectue l’unique liaison articulée entre le tronc et le membre supérieur est la clavicule. Il s’agit d’un os long en forme de S italique compris entre 2 systèmes squelettiques : le sternum et l’acromion. Le sternum est un os de la partie antérieure de la cage thoracique (ou thorax). La clavicule travaille essentiellement en compression et transmet la charge des membres supérieurs au squelette axial. L’articulation sternoclaviculaire relie la clavicule à une zone du sternum appelée manubrium. C’est la seule liaison osseuse entre la ceinture scapulaire et le tronc. C’est une articulation par emboîtement réciproque (en selle). Plus précisément, l’extrémité médiale de la clavicule s’insère dans l’entaille formée par le manubrium et le cartilage de la première côte. Les surfaces articulaires du manubrium et de la clavicule sont recouvertes de cartilage. Les moyens d’unions sont principalement passifs. Il s’agit de la capsule et de ligaments. Le muscle sous-clavier participe aussi à l’union de l’articulation sternoclaviculaire.

L’articulation acromioclaviculaire, qui réunit la clavicule à l’omoplate au niveau de l’acromion, est une articulation de type arthrodie c’est-à-dire composée de surfaces articulaires relativement planes, siège de mouvements de glissements et de bâillements. La cohérence de l’articulation est assurée par la capsule et des ligaments. Outre le fait de renforcer l’articulation, les ligaments assurent la synchronisation des mouvements entre la clavicule et l’omoplate. Le deltoïde et le trapèze participent également à la cohésion de l’articulation acromioclaviculaire.

L’omoplate ou scapula est un os formant la partie postérieure de la ceinture scapulaire. De forme triangulaire, elle se situe entre la 1ère à la 7ème côte. Elle est amarrée au thorax par de puissants muscles. Posée à plat sur la cage thoracique, son déplacement sur le thorax n’est pas plan car elle glisse sur la cage thoracique dont la forme est ovoïde .

D’un point de vue purement anatomique, l’articulation scapulathoracique n’est pas une vraie articulation et ne comporte pas de surfaces articulaires. Il s’agit plutôt d’une interface pour le glissement de la surface concave de la face antérieure de l’omoplate sur la surface convexe de la face postérieure de la cage thoracique au niveau des côtes . L’articulation scapulothoracique est contrôlée par les muscles thoracoscapulaires. Ces muscles ont comme rôles principaux :
• de positionner la scapula afin que les muscles scapulohuméraux puissent fournir un contrôle optimal sur l’humérus,
• de maintenir une cohérence optimale entre la cavité glénoïde et la tête humérale car certains s’attachent sur le tronc d’une part et sur l’humérus d’autre part,
• de maintenir un espace suffisant sous l’acromion pour permettre le passage de la coiffe des rotateurs lors de l’élévation du bras.

Les moyens d’unions sont donc uniquement actifs puisqu’il s’agit de muscles (le grand dentelé, le petit rhomboïde, le grand rhomboïde et le petit pectoral).

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Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 – INTRODUCTION A L’ANATOMIE DE L’EPAULE ET A L’ANALYSE DU MOUVEMENT
1 Nomenclature et anatomie de l’épaule
1.1 Nomenclature
1.2 Anatomie générale du complexe de l’épaule
2 Systèmes d’analyse du mouvement
3 Définition du cadre d’exploitation de la cinématique
3.1 Définition des repères du mouvement
3.2 Sources d’erreurs en analyse du mouvement
3.3 Méthodes de traitement des artefacts des tissus mous
3.4 Méthodes de validation de l’analyse du mouvement par marqueurs externes
3.4.1 Validations par méthodes invasives
3.4.2 Validations par méthodes non-invasives
3.4.3 Validation par simulations
CHAPITRE 2 – VERS UNE APPROCHE SURFACIQUE DU SUIVI DU MOUVEMENT
1 Mise en évidence des propriétés générales de l’IMCP
1.1 Présentation des données de test
1.2 Quantification de l’erreur de recalage
1.2.1 Méthodologie
1.2.2 Résultats
1.2.3 Influence de la résolution des instances
1.3 Discussion
2 Emergence de la forme rigide suivie par l’IMCP
2.1 Description du processus de fusion
2.1.1 Détermination du voisinage
2.1.2 Adaptation au contexte du sommet
2.1.3 Algorithme du processus de fusion pondérée
2.2 Simulation : étude des paramètres
2.2.1 Etude de l’effet de l’insertion d’un bruit gaussien
2.2.2 Etude de l’effet de l’insertion d’outliers ponctuels
2.2.3 Etude de l’effet de l’insertion d’outliers structurés
2.2.4 Etude du respect des reliefs
2.3 Conclusion
CHAPITRE 3 – ADAPTATION DE L’IMCP AU SUIVI SURFACIQUE DE L’OS
1 Mise en forme du nuage de points issu du système d’acquisition
1.1 Maillage surfacique et automatique du nuage de points
1.1.1 Choix de l’algorithme Crust
1.1.2 Description et évolution de l’algorithme Crust
1.1.3 Conclusion
1.2 Reconditionnement de la nappe
1.2.1 Etat de l’art du filtrage de surfaces maillées
1.2.1.1 Choix de la technique de filtrage dans le cadre de notre étude
1.2.1.2 Conclusion
1.2.2 Décorrélation temporelle de la nappe de marqueurs
1.2.2.1 Description de la méthode
1.2.2.2 Influence du reconditionnement sur la précision
1.2.2.3 Conclusion
2 Influence des frontières de la nappe
2.1 Calcul du plus proche voisin après élimination de la barrière périmétrique
2.2 Conclusion
3 Optimisation du temps de calcul de l’IMCP
3.1 Introduction
3.2 Réglage du kd-tree
3.3 Exploitation des ressources de l’ordinateur
3.3.1 Généralités
3.3.2 Le multi-threading
3.3.3 Parallélisation du code de l’IMCP
3.4 Conclusion
CHAPITRE 4 – ESTIMATION DU MOUVEMENT DE L’OMOPLATE
1 Etude des paramètres influant sur le suivi de forme par l’IMCP
1.1 Etude sur des mouvements simulés
1.1.1 Description de l’outil de simulation
1.1.1.1 Description de l’objet sous-jacent
1.1.1.2 Description de la surface deformable
1.1.1.3 Processus de déformation
1.1.1.4 Mouvement de l’objet sous-jacent
1.1.1.5 Expression des résultats
1.1.2 Influence du recalage initial
1.1.3 Influence de la résolution
1.1.4 Influence de la taille relative de la surface et de l’amplitude du mouvement
1.1.5 Influence de la proportion de nappe déformée par l’objet sous-jacent
1.1.6 Influence du bruit
1.1.6.1 Bruit musculaire
1.1.6.2 Elasticité de la nappe
1.2 Conclusion
2 Application du suivi de l’omoplate avec l’IMCP à des données réelles
2.1 Protocole d’acquisition
2.2 Résultats de l’IMCP
2.3 Comparaison de l’IMCP à des méthodes de la littérature
2.3.1 IMCP appliqué à la nappe entière
2.3.2 IMCP appliqué à la nappe réduite à l’acromion étendu
CONCLUSION