La scoliose lombaire dégénérative − Relation entre la clinique, la statique rachidienne, la dégénérescence discale et musculo-ligamentaire : analyse tridimensionnelle par la stéréoradiographie, l’imagerie par résonance magnétique et la tomodensitométrie

par Emmanuelle Ferrero

Thèse de doctorat en Biomécanique et ingénierie pour la santé

Sous la direction de Wafa Skalli, Pierre Guigui et de Virginie Lafage.

Soutenue le 15-11-2018

à Paris, ENSAM , dans le cadre de École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris) , en partenariat avec Institut de Biomécanique Humaine Georges Charpak (laboratoire) et de LBM/institute de Biomécanique humaine Georges Charpak (laboratoire) .

Le président du jury était Jean-Marc Vital.

Le jury était composé de Wafa Skalli, Pierre Guigui, Virginie Lafage.

Les rapporteurs étaient Philippe Gorce, Yann-Philippe Charles.


  • Résumé

    La scoliose de l’adulte est une pathologie dont la prévalence augmente avec de le vieillissement de la population. De plus, la demande fonctionnelle est de plus en plus importante chez ces patients. De nombreuses études ont montré un bénéfice du traitement chirurgical de la déformation de l’adulte par rapport au traitement médical en termes d’amélioration des scores fonctionnels, de qualité de vie et de satisfaction. Néanmoins, cette chirurgie est associée à de nombreuses complications (jusque 50% dans certaines séries), pour la plupart mécaniques telle la pseudarthrose, la rupture d’implant, la dégradation des étages adjacents. Ainsi, si l’analyse radiographique de la scoliose a bien été explorée, certaines questions demeurent comme les phénomènes responsables d’une aggravation brutale de la déformation chez certains patients ou les causes d’échecs. L’objectif de ce travail était d’analyser la scoliose de l’adulte, en 3D à l’aide de la stéréoradiographie et d’évaluer le système musculaire de ces patients afin de mettre en évidence des relations entre déformations rachidiennes notamment par l’analyse du plan horizontal, et dégénérescence musculaire.La 1e partie de ce travail était consacrée à l’analyse 3D de la scoliose : tout d’abord avec l’analyse de reproductibilité chez l’adulte des mesures 3D effectuées par stéréoradiographie, puis par l’analyse de l’alignement global de ces patients avec une déformation rachidienne, à l’aide d’un nouveau paramètre prenant en compte la position de la jonction cervico-céphalique. Apres avoir analysé l’alignement postural, le système musculaire pelvi-rachidien a été étudié dans la 2e partie. En effet, en plus de l’alignement du squelette, c’est l’activation du système musculaire qui est responsable du maintien d’une posture érigée. Nous avons décrit les caractéristiques musculaires des patients avec une scoliose lombaire et analysé les relations avec les paramètres radiographiques de la déformation, montrant que selon le type de déformation certains groupes musculaires étaient plus touchés par l’atrophie et l’infiltration graisseuse. En les comparant à des sujets jeunes et âgés sans déformation, nous avons observé que les patients avec une scoliose avaient une dégénérescence musculaire à la fois liée à la déformation et au vieillissement. Dans une 3e partie, en faisant le lien entre les données de la posture par la stéréoradiographie et les données musculaires de l’IRM, nous avons utilisé un modèle musculosquelettique personnalisé pour mieux comprendre les contraintes exercées sur les segments vertébraux et donc pour essayer d’expliquer les faillites mécaniques.Ainsi, l’association de mesures 3D radiographiques et de l’analyse musculaire pourrait permettre en comprenant mieux les phénomènes dégénératifs, de mieux prédire l’aggravation de la déformation et donc de la prévenir par une rééducation ciblée. Par exemple, un renforcement des érecteurs du rachis mais aussi des fléchisseurs pourrait permettre de mieux maintenir la posture. Et, un renforcement des érecteurs et fléchisseurs de hanche pourrait permettre d’activer de manière plus efficace, les mécanismes de compensation telle la rétroversion pelvienne. De plus, la mise en évidence de facteur de risque musculosquelettique d’aggravation de la déformation entrainerait une prise en charge plus précoce de ces patients. Une analyse longitudinale serait donc intéressante.

  • Titre traduit

    Lumbar degenerative scoliosis – Relationship between clinical presentation, spinal alignment, and soft tissues degeneration : a tridimensional analysis with stereoradiography, magnetic resonance imaging and CT scan


  • Résumé

    Adult degenerative scoliosis is a pathology whose prevalence increases with the aging of the population. Moreover, the functional demand is more and more important in these patients. Many studies have shown a benefit of surgical treatment of adult spinal deformity compared to medical treatment in terms of improved functional scores, quality of life and satisfaction. Nevertheless, this surgery is associated with many complications (up to 50% in some series), mostly mechanical such as nonunion, implant rupture, degradation of adjacent levels. Thus, if the radiographic analysis of scoliosis has been well explored, some questions remain like the phenomena responsible for a sudden worsening of the deformation in certain patients or the causes of failures. The aim of this work was to analyze adult scoliosis in 3D using stereoradiography and to evaluate the muscular system of these patients in order to highlight the relationships between spinal deformities, particularly by the horizontal plane analysis, and muscle degeneration.The first part of this work was dedicated to the 3D analysis of scoliosis: first, with the analysis of reproducibility in the adult of 3D stereoradiographic measurements, then by the analysis of the global alignment of these patients with spinal deformity, using a new parameter taking into account the position of the cervico-cephalic junction. After analyzing the postural alignment, the spino-pelvic muscular system was studied in the second part. Indeed, in addition to the alignment of the skeleton, it is the activation of the muscular system that is responsible for maintaining an erect posture. We described the muscular features of patients with lumbar scoliosis and analyzed the relationships with the radiographic parameters of the deformity, showing that depending on the type of deformity some muscle groups were more affected by atrophy and fatty infiltration. Comparing them to young and elderly subjects without deformity, we observed that patients with scoliosis had muscle degeneration that was both related to deformity and aging. In the third part, by linking stereoradiographic posture data with muscular MRI data, we used a personalized musculoskeletal model to better understand the constraints on vertebral segments and therefore to try to explain the mechanical failures.Thus, the combination of 3D radiographic measurements and muscle analysis could better predict muscle degeneration and worsening of deformity and thus prevent it by targeted rehabilitation. For example, a strengthening of the erectors of the spine but also of the flexors could allow better maintaining the posture. And, a strengthening of the erectors and hip flexors could allow activating more effectively, compensation mechanisms such pelvic retroversion. In addition, the demonstration of a musculoskeletal risk factor worsening the deformity would lead to an earlier management of these patients. A longitudinal analysis would be interesting.


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