Analyse biomécanique des membres inférieurs chez l'enfant infirme moteur cérébral

par Ayman Assi

Thèse de doctorat en Biomécanique

Sous la direction de Wafa Skalli.

Soutenue en 2008

à Paris, ENSAM .

mots clés

• Biomécanique
• Enfants infirmes moteurs cérébraux

Résumé

L’infirmité motrice cérébrale (IMC) est une pathologie résultante d’une lésion cérébrale qui atteint environ 4/1000 des nouveau-nés. Cette pathologie consiste en un trouble moteur dû à la contraction continue des muscles (spasticité) qui induit des raideurs musculaires évolutives avec l’âge engendrant des déformations osseuses. L’analyse quantifiée de la marche (AQM) permet d’objectiver et de mieux cibler les traitements orthopédiques. Cette thèse vise à enrichir l’AQM par une modélisation tridimensionnelle personnalisée du squelette et des muscles. L’AQM a été effectuée dans un laboratoire installé au Liban. Une base de données de sujets sains a été établie pour servir de référence à la compréhension des patterns de marche des patients. Une estimation des incertitudes liées aux paramètres de l’AQM a été effectuée, par étude de répétabilité et méthode de Monte Carlo, afin d’objectiver les comparaisons entre patients et sujets sains et entre données pré et post traitement. Une reconstruction 3D personnalisée du squelette en position debout a été effectuée par stéréoradiographie sous le système EOS® chez des enfants sains et IMC pour valider la faisabilité d’une telle technique. Des paramètres quantifiant les vices architecturaux ont été calculés et les incertitudes ont été estimées. Le recalage des structures osseuses durant la marche a été étudié grâce à la mise en place d’une cabine de stéréoradiographie au laboratoire d’analyse de la marche à Beyrouth. Des acquisitions IRM chez des sujets sains et un sujet IMC à Beyrouth ont permis d’explorer la faisabilité de la reconstruction 3D personnalisée des muscles des membres inférieurs en position couchée. La géométrie musculaire a été quantifiée en terme de longueurs, volumes et aires physiologiques. Une première approche de la reconstruction 3D des muscles en position debout a été réalisée en combinant les données de l’IRM et les structures osseuses obtenues par stéréoradiographie, permettant ainsi de calculer les rapports de longueurs entre corps musculaire et partie tendineuse. Ce travail permet d’analyser les anomalies de la marche à la lumière des déformations osseuses et musculaires pour une meilleure prise en charge thérapeutique des enfants IMC.

Titre traduit

Biomechanical analysis of lower limbs for children with cerebral palsy

Résumé

Cerebral Palsy (CP) results from a non progressive lesion in the immature brain affecting 4/1000 of new-born. It results in abnormalities of muscle strength and tone (spasticity), causing contractures tending to progress with growth and bone deformities. Gait analysis helps in a better clinical decision making. The aim of this doctoral thesis is to provide with gait analysis, 3D subject specific modelization of lower limbs bones and muscles. Gait analysis was provided in a laboratory installed in Lebanon. A database of healthy children was established to better understand gait pattern of children with CP. Uncertainties on gait parameters were assessed, using repeatability study and Monte Carlo technique, in order to objectify comparison between patient’s gait and healthy patterns or between pre and post patient treatment. Subject specific 3D reconstruction of lower limb bones in standing position was done, using EOS® system, for CP and non CP children in order to validate faisability of this technique within children. Skeletal deformities were quantified and their uncertainty calculated. Registering technique of lower limbs into gait analysis frames was evaluated using a stereoradiographic cabin installed in Beirut. MRI acquisitions done in Beirut allowed us to obtain subject specific 3D reconstructions of muscles in lying position. Muscular geometry was quantified by calculating volumes, physiological cross sectional areas and lengthes. 3D reconstructions of muscles in standing position were possible by combining MRI and stereoradiography data, allowing us to calculate muscle/tendon length ratio. This work allows a better comprehension of gait abnormalities based on musculo-skeletal modelisation for a better clinical decision making of patients with CP.