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Analyse cinématique du membre supérieur. Intérêt dans la paralysie obstétricale du plexus brachial
Revue de chirurgie orthopédique et traumatologique (2009) 95, 415—422
MÉMOIRE ORIGINAL
Analyse cinématique du membre supérieur. Intérêt dans la paralysie obstétricale du plexus brachial夽 Upper extremity kinematics analysis in obstetrical brachial plexus palsy F. Fitoussi a,∗, N. Maurel b, A. Diop b, E.-M. Laassel c, B. Ilharreborde a, ¸ot a A. Presedo a, K. Mazda a, G.-F. Pennec a
Service d’orthopédie pédiatrique, hôpital Robert-Debré, 48, boulevard Sérurier, 75019 Paris, France Équipe biomécanique et remodelage osseux, Ensam, Paris, France c Unité clinique d’analyse de la marche et du mouvement, CMPR de Bois-Larris, Lamorlaye, France b
Acceptation définitive le : 16 avril 2009
MOTS CLÉS Paralysie ; Obstétricale ; Plexus brachial ; Cinématique
Résumé Objectif. — L’analyse cinématique au membre supérieur est de plus en plus utilisée en pratique courante comme le montrent plusieurs études récentes. Nous avons décrit un protocole d’analyse cinématique au membre supérieur que nous avons appliqué à un groupe d’enfants sains afin de disposer de données normatives, puis à un enfant présentant une paralysie obstétricale du plexus brachial (POPB) avant et après traitement chirurgical. Matériel et méthode. — Le protocole comprend la réalisation de deux tâches très simples. Des marqueurs réfléchissants sont disposés sur les segments étudiés et des caméras optoélectroniques enregistrent la position des marqueurs en trois dimensions au cours de la réalisation du mouvement. Les données, enregistrées à l’aide du système Vicon (Oxford’s metrics, Oxford, UK), sont implémentées dans un logiciel donnant le coefficient de multicorrélation (CMC) permettant la comparaison des différentes courbes cinématiques et l’amplitude du mouvement. Un CMC supérieur à 0,95 a été considéré comme excellent, entre 0,85 et 0,95 comme bon et inférieur à 0,85 comme mauvais. Douze enfants sains, d’âge moyen 9,7 ans (de sept à 14 ans) ont été analysés. Un patient de sept ans présentant une POPB gauche a également été analysé en pré- et postopératoire après ostéotomie de dérotation humérale. Résultats. — L’analyse des 12 enfants sains a permis l’établissement d’un corridor cinématique pour chaque tâche et chaque angle considéré. L’analyse du sujet pathologique a permis d’objectiver des anomalies cinématiques préopératoires qui n’étaient pas accessibles à l’examen clinique, ainsi qu’une amélioration cinématique postopératoire dans les trois plans
DOI de l’article original : 10.1016/j.otsr.2009.04.012. Ne pas utiliser, pour citation, la référence franc ¸aise de cet article, mais celle de l’article original paru dans Orthopaedics &Traumatology: Surgery & Research, en utilisant le DOI ci-dessus. ∗ Auteur correspondant. Adresse e-mail : franck.fi[email protected] (F. Fitoussi). 夽
1877-0517/$ – see front matter © 2009 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés. doi:10.1016/j.rcot.2009.04.022
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F. Fitoussi et al. de l’espace autour de l’épaule et du coude. L’analyse des CMC a montré une amélioration après traitement, passant de « mauvais » en préopératoire autour de l’épaule, à « excellent » en postopératoire. L’analyse des amplitudes a également montré une amélioration en postopératoire, celles-ci augmentant de 28 à 67 % selon les rotations considérées autour de l’épaule et du coude. Discussion. — L’analyse cinématique au membre supérieur est actuellement de plus en plus utilisée en pratique clinique. Malgré plusieurs difficultés en rapport avec le caractère non cyclique et non automatique du mouvement, l’analyse de la littérature et de nos premiers résultats montre que la reproductibilité est satisfaisante. L’intérêt de notre travail réside dans l’évaluation préopératoire, permettant une vision plus globale des anomalies, ainsi que dans l’évaluation postopératoire après ostéotomie humérale, permettant de quantifier au cours du mouvement le gain obtenu par la chirurgie. © 2009 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.
Introduction La paralysie obstétricale du plexus brachial (POPB) a pour cause un traumatisme pendant l’accouchement. Son incidence est d’un à deux pour 1000 naissances vivantes. Le tableau le plus souvent rencontré est celui d’une paralysie des racines hautes, C5-C6 (46 % des cas) ou C5-C6-C7 (29 % des cas), correspondant le plus souvent à une lésion post-ganglionnaire [1]. L’évolution spontanée se fait vers la récupération mais dans 20 % des cas persiste un déficit. En cas de récupération incomplète, ces patients vont souvent présenter un déficit d’élévation et de rotation externe de l’épaule nécessitant parfois un traitement chirurgical. L’évaluation clinique prend alors en compte les mobilités actives et passives ainsi que la possibilité de réaliser certains gestes tels que mettre la main à la bouche, au dos, sur la tête ou derrière la nuque. Plusieurs classifications cliniques ont été proposées et validées, telles que la classification de Mallet ou le Toronto Test Score [2]. Néanmoins, ces méthodes d’évaluation ne rendent pas compte de la cinématique du membre supérieur ni de l’activité électromyographique des différents groupes musculaires au cours d’activités quotidiennes. L’avènement des méthodes d’analyse du mouvement et notamment de l’analyse quantifiée de la marche a permis de reconsidérer l’évaluation préopératoire ainsi que les stratégies thérapeutiques de patients souffrant de problèmes neuro-orthopédiques [3]. La connaissance de la normalité de nombreux paramètres lors de la marche a permis d’améliorer la compréhension des anomalies rencontrées. La place des traitements et notamment de la chirurgie a été modifiée au profit d’une approche plus globale, celleci visant dorénavant à corriger dans un même temps et à différents niveaux les anomalies musculaires et osseuses après une analyse clinique et instrumentale soigneuse de la marche de ces enfants. Au niveau des membres supérieurs, la situation est différente car leur utilisation ne se fait pas dans un cadre répété et cyclique comme lors de la marche [4]. Comparativement aux membres inférieurs, peu de travaux ont porté sur l’analyse du mouvement aux membres supérieurs, probablement en raison de la complexité à évaluer les tâches effectuées [5,6,7]. Ces publications ont néanmoins montré l’intérêt de ces analyses du mouvement dans l’analyse pré-
thérapeutique mais peu dans l’évaluation des résultats après traitement. Afin de compléter l’analyse clinique de patients présentant des atteintes neuro-orthopédiques au membre supérieur, nous avons mis en place un protocole d’analyse cinématique permettant de quantifier les mouvements du membre supérieur au cours de deux tâches très simples. Dans un premier temps, nous avons analysé le mouvement du membre supérieur d’une cohorte de sujets sains afin de disposer de données normatives et d’étudier la reproductibilité. Puis dans un second temps, nous avons étudié un patient présentant une POPB en pré- et postopératoire.
Matériel et méthode Notre protocole d’analyse du mouvement complet a été décrit dans un autre article [8]. Nous en rappelons les grands principes.
Protocole expérimental Afin de mobiliser le membre supérieur dans différentes directions de l’espace, les patients ont réalisé deux tâches simples. Le sujet est assis sur une chaise avec les hanches et les genoux fléchis à 90◦ , paumes des mains sur les genoux. Première tâche Porter un objet à la bouche (« Cookie Test »). Le sujet prend un tonneau placé en face de lui et l’amène à la bouche, puis le repose et retourne à sa position initiale. Ce mouvement se fait essentiellement dans le plan sagittal. Seconde tâche Déplacer un objet sur une table. Le patient déplace le tonneau du coté analysé vers le côté controlatéral, puis le ramène à sa position initiale. Ce mouvement se fait essentiellement dans les plans coronal et horizontal. Chaque tâche a été répétée trois fois de suite. Les deux cotés ont été analysés successivement. Le niveau de la table, le volume, la position et le poids du tonneau ont été adaptés aux données anthropométriques et à la force de serrage du sujet.
Analyse cinématique du membre supérieur
417 L’ensemble des calculs cinématiques ainsi que l’analyse des données ont été réalisés à l’aide d’un logiciel développé à cet effet.
Analyse des données
Figure 1 Positionnement des tripodes sur le membre supérieur et le tronc.
Bases cinématiques Pour les mesures cinématiques, nous avons utilisé le système optoélectronique Vicon (Oxford’s metrics, Oxford, Royaume-Uni) avec un minimum de six caméras et des marqueurs réfléchissants placés sur le sujet [9,10,11,12,13]. Chaque segment, tronc, bras, avant-bras et main, a été considéré comme un segment rigide. Pour obtenir la cinématique du membre supérieur, il a fallu repérer spatialement les segments « tronc », « bras », « avant-bras » et « main ». Pour cela, des repères anatomiques ont été définis pour chaque segment à partir de points anatomiques. Afin de limiter les erreurs de mesures en rapport avec les mouvements de la peau en regard des points anatomiques [14,15,16], des repères ancillaires de type tripodes ont été mis en place sur les segments étudiés (Fig. 1). Fixés sur une plaquette, ils permettent en outre d’éviter les mouvements relatifs entre marqueurs pour un même segment. Les positions relatives des référentiels anatomiques (utilisés pour les calculs cinématiques) et tripodes (utilisés lors des mesures) ont été définies lors d’une phase d’acquisition statique préalable où les marqueurs tripodes et des marqueurs placés sur des points anatomiques étaient simultanément présents. Un tripode supplémentaire a été placé sur la table afin de pouvoir étudier les mouvements du tronc par rapport à un référentiel fixe. Les différents repères mis en place permettent d’étudier les mouvements suivants : • tronc par rapport à la table : flexion-extension, inclinaison gauche et droite, rotation axiale ; • bras par rapport au tronc : flexion-extension, abductionadduction, rotation interne-externe ; • avant-bras par rapport au bras : flexion-extension, pronation-supination ; • main par rapport à l’avant-bras : flexion-extension, inclinaison radiale et ulnaire ;
Le mouvement étant réalisé à différentes vitesses d’un essai à l’autre et d’un sujet à l’autre, une normalisation des courbes (de 0 à 100 %) a été nécessaire afin d’effectuer des comparaisons entres les sessions et entre les sujets. La comparaison des différentes courbes cinématiques a utilisé le coefficient de multicorélation (CMC) décrit par Kabada et al. [17]. Il s’agit d’un critère mathématique permettant de quantifier la ressemblance entre deux courbes. Un CMC supérieur à 0,95 a été considéré comme excellent, entre 0,85 et 0,95 comme bon et inférieur à 0,85 comme mauvais [18]. Pour les deux tâches décrites et pour les dix angles mesurés, le logiciel fournit le CMC de l’angle mesuré par rapport à la courbe moyenne des sujets sains. Il fournit en outre l’amplitude du mouvement et le pourcentage des points de la courbe moyenne du sujet inclus dans le corridor des sujets sains.
Sujets sains Douze enfants sains, d’âge moyen 9,7 ans (de sept à 14 ans) ont été analysés. Un corridor cinématique, correspondant à la courbe moyenne ± un écart type, a été établi pour chaque tâche et chaque angle considéré.
Patient Le sujet étudié était âgé de sept ans au moment du traitement chirurgical. Il présentait les séquelles d’une POPB gauche. L’examen à la naissance retrouvait un poids de naissance de 4 kg 170, une taille de 51 cm et un périmètre crânien de 35 cm. Il s’agissait d’une POPB incomplète C5-C6. Il n’y avait pas de signe de Claude Bernard Horner ni de paralysie diaphragmatique. À un mois, il n’y avait pas d’élévation ni de rotation externe active de l’épaule. Le patient a été traité
Figure 2 Courbe moyenne préopératoire de flexion — extension du bras par rapport au tronc. Les courbes moyennes du sujet sont superposées au corridor des sujets sains.
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F. Fitoussi et al.
Figure 3 Courbe moyenne préopératoire d’abduction — adduction du bras par rapport au tronc.
initialement par rééducation. À sept ans, il présentait une mobilité active et passive normale de la main, du poignet, de l’avant bras et du coude. L’élévation de l’épaule était de 160◦ (controlatérale = 180◦ ), la rotation externe active coude au corps à -30◦ et passive à 0◦ . Il existait un signe du clairon. Les radiographies et le scanner confirmaient la présence d’une incongruence glénohumérale. Du fait de la gène occasionnée par le déficit de rotation externe de l’épaule, une ostéotomie de dérotation humérale a été réalisée, suivie d’une immobilisation coude au corps de 45 jours et d’une rééducation. Une analyse cinématique a été réalisée en préopératoire immédiat et à deux ans postopératoire.
Résultats Données normatives L’analyse des 12 sujets sains a permis d’obtenir les corridors cinématiques pour les dix angles étudiés. Les courbes
Figure 5
Figure 4 Courbe moyenne préopératoire de rotation médiale — latérale du bras par rapport au tronc.
du sujet étudié ont été comparées au corridor des sujets sains.
Données cinématiques du sujet pathologique Les données de l’examen clinique ne retrouvaient pas de nette limitation de l’abduction ou de la flexion du bras par rapport au tronc. Les données cinématiques retrouvaient au contraire au cours de la tâche « déplacer » : • au niveau de la mobilité bras/tronc : ◦ sur les courbes de flexion-extension : une amplitude nettement diminuée avec un arc de mobilité de 23◦ (moyenne sujets sains = 41◦ ) et une position trop en extension du bras (Fig. 2), ◦ sur les courbes d’abduction-adduction : une amplitude également nettement diminuée avec un arc de mobilité de 9,5◦ (moyenne sujets sains = 20◦ ). L’allure de la courbe moyenne du sujet pathologique n’a pas
Autres courbes cinématiques préopératoires.
Analyse cinématique du membre supérieur
419
Figure 6 Courbe moyenne postopératoire de flexion — extension du bras par rapport au tronc.
Figure 7 Courbe moyenne postopératoire d’abduction — adduction du bras par rapport au tronc.
le même aspect que le corridor et est plus aplatie (Fig. 3), ◦ sur les courbes de rotation médiale-latérale : une courbe nettement en dehors du corridor (Fig. 4) avec un CMC mauvais (0,25) ; • sur les courbes de flexion — extension du coude : un déplacement de la courbe vers la flexion (Fig. 5) avec un arc de mobilité réduit (22◦ contre 31◦ chez les sujets sains) ; • la cinématique de l’avant-bras et du poignet n’a pas montré de différence significative par rapport au corridor des sujets sains (Fig. 5). Après chirurgie, il existait des modifications significatives : • les courbes moyennes de flexion-extension, d’abductionadduction et de rotation interne-externe du bras par rapport au tronc ont réintégré les corridors des sujets sains avec des « patterns » superposables (Fig. 6—8) ;
Figure 9
Figure 8 Courbe moyenne postopératoire de rotation médiale — latérale du bras par rapport au tronc.
• la courbe de flexion-extension du coude, bien que restant légèrement trop en flexion, a retrouvé une allure superposable au corridor des sujets sains (Fig. 9).
Autres courbes cinématiques postopératoires.
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F. Fitoussi et al.
Figure 10
Évolution des CMC pré- et postopératoire.
L’évaluation des CMC pré- et postopératoires a montré une amélioration des valeurs dans tous les mouvements mesurés autour de l’épaule et du coude (Fig. 10). Pour les mouvements du bras par rapport au tronc, les trois CMC moyens sont passés de « mauvais » en préopératoire à « excellent » en postopératoire. Pour la flexion/extension du coude, le CMC moyen a été amélioré (passant de 0,61 à 0,78) malgré qu’il soit resté « mauvais » selon les critères de Mackey et al. [18]. L’évaluation des amplitudes pré- et postopératoires a également retrouvé une amélioration des valeurs autour de l’épaule et du coude, celles-ci augmentant de 28 à 67 % selon les rotations considérées (Fig. 11).
Discussion Analyse cinématique au membre supérieur L’analyse de la marche est actuellement utilisée de fac ¸on courante en pratique clinique et dans le domaine de la recherche. Elle permet l’évaluation de nombreux paramètres chez des patients présentant des problèmes neuro-orthopédiques. Cette évaluation donne des informations précieuses au clinicien dans l’évaluation pré- et postopératoire. Au niveau du membre supérieur, la situation est très différente : • la variabilité des mouvements et leur caractère non cyclique et non automatique nécessitent la définition préalable de tâches spécifiques dont la reproductibilité est plus difficile à obtenir ;
Figure 11
• une vision en trois dimensions est nécessaire pour les articulations étudiées ; • la scapula est plus difficilement accessible aux marqueurs cutanés tout comme le radius et l’ulna ; • l’électromyographie de surface donne un signal d’interprétation parfois difficile, surtout chez les enfants du fait de la proximité des différents groupes musculaires au niveau de l’avant-bras. Malgré ces difficultés, de plus en plus de travaux évaluent la cinématique du membre supérieur de sujets sains [4,5,6,7] et pathologiques [19,8,20]. Différentes tâches à réaliser par les sujets ont été décrites, rendant difficiles les comparaisons entre ces différentes études. La plus fréquemment utilisée est néanmoins le test du « Cookie » ou porter un objet à la bouche qui étudie le mouvement essentiellement dans le plan sagittal. Nous avons choisi d’ajouter une seconde tâche afin de mobiliser les segments dans les deux autres plans.
Reproductibilité Il s’agit d’un problème essentiel en matière d’analyse du mouvement au membre supérieur. Nous avons montré au cours d’une étude préliminaire que la reproductibilité semblait satisfaisante au cours d’une même session et entre les sessions [8], malgré un nombre relativement limité de sujets. Ces constatations rejoignent celles de l’article de Mackey et al. [18]. Une étude plus complète avec un nombre plus élevé de sujets est en cours de réalisation.
Évolution des amplitudes pré- et postopératoire.
Analyse cinématique du membre supérieur
Évaluation des patients L’évaluation de patients présentant des problèmes neuroorthopédiques reste difficile et la reproductibilité des scores cliniques interobservateurs et intersessions est mauvaise [18], ce qui rend nécessaire l’utilisation d’outils plus sophistiqués. Pour le membre inférieur, la corrélation entre analyse de la marche et évaluation clinique est également mauvaise, impliquant la nécessité d’avoir recours aux deux méthodes d’évaluation [22,23]. L’analyse cinématique au membre supérieur ne doit pas se substituer à la clinique mais doit être considérée comme un examen complémentaire donnant des informations non accessibles à un simple examen clinique. Son intérêt est de fournir une évaluation cinématique au cours d’activités quotidiennes dans les trois plans de l’espace, de la quantifier de fac ¸on précise et d’évaluer les compensations. L’ostéotomie de dérotation humérale améliore la fonction de l’épaule des enfants présentant une paralysie du plexus brachial [21]. Or, les classifications cliniques dans ce cadre ne prennent en compte que la mobilité active et passive des différentes articulations du membre supérieur. Le patient étudié ne présentait pas de limitation active ou passive de l’épaule dans les plans sagittal et coronal au cours de l’examen clinique. Pourtant, l’évaluation cinématique a révélé des anomalies dans ces deux plans au cours du mouvement. L’interprétation de ces anomalies rencontrées doit alors faire la part des choses entre une anomalie primitive, liée à un déficit musculaire ou un vice architectural et une anomalie secondaire, liée à une compensation. Il est probable que pour le patient étudié, les anomalies préopératoires dans les plans sagittal et coronal étaient des compensations puisqu’elles se sont améliorées après correction de l’anomalie rotationelle. L’étude des CMC et des amplitudes a permis en outre une évaluation chiffrée objective de l’amélioration postopératoire. Mosqueda et al. [20] ont évalué la cinématique du membre supérieur d’un groupe de patients présentant une POPB des racines hautes et ont également montré qu’il existait des anomalies cinématiques dans les trois plans de l’espace au cours des différentes tâches réalisées. Leur étude n’a néanmoins concerné qu’une évaluation préopératoire. L’intérêt de notre travail réside dans l’évaluation postopératoire après ostéotomie humérale et dans la quantification du gain obtenu par la chirurgie.
Limites de l’étude Pour l’épaule, seul le mouvement du bras par rapport au tronc a été considéré comme dans d’autres études [4]. Les deux tâches décrites ne nécessitant pas d’abduction au-delà de 40◦ , elles ne mettent de ce fait que peu en mouvement l’articulation scapulothoracique. La prise en compte de la position scapulaire nous paraît néanmoins importante au cours de tâches nécessitant une amplitude plus importante de l’épaule [24]. L’étude réalisée ne porte que sur un cas en pré- et postopératoire et l’intérêt de ce protocole ne sera acquis qu’au cours d’une étude d’un plus grand nombre de patients. L’analyse électromyographique synchrone des différents groupes musculaires au membre supérieur au cours
421 des tâches réalisées nous semble un complément indispensable à l’étude cinématique. Notre protocole inclut l’enregistrement de 11 groupes musculaires dont l’analyse est en cours.
Conclusion Nous avons mis en place un protocole d’analyse cinématique du membre supérieur permettant de compléter l’examen clinique par des données quantifiées objectives. L’intérêt de cette analyse est de fournir au clinicien des données quantifiées permettant de compléter son évaluation clinique et de comparer les résultats avant et après traitement. Notre travail a confirmé l’intérêt de cette évaluation chez un enfant présentant une POPB. Ces premières constatations devront néanmoins être confirmées au cours de l’examen d’un plus grand nombre de patients et en y associant une analyse électromyographique.
Conflits d’intérêts Aucun.
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DOI de l’article original : 10.1016/j.otsr.2009.04.012. Ne pas utiliser, pour citation, la référence franc ¸aise de cet article, mais celle de l’article original paru dans Orthopaedics &Traumatology: Surgery & Research, en utilisant le DOI ci-dessus. ∗ Auteur correspondant. Adresse e-mail : franck.fi[email protected] (F. Fitoussi). 夽
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F. Fitoussi et al. de l’espace autour de l’épaule et du coude. L’analyse des CMC a montré une amélioration après traitement, passant de « mauvais » en préopératoire autour de l’épaule, à « excellent » en postopératoire. L’analyse des amplitudes a également montré une amélioration en postopératoire, celles-ci augmentant de 28 à 67 % selon les rotations considérées autour de l’épaule et du coude. Discussion. — L’analyse cinématique au membre supérieur est actuellement de plus en plus utilisée en pratique clinique. Malgré plusieurs difficultés en rapport avec le caractère non cyclique et non automatique du mouvement, l’analyse de la littérature et de nos premiers résultats montre que la reproductibilité est satisfaisante. L’intérêt de notre travail réside dans l’évaluation préopératoire, permettant une vision plus globale des anomalies, ainsi que dans l’évaluation postopératoire après ostéotomie humérale, permettant de quantifier au cours du mouvement le gain obtenu par la chirurgie. © 2009 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.
Introduction La paralysie obstétricale du plexus brachial (POPB) a pour cause un traumatisme pendant l’accouchement. Son incidence est d’un à deux pour 1000 naissances vivantes. Le tableau le plus souvent rencontré est celui d’une paralysie des racines hautes, C5-C6 (46 % des cas) ou C5-C6-C7 (29 % des cas), correspondant le plus souvent à une lésion post-ganglionnaire [1]. L’évolution spontanée se fait vers la récupération mais dans 20 % des cas persiste un déficit. En cas de récupération incomplète, ces patients vont souvent présenter un déficit d’élévation et de rotation externe de l’épaule nécessitant parfois un traitement chirurgical. L’évaluation clinique prend alors en compte les mobilités actives et passives ainsi que la possibilité de réaliser certains gestes tels que mettre la main à la bouche, au dos, sur la tête ou derrière la nuque. Plusieurs classifications cliniques ont été proposées et validées, telles que la classification de Mallet ou le Toronto Test Score [2]. Néanmoins, ces méthodes d’évaluation ne rendent pas compte de la cinématique du membre supérieur ni de l’activité électromyographique des différents groupes musculaires au cours d’activités quotidiennes. L’avènement des méthodes d’analyse du mouvement et notamment de l’analyse quantifiée de la marche a permis de reconsidérer l’évaluation préopératoire ainsi que les stratégies thérapeutiques de patients souffrant de problèmes neuro-orthopédiques [3]. La connaissance de la normalité de nombreux paramètres lors de la marche a permis d’améliorer la compréhension des anomalies rencontrées. La place des traitements et notamment de la chirurgie a été modifiée au profit d’une approche plus globale, celleci visant dorénavant à corriger dans un même temps et à différents niveaux les anomalies musculaires et osseuses après une analyse clinique et instrumentale soigneuse de la marche de ces enfants. Au niveau des membres supérieurs, la situation est différente car leur utilisation ne se fait pas dans un cadre répété et cyclique comme lors de la marche [4]. Comparativement aux membres inférieurs, peu de travaux ont porté sur l’analyse du mouvement aux membres supérieurs, probablement en raison de la complexité à évaluer les tâches effectuées [5,6,7]. Ces publications ont néanmoins montré l’intérêt de ces analyses du mouvement dans l’analyse pré-
thérapeutique mais peu dans l’évaluation des résultats après traitement. Afin de compléter l’analyse clinique de patients présentant des atteintes neuro-orthopédiques au membre supérieur, nous avons mis en place un protocole d’analyse cinématique permettant de quantifier les mouvements du membre supérieur au cours de deux tâches très simples. Dans un premier temps, nous avons analysé le mouvement du membre supérieur d’une cohorte de sujets sains afin de disposer de données normatives et d’étudier la reproductibilité. Puis dans un second temps, nous avons étudié un patient présentant une POPB en pré- et postopératoire.
Matériel et méthode Notre protocole d’analyse du mouvement complet a été décrit dans un autre article [8]. Nous en rappelons les grands principes.
Protocole expérimental Afin de mobiliser le membre supérieur dans différentes directions de l’espace, les patients ont réalisé deux tâches simples. Le sujet est assis sur une chaise avec les hanches et les genoux fléchis à 90◦ , paumes des mains sur les genoux. Première tâche Porter un objet à la bouche (« Cookie Test »). Le sujet prend un tonneau placé en face de lui et l’amène à la bouche, puis le repose et retourne à sa position initiale. Ce mouvement se fait essentiellement dans le plan sagittal. Seconde tâche Déplacer un objet sur une table. Le patient déplace le tonneau du coté analysé vers le côté controlatéral, puis le ramène à sa position initiale. Ce mouvement se fait essentiellement dans les plans coronal et horizontal. Chaque tâche a été répétée trois fois de suite. Les deux cotés ont été analysés successivement. Le niveau de la table, le volume, la position et le poids du tonneau ont été adaptés aux données anthropométriques et à la force de serrage du sujet.
Analyse cinématique du membre supérieur
417 L’ensemble des calculs cinématiques ainsi que l’analyse des données ont été réalisés à l’aide d’un logiciel développé à cet effet.
Analyse des données
Figure 1 Positionnement des tripodes sur le membre supérieur et le tronc.
Bases cinématiques Pour les mesures cinématiques, nous avons utilisé le système optoélectronique Vicon (Oxford’s metrics, Oxford, Royaume-Uni) avec un minimum de six caméras et des marqueurs réfléchissants placés sur le sujet [9,10,11,12,13]. Chaque segment, tronc, bras, avant-bras et main, a été considéré comme un segment rigide. Pour obtenir la cinématique du membre supérieur, il a fallu repérer spatialement les segments « tronc », « bras », « avant-bras » et « main ». Pour cela, des repères anatomiques ont été définis pour chaque segment à partir de points anatomiques. Afin de limiter les erreurs de mesures en rapport avec les mouvements de la peau en regard des points anatomiques [14,15,16], des repères ancillaires de type tripodes ont été mis en place sur les segments étudiés (Fig. 1). Fixés sur une plaquette, ils permettent en outre d’éviter les mouvements relatifs entre marqueurs pour un même segment. Les positions relatives des référentiels anatomiques (utilisés pour les calculs cinématiques) et tripodes (utilisés lors des mesures) ont été définies lors d’une phase d’acquisition statique préalable où les marqueurs tripodes et des marqueurs placés sur des points anatomiques étaient simultanément présents. Un tripode supplémentaire a été placé sur la table afin de pouvoir étudier les mouvements du tronc par rapport à un référentiel fixe. Les différents repères mis en place permettent d’étudier les mouvements suivants : • tronc par rapport à la table : flexion-extension, inclinaison gauche et droite, rotation axiale ; • bras par rapport au tronc : flexion-extension, abductionadduction, rotation interne-externe ; • avant-bras par rapport au bras : flexion-extension, pronation-supination ; • main par rapport à l’avant-bras : flexion-extension, inclinaison radiale et ulnaire ;
Le mouvement étant réalisé à différentes vitesses d’un essai à l’autre et d’un sujet à l’autre, une normalisation des courbes (de 0 à 100 %) a été nécessaire afin d’effectuer des comparaisons entres les sessions et entre les sujets. La comparaison des différentes courbes cinématiques a utilisé le coefficient de multicorélation (CMC) décrit par Kabada et al. [17]. Il s’agit d’un critère mathématique permettant de quantifier la ressemblance entre deux courbes. Un CMC supérieur à 0,95 a été considéré comme excellent, entre 0,85 et 0,95 comme bon et inférieur à 0,85 comme mauvais [18]. Pour les deux tâches décrites et pour les dix angles mesurés, le logiciel fournit le CMC de l’angle mesuré par rapport à la courbe moyenne des sujets sains. Il fournit en outre l’amplitude du mouvement et le pourcentage des points de la courbe moyenne du sujet inclus dans le corridor des sujets sains.
Sujets sains Douze enfants sains, d’âge moyen 9,7 ans (de sept à 14 ans) ont été analysés. Un corridor cinématique, correspondant à la courbe moyenne ± un écart type, a été établi pour chaque tâche et chaque angle considéré.
Patient Le sujet étudié était âgé de sept ans au moment du traitement chirurgical. Il présentait les séquelles d’une POPB gauche. L’examen à la naissance retrouvait un poids de naissance de 4 kg 170, une taille de 51 cm et un périmètre crânien de 35 cm. Il s’agissait d’une POPB incomplète C5-C6. Il n’y avait pas de signe de Claude Bernard Horner ni de paralysie diaphragmatique. À un mois, il n’y avait pas d’élévation ni de rotation externe active de l’épaule. Le patient a été traité
Figure 2 Courbe moyenne préopératoire de flexion — extension du bras par rapport au tronc. Les courbes moyennes du sujet sont superposées au corridor des sujets sains.
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F. Fitoussi et al.
Figure 3 Courbe moyenne préopératoire d’abduction — adduction du bras par rapport au tronc.
initialement par rééducation. À sept ans, il présentait une mobilité active et passive normale de la main, du poignet, de l’avant bras et du coude. L’élévation de l’épaule était de 160◦ (controlatérale = 180◦ ), la rotation externe active coude au corps à -30◦ et passive à 0◦ . Il existait un signe du clairon. Les radiographies et le scanner confirmaient la présence d’une incongruence glénohumérale. Du fait de la gène occasionnée par le déficit de rotation externe de l’épaule, une ostéotomie de dérotation humérale a été réalisée, suivie d’une immobilisation coude au corps de 45 jours et d’une rééducation. Une analyse cinématique a été réalisée en préopératoire immédiat et à deux ans postopératoire.
Résultats Données normatives L’analyse des 12 sujets sains a permis d’obtenir les corridors cinématiques pour les dix angles étudiés. Les courbes
Figure 5
Figure 4 Courbe moyenne préopératoire de rotation médiale — latérale du bras par rapport au tronc.
du sujet étudié ont été comparées au corridor des sujets sains.
Données cinématiques du sujet pathologique Les données de l’examen clinique ne retrouvaient pas de nette limitation de l’abduction ou de la flexion du bras par rapport au tronc. Les données cinématiques retrouvaient au contraire au cours de la tâche « déplacer » : • au niveau de la mobilité bras/tronc : ◦ sur les courbes de flexion-extension : une amplitude nettement diminuée avec un arc de mobilité de 23◦ (moyenne sujets sains = 41◦ ) et une position trop en extension du bras (Fig. 2), ◦ sur les courbes d’abduction-adduction : une amplitude également nettement diminuée avec un arc de mobilité de 9,5◦ (moyenne sujets sains = 20◦ ). L’allure de la courbe moyenne du sujet pathologique n’a pas
Autres courbes cinématiques préopératoires.
Analyse cinématique du membre supérieur
419
Figure 6 Courbe moyenne postopératoire de flexion — extension du bras par rapport au tronc.
Figure 7 Courbe moyenne postopératoire d’abduction — adduction du bras par rapport au tronc.
le même aspect que le corridor et est plus aplatie (Fig. 3), ◦ sur les courbes de rotation médiale-latérale : une courbe nettement en dehors du corridor (Fig. 4) avec un CMC mauvais (0,25) ; • sur les courbes de flexion — extension du coude : un déplacement de la courbe vers la flexion (Fig. 5) avec un arc de mobilité réduit (22◦ contre 31◦ chez les sujets sains) ; • la cinématique de l’avant-bras et du poignet n’a pas montré de différence significative par rapport au corridor des sujets sains (Fig. 5). Après chirurgie, il existait des modifications significatives : • les courbes moyennes de flexion-extension, d’abductionadduction et de rotation interne-externe du bras par rapport au tronc ont réintégré les corridors des sujets sains avec des « patterns » superposables (Fig. 6—8) ;
Figure 9
Figure 8 Courbe moyenne postopératoire de rotation médiale — latérale du bras par rapport au tronc.
• la courbe de flexion-extension du coude, bien que restant légèrement trop en flexion, a retrouvé une allure superposable au corridor des sujets sains (Fig. 9).
Autres courbes cinématiques postopératoires.
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F. Fitoussi et al.
Figure 10
Évolution des CMC pré- et postopératoire.
L’évaluation des CMC pré- et postopératoires a montré une amélioration des valeurs dans tous les mouvements mesurés autour de l’épaule et du coude (Fig. 10). Pour les mouvements du bras par rapport au tronc, les trois CMC moyens sont passés de « mauvais » en préopératoire à « excellent » en postopératoire. Pour la flexion/extension du coude, le CMC moyen a été amélioré (passant de 0,61 à 0,78) malgré qu’il soit resté « mauvais » selon les critères de Mackey et al. [18]. L’évaluation des amplitudes pré- et postopératoires a également retrouvé une amélioration des valeurs autour de l’épaule et du coude, celles-ci augmentant de 28 à 67 % selon les rotations considérées (Fig. 11).
Discussion Analyse cinématique au membre supérieur L’analyse de la marche est actuellement utilisée de fac ¸on courante en pratique clinique et dans le domaine de la recherche. Elle permet l’évaluation de nombreux paramètres chez des patients présentant des problèmes neuro-orthopédiques. Cette évaluation donne des informations précieuses au clinicien dans l’évaluation pré- et postopératoire. Au niveau du membre supérieur, la situation est très différente : • la variabilité des mouvements et leur caractère non cyclique et non automatique nécessitent la définition préalable de tâches spécifiques dont la reproductibilité est plus difficile à obtenir ;
Figure 11
• une vision en trois dimensions est nécessaire pour les articulations étudiées ; • la scapula est plus difficilement accessible aux marqueurs cutanés tout comme le radius et l’ulna ; • l’électromyographie de surface donne un signal d’interprétation parfois difficile, surtout chez les enfants du fait de la proximité des différents groupes musculaires au niveau de l’avant-bras. Malgré ces difficultés, de plus en plus de travaux évaluent la cinématique du membre supérieur de sujets sains [4,5,6,7] et pathologiques [19,8,20]. Différentes tâches à réaliser par les sujets ont été décrites, rendant difficiles les comparaisons entre ces différentes études. La plus fréquemment utilisée est néanmoins le test du « Cookie » ou porter un objet à la bouche qui étudie le mouvement essentiellement dans le plan sagittal. Nous avons choisi d’ajouter une seconde tâche afin de mobiliser les segments dans les deux autres plans.
Reproductibilité Il s’agit d’un problème essentiel en matière d’analyse du mouvement au membre supérieur. Nous avons montré au cours d’une étude préliminaire que la reproductibilité semblait satisfaisante au cours d’une même session et entre les sessions [8], malgré un nombre relativement limité de sujets. Ces constatations rejoignent celles de l’article de Mackey et al. [18]. Une étude plus complète avec un nombre plus élevé de sujets est en cours de réalisation.
Évolution des amplitudes pré- et postopératoire.
Analyse cinématique du membre supérieur
Évaluation des patients L’évaluation de patients présentant des problèmes neuroorthopédiques reste difficile et la reproductibilité des scores cliniques interobservateurs et intersessions est mauvaise [18], ce qui rend nécessaire l’utilisation d’outils plus sophistiqués. Pour le membre inférieur, la corrélation entre analyse de la marche et évaluation clinique est également mauvaise, impliquant la nécessité d’avoir recours aux deux méthodes d’évaluation [22,23]. L’analyse cinématique au membre supérieur ne doit pas se substituer à la clinique mais doit être considérée comme un examen complémentaire donnant des informations non accessibles à un simple examen clinique. Son intérêt est de fournir une évaluation cinématique au cours d’activités quotidiennes dans les trois plans de l’espace, de la quantifier de fac ¸on précise et d’évaluer les compensations. L’ostéotomie de dérotation humérale améliore la fonction de l’épaule des enfants présentant une paralysie du plexus brachial [21]. Or, les classifications cliniques dans ce cadre ne prennent en compte que la mobilité active et passive des différentes articulations du membre supérieur. Le patient étudié ne présentait pas de limitation active ou passive de l’épaule dans les plans sagittal et coronal au cours de l’examen clinique. Pourtant, l’évaluation cinématique a révélé des anomalies dans ces deux plans au cours du mouvement. L’interprétation de ces anomalies rencontrées doit alors faire la part des choses entre une anomalie primitive, liée à un déficit musculaire ou un vice architectural et une anomalie secondaire, liée à une compensation. Il est probable que pour le patient étudié, les anomalies préopératoires dans les plans sagittal et coronal étaient des compensations puisqu’elles se sont améliorées après correction de l’anomalie rotationelle. L’étude des CMC et des amplitudes a permis en outre une évaluation chiffrée objective de l’amélioration postopératoire. Mosqueda et al. [20] ont évalué la cinématique du membre supérieur d’un groupe de patients présentant une POPB des racines hautes et ont également montré qu’il existait des anomalies cinématiques dans les trois plans de l’espace au cours des différentes tâches réalisées. Leur étude n’a néanmoins concerné qu’une évaluation préopératoire. L’intérêt de notre travail réside dans l’évaluation postopératoire après ostéotomie humérale et dans la quantification du gain obtenu par la chirurgie.
Limites de l’étude Pour l’épaule, seul le mouvement du bras par rapport au tronc a été considéré comme dans d’autres études [4]. Les deux tâches décrites ne nécessitant pas d’abduction au-delà de 40◦ , elles ne mettent de ce fait que peu en mouvement l’articulation scapulothoracique. La prise en compte de la position scapulaire nous paraît néanmoins importante au cours de tâches nécessitant une amplitude plus importante de l’épaule [24]. L’étude réalisée ne porte que sur un cas en pré- et postopératoire et l’intérêt de ce protocole ne sera acquis qu’au cours d’une étude d’un plus grand nombre de patients. L’analyse électromyographique synchrone des différents groupes musculaires au membre supérieur au cours
421 des tâches réalisées nous semble un complément indispensable à l’étude cinématique. Notre protocole inclut l’enregistrement de 11 groupes musculaires dont l’analyse est en cours.
Conclusion Nous avons mis en place un protocole d’analyse cinématique du membre supérieur permettant de compléter l’examen clinique par des données quantifiées objectives. L’intérêt de cette analyse est de fournir au clinicien des données quantifiées permettant de compléter son évaluation clinique et de comparer les résultats avant et après traitement. Notre travail a confirmé l’intérêt de cette évaluation chez un enfant présentant une POPB. Ces premières constatations devront néanmoins être confirmées au cours de l’examen d’un plus grand nombre de patients et en y associant une analyse électromyographique.
Conflits d’intérêts Aucun.
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