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Un paramètre baropodométrique pour l'analyse de la marche du patient hémiplégique : le trajet du centre de pression
Annales de réadaptation et de médecine physique 49 (2006) 609–613 http://france.elsevier.com/direct/ANNRMP/
Article original
Un paramètre baropodométrique pour l’analyse de la marche du patient hémiplégique : le trajet du centre de pression A baropodometric parameter to analyze the gait of hemiparetic patients: the path of center of pressure G. Robain a,b, F. Valentini a,b,*, S. Renard-Deniel a, J.-M. Chennevelle a, J.-B. Piera a a
Service de médecine physique et réadaptation, groupe hospitalier Charles-Foix–Jean-Rostand, 7, avenue de la République, 94205 Ivry-sur-Seine, France b UMR S 731 Inserm, université Pierre-et-Marie-Curie, Paris-VI, France Reçu le 13 février 2006 ; accepté le 12 mai 2006
Résumé But de l’étude. – Si la marche du patient hémiplégique a bénéficié de plusieurs études biomécaniques, la distribution des pressions plantaires n’a été que peu évaluée. Le but de cette étude est d’analyser, en utilisant des semelles embarquées à multicapteurs (système F-Scan), les modifications de la trajectoire du centre de pression (COP) secondaires à l’hémiplégie. Matériel et méthode. – Vingt patients présentant une hémiplégie de cause vasculaire et à statut neurologique stabilisé ont bénéficié d’une analyse de marche (système F-Scan). L’âge moyen était de 50 ans [26–67 ans]. Tous étaient autonomes pour la marche. Le test se déroulait avec les chaussures habituellement portées et sans orthèse. L’enregistrement concernait cinq à six cycles de marche, soit un parcours d’environ 8 m. La trajectoire du COP du pied hémiplégique a été comparée à celle du pied sain. Un groupe de neuf volontaires sains permettait de compléter l’analyse. Résultats. – La trajectoire du COP du pied hémiplégique est constamment modifiée : 1) diminution significative du déplacement postéroantérieur du COP (p = 0,002) associée à un déplacement vers l’avant de son point le plus postérieur (p = 0,005) ; 2) diminution de sa déviation latérale (p = 0,04) ; 3) irrégularités importantes de la progression du COP avec des ralentissements et des reculs. Ces modifications de la trajectoire sont vraisemblablement en grande partie secondaires à l’équin du pied. Aucune de ces modifications n’était observée dans le groupe témoin. Conclusion. – L’utilisation de la technique des semelles embarquées (système F-Scan) permet de mettre en évidence l’importance de la trajectoire du centre de pression pour analyser la marche du patient hémiplégique. Cet examen non invasif pourrait contribuer à mieux poser les indications thérapeutiques et à en évaluer les résultats. © 2006 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés. Abstract Purpose. – Hemiparetic gait has been previously evaluated by several biomechanical methods, but plantar pressure distribution has been much less studied. Our purpose was to analyze the changes in the path of the center of pressure (COP) following the occurrence of hemiparesis using an F-Scan in-shoe transducer. Materials and methods. – Twenty patients, mean age 50 years [26–67] with hemiparesis due to vascular causes underwent gait analysis (by the F-Scan system). All patients had steady neurological status and were self-sufficient for gait. Podo-orthoses were removed during the test. Five to six cycles of gait, about 8 m, were recorded. Comparison of the COP path was performed between hemiparetic and healthy foot. The group control consisted of 9 healthy volunteer subjects.
* Auteur
correspondant. Adresse e-mail : [email protected] (F. Valentini).
0168-6054/$ - see front matter © 2006 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés. doi:10.1016/j.annrmp.2006.05.002
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G. Robain et al. / Annales de réadaptation et de médecine physique 49 (2006) 609–613
Results. – Differences in the COP path were found in the hemiparetic foot of patients: a significant decrease for the anteroposterior displacement (P = 0.002) and the lateral displacement (P = 0.04) and a significant anterior displacement of the more posterior contact COP (P = 0.005). The “gait line” was irregular, with slowing down going forward and, for some, going back. These results are likely consistent with the equine of the foot. No change was observed in the control group. Conclusion. – The use of an F-Scan in the shoe transducer allows for revealing the importance of the COP path in analyzing hemiparetic gait; this noninvasive investigation would be helpful for evaluating the best therapy to propose to and to follow-up patients with hemiparesis. © 2006 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés. Mots clés : Hémiplégie ; Marche ; Baropodométrie ; F-Scan ; Centre de pression Keywords: Hemiparesis; Gait; Podobarometry; F-Scan; Center of pressure
1. But de l’étude Analyser les défauts de marche d’un patient hémiplégique est l’étape nécessaire pour proposer une thérapeutique [3,10]. La gêne provient-elle de l’importance des paralysies, du déséquilibre musculaire, des syncinésies, de la spasticité ou des rétractions ? Disposer d’une technique instrumentale qui soit non invasive, fiable, simple et relativement peu coûteuse en temps et en matériel est le souhait de tout un chacun. Le système F-Scan (Tekscan ; Inc., South Boston MA) a été développé pour mesurer la distribution des pressions entre deux objets au contact [8,9]. La baropodométrie est l’application de ce système à l’analyse de la marche et à l’évaluation de ses perturbations [2]. La mesure des pressions plantaires par semelles embarquées (semelles comportant des capteurs de pression) permet une analyse dynamique de l’appui plantaire lors de la marche chaussée, dans des conditions a priori habituelles. Par ailleurs, il a été montré [4] que l’analyse du trajet du centre de pression (COP)1 est une méthode fiable d’analyse des altérations biomécaniques de la marche. L’utilisation du système F-Scan a fait l’objet de nombreuses publications [2,5,12,13], notamment chez le patient diabétique [13], mais, à notre connaissance, ce système n’a pas été utilisé en clinique chez le patient hémiplégique. Le but de cette étude est de montrer que l’analyse du trajet du centre de pression est une méthode permettant l’analyse des perturbations de la marche engendrées par une hémiplégie.
(n = 4) ou avec une canne (simple n = 7, anglaise n = 1, tripode n = 8). L’échelle de déambulation FAC (functional ambulation classification) [6] était comprise entre 3 et 5. L’examen baropodométrique était couplé à une locométrie et complété par un examen vidéographique. Pour le confort du patient ces trois examens étaient réalisés dans une même session mais seul l’enregistrement baropodométrique est analysé dans cette étude. Un examen protocolisé comportant une appréciation clinique de la mobilité articulaire, de la force musculaire, de la spasticité (échelle d’Ashworth modifiée [1]) et de la sensibilité était réalisée en complément. 2.1.2. Population témoin Elle comprend neuf volontaires sains (deux hommes et sept femmes) d’âge moyen 42,4 ans [25–60 ans] pour lesquels ont été effectués une baropodométrie, une locométrie, et un enregistrement vidéographique. 2.2. Méthode Le matériel de baropodométrie utilisé est le système F-Scan (version 5.0). Ce système comporte des semelles embarquées, dont l’épaisseur ne dépasse pas 0,15 mm, intégrant 960 capteurs de type résistif (Fig. 1). Les semelles sont placées dans
2. Matériel et méthode 2.1. Population 2.1.1. Patients La population étudiée comprend 20 patients (13 hommes, sept femmes), présentant une hémiplégie gauche (n = 12) ou droite (n = 8), d’âge moyen 50 ans [25–67 ans]. L’ancienneté de l’hémiplégie était de 1,5 an [2 mois– 5,8 ans]. L’hémiplégie était secondaire à un accident vasculaire ischémique (17 patients) ou hémorragique (trois patients). Tous les patients pouvaient marcher seuls, sans aide technique 1 L’abréviation COP, center of pressure, est conservée par souci de simplicité.
Fig. 1. Semelles, recouvertes de mylar, comportant des capteurs résistifs avec les boîtiers d’interface.
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Fig. 2. Patiente avec des semelles embarquées dans ses chaussures ; boîtiers d’interface fixés aux chevilles.
les chaussures ordinairement utilisées par les patients. Chaque semelle est raccordée à un boîtier d’interface fixé à la cheville (Fig. 2). Les données numériques sont transmises par câble à l’ordinateur. L’enregistrement est fait à une fréquence d’échantillonnage de 50 Hz. Le parcours de marche était de 8 m ; l’analyse des données a été faite en supprimant les premier et dernier pas. Chaque parcours était effectué à vitesse habituelle, en chaussures à talon plat ou tennis. Toute attelle suropédieuse ou orthèse d’orteils était retirée. Les patients utilisaient si besoin leur aide technique. L’enregistrement baropodométrique était couplé à un enregistrement cinématique avec le locomètre de Bessou (Satel version 10.0) permettant d’obtenir la vitesse de marche. Les semelles étaient découpées à l’exacte dimension de la chaussure pour obtenir un meilleur contact (réduction sans impact significatif du nombre de capteurs). Un temps préparatoire de marche de deux à trois minutes permettait l’égalisation de température des capteurs. Afin de tenir compte du poids du patient une calibration des capteurs de chaque semelle était réalisée en appui monopodal d’au moins une seconde. Après mise en condition, les enregistrements baropodométrique et cinématique étaient réalisés de manière simultanée, sans essai préalable ; l’enregistrement vidéographique était réalisé dans un second temps. Nous avons mesuré la longueur de la trajectoire postéroantérieure du centre de pression (COP) (Fig. 3), et l’amplitude maximale de la déviation latérale du COP (Fig. 4) telles qu’elles apparaissent par superposition des trajectoires obtenues au cours des différents pas. La longueur des tracés a été mesurée par mise en place manuelle de curseurs ; l’erreur absolue sur l’emplacement de chaque curseur était de 0,5 mm. Nous avons également mesuré la marge postérieure de l’appui du pied au sol (Fig. 3), c’est-à-dire la distance entre la limite postérieure d’appui du talon et l’extrémité la plus postérieure de la trajectoire du COP.
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Fig. 3. Trajectoire du centre des pressions (COP) d’un sujet sain : symétrie du déplacement postéroantérieur (mesuré entre les points b et a) et de la marge postérieure (mesurée entre les points c et b).
Fig. 4. Trajectoire du centre des pressions (COP) d’un sujet sain : mesure de la déviation latérale d.
Au cours de l’examen, l’enregistrement de la trajectoire du COP porte alternativement sur chaque pied, ce qui permet de comparer pied « hémiplégique » et pied sain. De plus, le traitement informatique permet de synchroniser sur écran les phases d’appui pied droit–pied gauche, ce qui favorise encore la comparaison des tracés. 2.3. Analyse statistique La comparaison des différents paramètres pour pied gauche–pied droit dans la population témoin et pied « hémiplégique »–pied sain dans la population hémiplégique a été réalisée avec le test t apparié. Une valeur de p < 0,05 était considérée comme significative.
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3. Résultats 3.1. Population témoin Il existe une symétrie globale du trajet du COP (Figs. 3 et 4) : ● la longueur du déplacement postéroantérieur n’est pas significativement différente entre le pied droit et le pied gauche : 15,7 ± 1,1 cm à droite vs 15,9 ± 2,1 cm à gauche ; ● le déplacement du COP se fait du talon vers la partie médiane de l’avant-pied. La progression, qui se fait à vitesse non constante, est régulière et globalement symétrique ; ● la trajectoire du COP n’est pas strictement superposable pour les différents pas enregistrés et montre une déviation latérale dont l’amplitude moyenne est de 1,67 ± 0,5 cm pour le pied droit vs 1,60 ± 0,3 cm pour le pied gauche non significative (n.s.) ; ● la marge postérieure est semblable : 3,5 ± 0,5 cm à droite vs 3,9 ± 0,8 cm à gauche (n.s.). 3.2. Patients hémiplégiques Il existe une asymétrie du trajet du COP (Figs. 5 et 6) : ● la longueur de la trajectoire postéroantérieure est significativement raccourcie (p = 0,002) du côté hémiplégique : 12,1 ± 4,7 vs 15,8 ± 1,8 cm du côté sain, et ce dans l’ensemble de la population, et quel que soit le côté de l’hémiplégie ; ● le déplacement du COP s’effectue avec d’importants ralentissements et des reculs plus importants et plus postérieurs que chez le sujet sain ; ● la marge postérieure est significativement augmentée du côté hémiplégique 7,1 ± 3,4 vs 4,7 ± 1,1 cm (p = 0,007) ;
Fig. 5. Trajectoire du centre des pressions (COP) d’une patiente atteinte d’hémiplégie droite : raccourcissement du déplacement postéroantérieur (mesuré entre les points b et a) et augmentation de la marge postérieure (mesurée entre les points c et b) du côté hémiplégique.
Fig. 6. Trajectoire du centre des pressions (COP) d’une patiente atteinte d’hémiplégie droite : on note la diminution de l’amplitude de la déviation latérale du côté hémiplégique (d).
● la déviation latérale de la trajectoire est significativement diminuée du côté hémiplégique si l’on considère l’ensemble de la population : 1,3 ± 0,4 vs 1,7 ± 0,7 cm (p=0,04) du côté sain. 4. Discussion Il a été montré [11] que les mesures de force avec le F-Scan et avec une plate-forme de force sont fortement corrélées. Il est donc raisonnable d’utiliser le F-Scan qui permet une analyse de la marche dans les conditions habituelles de chaussage. L’obtention de résultats comparables entre sujets nécessite un protocole strict d’utilisation des semelles embarquées : ● semelles adaptées en taille à la chaussure du patient de manière à assurer le meilleur contact possible ; ● calibration des capteurs selon les recommandations du constructeur [7]. La procédure de calibration fait ressortir de fréquentes difficultés car elle nécessite un appui monopodal alternatif qui peut être difficile à réaliser par le patient hémiplégique, particulièrement lorsqu’il utilise une aide technique de marche. Notons qu’il existe des alternatives proposées par le constructeur pour pallier cette difficulté, mais, ne les jugeant pas satisfaisantes, nous ne les avons pas utilisées. En pratique, afin d’obtenir un maximum de fiabilité de la calibration, nous avons exclu de l’étude les patients ne pouvant tenir la station monopodale sans aide technique. Une autre difficulté provient de la fatigabilité de cette population de patients. L’examen clinique, la prise de contact avec le matériel et la réalisation de l’examen instrumental impliquent une durée d’une heure au minimum. Enfin, les difficultés de compréhension de certains patients aphasiques compliquent le déroulement de l’examen et en allongent la durée.
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Dans cette étude nous nous sommes intéressés au retentissement de l’hémiplégie sur la dynamique du roulement du pied sur le sol. Chez le sujet sain, pendant la phase d’appui du pied au sol, le COP se déplace d’arrière en avant, régulièrement, mais pas à vitesse constante. Cette progression régulière témoigne du roulement « physiologique » du pied au sol, d’abord roulement postérieur sur le talon (pivot talon), puis transfert de charge du talon vers l’avant-pied (pivot cheville), et enfin roulement sous l’avant-pied (pivot avant-pied) dont la dernière phase correspond à l’impulsion Chez le patient hémiplégique l’analyse du trajet du COP montre des modifications significatives de la dynamique de l’appui du pied au sol : raccourcissement de la trajectoire postéroantérieure, irrégularités dans la progression, augmentation de la marge postérieure, réduction de la déviation latérale. Le raccourcissement de la trajectoire postéroantérieure est comparable à celui observé chez le sujet sain portant des chaussures à talons [4]. Ce raccourcissement s’accompagne d’une augmentation de la marge postérieure. Ces deux phénomènes traduisent très probablement un équin, qu’il s’agisse d’un équin fonctionnel, par spasticité du triceps surae, syncinésie, ou insuffisance des muscles releveurs de la pointe du pied, ou d’un équin organique par rétraction du triceps surae. En raison de la petite taille de la population étudiée, nous n’avons pas cherché de corrélation entre le raccourcissement de la trajectoire du COP et la spasticité. Notons cependant que des enregistrements réalisés avant et après injection de toxine botulique (étude en cours) montrent des différences significatives de la trajectoire du COP, allongement du trajet et diminution de la marge postérieure ; ces résultats laissent espérer une possibilité de quantification de l’effet des traitements de la spasticité. La déviation latérale de la trajectoire du COP est significativement réduite du côté hémiplégique. Tout se passe comme si le pied hémiplégique au sol ne pouvait plus s’adapter aux contraintes extérieures, ce qui est probablement le reflet de la « raideur » du pied (spasticité, syncinésies) et du manque de motricité adaptée (manque de force, troubles de la sensibilité). Cette diminution de déviation latérale pourrait aussi résulter d’une recherche involontaire de stabilité ou encore provenir de l’utilisation d’une aide technique. Par ailleurs, d’importantes irrégularités de progression du COP, avec des reculs, ont été notées chez le patient hémiplégique. Ceux-ci surviennent principalement dans la partie moyenne du trajet. Chez le sujet sain des reculs de faible amplitude peuvent être observés dans la partie antérieure. Les reculs observés chez l’hémiplégique peuvent être la traduction d’une perturbation du pivot cheville (insuffisance de flexion dorsale par spasticité du triceps ou par rétraction), ou d’une difficulté du transfert de charge de l’arrière vers l’avant d’origine sus-jacente au pied (genu recurvatum en charge, insuffisance d’avancée de l’hémibassin, et insuffisance d’extension de la cuisse du côté hémiplégique). Dans cette étude préliminaire, seule une partie de l’enregistrement baropodométrique a été analysée. En effet, il était recherché un paramètre simple permettant l’analyse des perturbations de la marche secondaire à l’hémiplégie et la distribution des pressions n’a pas été étudiée. Les modifications du
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trajet du COP chez le patient hémiplégique sont significatives. L’utilisation des données complémentaires de la baropodométrie et des enregistrements cinématique et vidéographique devrait permettre de vérifier les hypothèses proposées pour l’interprétation des modifications du trajet du COP. 5. Conclusion La baropodométrie par système F-Scan et notamment l’étude de la trajectoire du COP permet l’analyse quantifiée de la dynamique de l’appui du pied au sol dans des conditions de chaussage habituel, ce qui est particulièrement utile chez le patient hémiplégique. Chez celui-ci, l’asymétrie de roulement du pied au sol est importante, la trajectoire du COP est constamment perturbée : plus courte, plus antériorisée (marge postérieure augmentée), et présentant davantage d’anomalies de progression. Ces perturbations devront être étudiées sur une population plus importante afin de préciser le rôle de la spasticité, des limitations articulaires et de l’usage des aides techniques. L’analyse des paramètres baropodométriques couplée à l’examen clinique pourrait fournir des données quantifiables qui seraient des arguments complémentaires pour le choix des indications thérapeutiques (appareillages, toxine, chirurgie) et une meilleure évaluation des effets de ces thérapeutiques sur la dynamique de marche. Références [1] Bohannon RW, Smith MB. Inter rater reliability of a modified Ashworth scale of muscle spasticity. Phys Ther 1987;67:206–7. [2] Brown M, Rudicel S, Esquenazi A. Measurement of dynamic pressures at the shoe-foot interface during normal walking with various foot orthoses using the F-Scan system. Foot Ankle Int 1996;17:152–6. [3] Duckworth T, Betts RP, Franks CI, Burke J. The measurement of pressure under the foot. Foot Ankle 1982;3:120–41. [4] Han TR, Paik NJ, Im MS. Quantification of the path of center of pressure (COP) using an F-Scan in-shoe transducer. Gait Posture 1999;10:248–54. [5] Harris GF, Wertsch JJ. Procedures for gait analysis. Arch Phys Med Rehab 1994;75:216–25. [6] Holden MK, Gill KM, Magliozzi MR. Gait assessment for neurological impaired patients. Standards for outcome assessment. Phys Ther 1986; 66:1530–97. [7] Luo ZP, Berglund LJ, An K-N. Validation of F-Scan sensor system: a technical note. J Rehab Res Dev 1998;35:186–91. [8] Maness WL, Golden RF, Benjamin Q, Podoloff RM. Contact sensor for measuring dental occlusion. United States Patent. No.4. 1988 (734.034). [9] Maness WL, Golden RF, Benjamin Q, Podoloff RM. Contact sensor for measuring dental occlusion. United States Patent. No.4. 1989 (856-993). [10] Meyring S, Diehl RR, Milani TL, Hennig EM, Berlit P. Dynamic plantar pressure distribution measurements in hemiparetic patients. Clin Biomech (Bristol, Avon) 1997;12:60–5. [11] Mueller MJ, Strube MJ. Generalizability of in-shoe pic pressure measures using the F-Scan system. Clin Biomech (Bristol, Avon) 1996;11:159– 64. [12] Randolph AL, Nelson M, Akkapeddi S, Levin A, Alexandrescu R. Reliability of measurements of pressure applied on the foot during walking by a computerized insole sensor system. Arch Phys Med Rehabil 2000;81: 573–8. [13] Tsung BY, Zhang M, Mak AF, Wong MW. Effectiveness of insole on plantar pressure redistribution. J Rehabil Res Dev 2004;41:767–74.
Article original
Un paramètre baropodométrique pour l’analyse de la marche du patient hémiplégique : le trajet du centre de pression A baropodometric parameter to analyze the gait of hemiparetic patients: the path of center of pressure G. Robain a,b, F. Valentini a,b,*, S. Renard-Deniel a, J.-M. Chennevelle a, J.-B. Piera a a
Service de médecine physique et réadaptation, groupe hospitalier Charles-Foix–Jean-Rostand, 7, avenue de la République, 94205 Ivry-sur-Seine, France b UMR S 731 Inserm, université Pierre-et-Marie-Curie, Paris-VI, France Reçu le 13 février 2006 ; accepté le 12 mai 2006
Résumé But de l’étude. – Si la marche du patient hémiplégique a bénéficié de plusieurs études biomécaniques, la distribution des pressions plantaires n’a été que peu évaluée. Le but de cette étude est d’analyser, en utilisant des semelles embarquées à multicapteurs (système F-Scan), les modifications de la trajectoire du centre de pression (COP) secondaires à l’hémiplégie. Matériel et méthode. – Vingt patients présentant une hémiplégie de cause vasculaire et à statut neurologique stabilisé ont bénéficié d’une analyse de marche (système F-Scan). L’âge moyen était de 50 ans [26–67 ans]. Tous étaient autonomes pour la marche. Le test se déroulait avec les chaussures habituellement portées et sans orthèse. L’enregistrement concernait cinq à six cycles de marche, soit un parcours d’environ 8 m. La trajectoire du COP du pied hémiplégique a été comparée à celle du pied sain. Un groupe de neuf volontaires sains permettait de compléter l’analyse. Résultats. – La trajectoire du COP du pied hémiplégique est constamment modifiée : 1) diminution significative du déplacement postéroantérieur du COP (p = 0,002) associée à un déplacement vers l’avant de son point le plus postérieur (p = 0,005) ; 2) diminution de sa déviation latérale (p = 0,04) ; 3) irrégularités importantes de la progression du COP avec des ralentissements et des reculs. Ces modifications de la trajectoire sont vraisemblablement en grande partie secondaires à l’équin du pied. Aucune de ces modifications n’était observée dans le groupe témoin. Conclusion. – L’utilisation de la technique des semelles embarquées (système F-Scan) permet de mettre en évidence l’importance de la trajectoire du centre de pression pour analyser la marche du patient hémiplégique. Cet examen non invasif pourrait contribuer à mieux poser les indications thérapeutiques et à en évaluer les résultats. © 2006 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés. Abstract Purpose. – Hemiparetic gait has been previously evaluated by several biomechanical methods, but plantar pressure distribution has been much less studied. Our purpose was to analyze the changes in the path of the center of pressure (COP) following the occurrence of hemiparesis using an F-Scan in-shoe transducer. Materials and methods. – Twenty patients, mean age 50 years [26–67] with hemiparesis due to vascular causes underwent gait analysis (by the F-Scan system). All patients had steady neurological status and were self-sufficient for gait. Podo-orthoses were removed during the test. Five to six cycles of gait, about 8 m, were recorded. Comparison of the COP path was performed between hemiparetic and healthy foot. The group control consisted of 9 healthy volunteer subjects.
* Auteur
correspondant. Adresse e-mail : [email protected] (F. Valentini).
0168-6054/$ - see front matter © 2006 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés. doi:10.1016/j.annrmp.2006.05.002
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G. Robain et al. / Annales de réadaptation et de médecine physique 49 (2006) 609–613
Results. – Differences in the COP path were found in the hemiparetic foot of patients: a significant decrease for the anteroposterior displacement (P = 0.002) and the lateral displacement (P = 0.04) and a significant anterior displacement of the more posterior contact COP (P = 0.005). The “gait line” was irregular, with slowing down going forward and, for some, going back. These results are likely consistent with the equine of the foot. No change was observed in the control group. Conclusion. – The use of an F-Scan in the shoe transducer allows for revealing the importance of the COP path in analyzing hemiparetic gait; this noninvasive investigation would be helpful for evaluating the best therapy to propose to and to follow-up patients with hemiparesis. © 2006 Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés. Mots clés : Hémiplégie ; Marche ; Baropodométrie ; F-Scan ; Centre de pression Keywords: Hemiparesis; Gait; Podobarometry; F-Scan; Center of pressure
1. But de l’étude Analyser les défauts de marche d’un patient hémiplégique est l’étape nécessaire pour proposer une thérapeutique [3,10]. La gêne provient-elle de l’importance des paralysies, du déséquilibre musculaire, des syncinésies, de la spasticité ou des rétractions ? Disposer d’une technique instrumentale qui soit non invasive, fiable, simple et relativement peu coûteuse en temps et en matériel est le souhait de tout un chacun. Le système F-Scan (Tekscan ; Inc., South Boston MA) a été développé pour mesurer la distribution des pressions entre deux objets au contact [8,9]. La baropodométrie est l’application de ce système à l’analyse de la marche et à l’évaluation de ses perturbations [2]. La mesure des pressions plantaires par semelles embarquées (semelles comportant des capteurs de pression) permet une analyse dynamique de l’appui plantaire lors de la marche chaussée, dans des conditions a priori habituelles. Par ailleurs, il a été montré [4] que l’analyse du trajet du centre de pression (COP)1 est une méthode fiable d’analyse des altérations biomécaniques de la marche. L’utilisation du système F-Scan a fait l’objet de nombreuses publications [2,5,12,13], notamment chez le patient diabétique [13], mais, à notre connaissance, ce système n’a pas été utilisé en clinique chez le patient hémiplégique. Le but de cette étude est de montrer que l’analyse du trajet du centre de pression est une méthode permettant l’analyse des perturbations de la marche engendrées par une hémiplégie.
(n = 4) ou avec une canne (simple n = 7, anglaise n = 1, tripode n = 8). L’échelle de déambulation FAC (functional ambulation classification) [6] était comprise entre 3 et 5. L’examen baropodométrique était couplé à une locométrie et complété par un examen vidéographique. Pour le confort du patient ces trois examens étaient réalisés dans une même session mais seul l’enregistrement baropodométrique est analysé dans cette étude. Un examen protocolisé comportant une appréciation clinique de la mobilité articulaire, de la force musculaire, de la spasticité (échelle d’Ashworth modifiée [1]) et de la sensibilité était réalisée en complément. 2.1.2. Population témoin Elle comprend neuf volontaires sains (deux hommes et sept femmes) d’âge moyen 42,4 ans [25–60 ans] pour lesquels ont été effectués une baropodométrie, une locométrie, et un enregistrement vidéographique. 2.2. Méthode Le matériel de baropodométrie utilisé est le système F-Scan (version 5.0). Ce système comporte des semelles embarquées, dont l’épaisseur ne dépasse pas 0,15 mm, intégrant 960 capteurs de type résistif (Fig. 1). Les semelles sont placées dans
2. Matériel et méthode 2.1. Population 2.1.1. Patients La population étudiée comprend 20 patients (13 hommes, sept femmes), présentant une hémiplégie gauche (n = 12) ou droite (n = 8), d’âge moyen 50 ans [25–67 ans]. L’ancienneté de l’hémiplégie était de 1,5 an [2 mois– 5,8 ans]. L’hémiplégie était secondaire à un accident vasculaire ischémique (17 patients) ou hémorragique (trois patients). Tous les patients pouvaient marcher seuls, sans aide technique 1 L’abréviation COP, center of pressure, est conservée par souci de simplicité.
Fig. 1. Semelles, recouvertes de mylar, comportant des capteurs résistifs avec les boîtiers d’interface.
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Fig. 2. Patiente avec des semelles embarquées dans ses chaussures ; boîtiers d’interface fixés aux chevilles.
les chaussures ordinairement utilisées par les patients. Chaque semelle est raccordée à un boîtier d’interface fixé à la cheville (Fig. 2). Les données numériques sont transmises par câble à l’ordinateur. L’enregistrement est fait à une fréquence d’échantillonnage de 50 Hz. Le parcours de marche était de 8 m ; l’analyse des données a été faite en supprimant les premier et dernier pas. Chaque parcours était effectué à vitesse habituelle, en chaussures à talon plat ou tennis. Toute attelle suropédieuse ou orthèse d’orteils était retirée. Les patients utilisaient si besoin leur aide technique. L’enregistrement baropodométrique était couplé à un enregistrement cinématique avec le locomètre de Bessou (Satel version 10.0) permettant d’obtenir la vitesse de marche. Les semelles étaient découpées à l’exacte dimension de la chaussure pour obtenir un meilleur contact (réduction sans impact significatif du nombre de capteurs). Un temps préparatoire de marche de deux à trois minutes permettait l’égalisation de température des capteurs. Afin de tenir compte du poids du patient une calibration des capteurs de chaque semelle était réalisée en appui monopodal d’au moins une seconde. Après mise en condition, les enregistrements baropodométrique et cinématique étaient réalisés de manière simultanée, sans essai préalable ; l’enregistrement vidéographique était réalisé dans un second temps. Nous avons mesuré la longueur de la trajectoire postéroantérieure du centre de pression (COP) (Fig. 3), et l’amplitude maximale de la déviation latérale du COP (Fig. 4) telles qu’elles apparaissent par superposition des trajectoires obtenues au cours des différents pas. La longueur des tracés a été mesurée par mise en place manuelle de curseurs ; l’erreur absolue sur l’emplacement de chaque curseur était de 0,5 mm. Nous avons également mesuré la marge postérieure de l’appui du pied au sol (Fig. 3), c’est-à-dire la distance entre la limite postérieure d’appui du talon et l’extrémité la plus postérieure de la trajectoire du COP.
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Fig. 3. Trajectoire du centre des pressions (COP) d’un sujet sain : symétrie du déplacement postéroantérieur (mesuré entre les points b et a) et de la marge postérieure (mesurée entre les points c et b).
Fig. 4. Trajectoire du centre des pressions (COP) d’un sujet sain : mesure de la déviation latérale d.
Au cours de l’examen, l’enregistrement de la trajectoire du COP porte alternativement sur chaque pied, ce qui permet de comparer pied « hémiplégique » et pied sain. De plus, le traitement informatique permet de synchroniser sur écran les phases d’appui pied droit–pied gauche, ce qui favorise encore la comparaison des tracés. 2.3. Analyse statistique La comparaison des différents paramètres pour pied gauche–pied droit dans la population témoin et pied « hémiplégique »–pied sain dans la population hémiplégique a été réalisée avec le test t apparié. Une valeur de p < 0,05 était considérée comme significative.
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3. Résultats 3.1. Population témoin Il existe une symétrie globale du trajet du COP (Figs. 3 et 4) : ● la longueur du déplacement postéroantérieur n’est pas significativement différente entre le pied droit et le pied gauche : 15,7 ± 1,1 cm à droite vs 15,9 ± 2,1 cm à gauche ; ● le déplacement du COP se fait du talon vers la partie médiane de l’avant-pied. La progression, qui se fait à vitesse non constante, est régulière et globalement symétrique ; ● la trajectoire du COP n’est pas strictement superposable pour les différents pas enregistrés et montre une déviation latérale dont l’amplitude moyenne est de 1,67 ± 0,5 cm pour le pied droit vs 1,60 ± 0,3 cm pour le pied gauche non significative (n.s.) ; ● la marge postérieure est semblable : 3,5 ± 0,5 cm à droite vs 3,9 ± 0,8 cm à gauche (n.s.). 3.2. Patients hémiplégiques Il existe une asymétrie du trajet du COP (Figs. 5 et 6) : ● la longueur de la trajectoire postéroantérieure est significativement raccourcie (p = 0,002) du côté hémiplégique : 12,1 ± 4,7 vs 15,8 ± 1,8 cm du côté sain, et ce dans l’ensemble de la population, et quel que soit le côté de l’hémiplégie ; ● le déplacement du COP s’effectue avec d’importants ralentissements et des reculs plus importants et plus postérieurs que chez le sujet sain ; ● la marge postérieure est significativement augmentée du côté hémiplégique 7,1 ± 3,4 vs 4,7 ± 1,1 cm (p = 0,007) ;
Fig. 5. Trajectoire du centre des pressions (COP) d’une patiente atteinte d’hémiplégie droite : raccourcissement du déplacement postéroantérieur (mesuré entre les points b et a) et augmentation de la marge postérieure (mesurée entre les points c et b) du côté hémiplégique.
Fig. 6. Trajectoire du centre des pressions (COP) d’une patiente atteinte d’hémiplégie droite : on note la diminution de l’amplitude de la déviation latérale du côté hémiplégique (d).
● la déviation latérale de la trajectoire est significativement diminuée du côté hémiplégique si l’on considère l’ensemble de la population : 1,3 ± 0,4 vs 1,7 ± 0,7 cm (p=0,04) du côté sain. 4. Discussion Il a été montré [11] que les mesures de force avec le F-Scan et avec une plate-forme de force sont fortement corrélées. Il est donc raisonnable d’utiliser le F-Scan qui permet une analyse de la marche dans les conditions habituelles de chaussage. L’obtention de résultats comparables entre sujets nécessite un protocole strict d’utilisation des semelles embarquées : ● semelles adaptées en taille à la chaussure du patient de manière à assurer le meilleur contact possible ; ● calibration des capteurs selon les recommandations du constructeur [7]. La procédure de calibration fait ressortir de fréquentes difficultés car elle nécessite un appui monopodal alternatif qui peut être difficile à réaliser par le patient hémiplégique, particulièrement lorsqu’il utilise une aide technique de marche. Notons qu’il existe des alternatives proposées par le constructeur pour pallier cette difficulté, mais, ne les jugeant pas satisfaisantes, nous ne les avons pas utilisées. En pratique, afin d’obtenir un maximum de fiabilité de la calibration, nous avons exclu de l’étude les patients ne pouvant tenir la station monopodale sans aide technique. Une autre difficulté provient de la fatigabilité de cette population de patients. L’examen clinique, la prise de contact avec le matériel et la réalisation de l’examen instrumental impliquent une durée d’une heure au minimum. Enfin, les difficultés de compréhension de certains patients aphasiques compliquent le déroulement de l’examen et en allongent la durée.
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Dans cette étude nous nous sommes intéressés au retentissement de l’hémiplégie sur la dynamique du roulement du pied sur le sol. Chez le sujet sain, pendant la phase d’appui du pied au sol, le COP se déplace d’arrière en avant, régulièrement, mais pas à vitesse constante. Cette progression régulière témoigne du roulement « physiologique » du pied au sol, d’abord roulement postérieur sur le talon (pivot talon), puis transfert de charge du talon vers l’avant-pied (pivot cheville), et enfin roulement sous l’avant-pied (pivot avant-pied) dont la dernière phase correspond à l’impulsion Chez le patient hémiplégique l’analyse du trajet du COP montre des modifications significatives de la dynamique de l’appui du pied au sol : raccourcissement de la trajectoire postéroantérieure, irrégularités dans la progression, augmentation de la marge postérieure, réduction de la déviation latérale. Le raccourcissement de la trajectoire postéroantérieure est comparable à celui observé chez le sujet sain portant des chaussures à talons [4]. Ce raccourcissement s’accompagne d’une augmentation de la marge postérieure. Ces deux phénomènes traduisent très probablement un équin, qu’il s’agisse d’un équin fonctionnel, par spasticité du triceps surae, syncinésie, ou insuffisance des muscles releveurs de la pointe du pied, ou d’un équin organique par rétraction du triceps surae. En raison de la petite taille de la population étudiée, nous n’avons pas cherché de corrélation entre le raccourcissement de la trajectoire du COP et la spasticité. Notons cependant que des enregistrements réalisés avant et après injection de toxine botulique (étude en cours) montrent des différences significatives de la trajectoire du COP, allongement du trajet et diminution de la marge postérieure ; ces résultats laissent espérer une possibilité de quantification de l’effet des traitements de la spasticité. La déviation latérale de la trajectoire du COP est significativement réduite du côté hémiplégique. Tout se passe comme si le pied hémiplégique au sol ne pouvait plus s’adapter aux contraintes extérieures, ce qui est probablement le reflet de la « raideur » du pied (spasticité, syncinésies) et du manque de motricité adaptée (manque de force, troubles de la sensibilité). Cette diminution de déviation latérale pourrait aussi résulter d’une recherche involontaire de stabilité ou encore provenir de l’utilisation d’une aide technique. Par ailleurs, d’importantes irrégularités de progression du COP, avec des reculs, ont été notées chez le patient hémiplégique. Ceux-ci surviennent principalement dans la partie moyenne du trajet. Chez le sujet sain des reculs de faible amplitude peuvent être observés dans la partie antérieure. Les reculs observés chez l’hémiplégique peuvent être la traduction d’une perturbation du pivot cheville (insuffisance de flexion dorsale par spasticité du triceps ou par rétraction), ou d’une difficulté du transfert de charge de l’arrière vers l’avant d’origine sus-jacente au pied (genu recurvatum en charge, insuffisance d’avancée de l’hémibassin, et insuffisance d’extension de la cuisse du côté hémiplégique). Dans cette étude préliminaire, seule une partie de l’enregistrement baropodométrique a été analysée. En effet, il était recherché un paramètre simple permettant l’analyse des perturbations de la marche secondaire à l’hémiplégie et la distribution des pressions n’a pas été étudiée. Les modifications du
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trajet du COP chez le patient hémiplégique sont significatives. L’utilisation des données complémentaires de la baropodométrie et des enregistrements cinématique et vidéographique devrait permettre de vérifier les hypothèses proposées pour l’interprétation des modifications du trajet du COP. 5. Conclusion La baropodométrie par système F-Scan et notamment l’étude de la trajectoire du COP permet l’analyse quantifiée de la dynamique de l’appui du pied au sol dans des conditions de chaussage habituel, ce qui est particulièrement utile chez le patient hémiplégique. Chez celui-ci, l’asymétrie de roulement du pied au sol est importante, la trajectoire du COP est constamment perturbée : plus courte, plus antériorisée (marge postérieure augmentée), et présentant davantage d’anomalies de progression. Ces perturbations devront être étudiées sur une population plus importante afin de préciser le rôle de la spasticité, des limitations articulaires et de l’usage des aides techniques. L’analyse des paramètres baropodométriques couplée à l’examen clinique pourrait fournir des données quantifiables qui seraient des arguments complémentaires pour le choix des indications thérapeutiques (appareillages, toxine, chirurgie) et une meilleure évaluation des effets de ces thérapeutiques sur la dynamique de marche. Références [1] Bohannon RW, Smith MB. Inter rater reliability of a modified Ashworth scale of muscle spasticity. Phys Ther 1987;67:206–7. [2] Brown M, Rudicel S, Esquenazi A. Measurement of dynamic pressures at the shoe-foot interface during normal walking with various foot orthoses using the F-Scan system. Foot Ankle Int 1996;17:152–6. [3] Duckworth T, Betts RP, Franks CI, Burke J. The measurement of pressure under the foot. Foot Ankle 1982;3:120–41. [4] Han TR, Paik NJ, Im MS. Quantification of the path of center of pressure (COP) using an F-Scan in-shoe transducer. Gait Posture 1999;10:248–54. [5] Harris GF, Wertsch JJ. Procedures for gait analysis. Arch Phys Med Rehab 1994;75:216–25. [6] Holden MK, Gill KM, Magliozzi MR. Gait assessment for neurological impaired patients. Standards for outcome assessment. Phys Ther 1986; 66:1530–97. [7] Luo ZP, Berglund LJ, An K-N. Validation of F-Scan sensor system: a technical note. J Rehab Res Dev 1998;35:186–91. [8] Maness WL, Golden RF, Benjamin Q, Podoloff RM. Contact sensor for measuring dental occlusion. United States Patent. No.4. 1988 (734.034). [9] Maness WL, Golden RF, Benjamin Q, Podoloff RM. Contact sensor for measuring dental occlusion. United States Patent. No.4. 1989 (856-993). [10] Meyring S, Diehl RR, Milani TL, Hennig EM, Berlit P. Dynamic plantar pressure distribution measurements in hemiparetic patients. Clin Biomech (Bristol, Avon) 1997;12:60–5. [11] Mueller MJ, Strube MJ. Generalizability of in-shoe pic pressure measures using the F-Scan system. Clin Biomech (Bristol, Avon) 1996;11:159– 64. [12] Randolph AL, Nelson M, Akkapeddi S, Levin A, Alexandrescu R. Reliability of measurements of pressure applied on the foot during walking by a computerized insole sensor system. Arch Phys Med Rehabil 2000;81: 573–8. [13] Tsung BY, Zhang M, Mak AF, Wong MW. Effectiveness of insole on plantar pressure redistribution. J Rehabil Res Dev 2004;41:767–74.