Planification des parties molles en chirurgie prothétique de l’épaule : vers un modèle biomécanique patient-spécifique

Soft tissue planning in shoulder arthroplasty : towards a patient-specific biomechanical model

• Auteur / Autrice : Jean-David Werthel
• Direction : Valérie Burdin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Signal, Image, Vision
• Date : Soutenance le 15/12/2021
• Etablissement(s) : Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de traitement de l’information médicale (Brest, Finistère) - Laboratoire de Traitement de l'Information Medicale - Département lmage et Traitement Information
• Jury : Président / Présidente : Thomas Bauer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Valérie Burdin, Christian Gerber, Sandrine Voros, Tien-Tuan Dao, Philippe Valenti, Jean Chaoui, François Boux de Casson
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christian Gerber, Sandrine Voros

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biomécanique

Muscle subscapulaire

Imagerie tridimensionnelle

Planification

Traitement d'images -- Techniques numériques

Coiffe des rotateurs de l'épaule

Prothèses d'épaule

Mots clés libres

Prothèse inversée d'epaule

Coiffe des rotateurs

Segmentation automatisée

Modèle biomécanique patient-spécifique

Planification

3D

Goutallier

3D Muscle Loss

Scapulo-thoracique

Reverse shoulder arthroplasty

Rotator cuff

Automated segmentation

Patient-specific biomechanical model

Planning

3D

Goutallier

3D Muscle Loss

Scapulo-thoracic

Résumé

La prothèse inversée d’épaule a été développée dans les années 80 et a permis de prendre en charge des patients atteints d’omarthrose excentrée. Progressivement, les indications de cette prothèse se sont élargies et c’est à présent le type de prothèse d’épaule le plus posé dans le monde. De plus en plus de prothèses inversées sont implantées chez des patients ayant une coiffe des rotateurs intacte. De nombreux logiciels permettent d’optimiser le positionnement des implants afin d’avoir une tenue optimale dans l’os de la scapula. Cependant, ces logiciels ne prennent en compte qu’un aspect limité du problème puisqu’ils n’incluent pas d’évaluation de l’état musculaire de la coiffe des rotateurs et les mobilités scapulo-thoraciques. L’objectif de cette thèse était de poser les bases nécessaires à l’élaboration d’un modèle biomécanique patient-spécifique. Pour ce faire, nous avons constitué une cohorte de segmentations de muscles afin de développer un algorithme de segmentation automatisée de ceux-ci. Nous avons également créé le premier modèle de planification de prothèse inversée incluant la position de la scapula par rapport au rachis. Dans l’avenir, cette segmentation automatisée des muscles et la prise en compte de l’articulation scapulo-thoracique va permettre d’améliorer nos planifications et de mieux déterminer le type d’implant et leur positionnement optimal afin d’obtenir les meilleurs résultats fonctionnels possibles après prothèse inversée.

The reverse shoulder arthroplasty was developed in the 1980s and allowed the treatment of patients with cuff tear arthropathy. Gradually, the indications for this type of implant have expanded and it is now the most commonly used type of shoulder arthroplasty in the world. More and more reverse shoulder arthroplasties are being implanted in patients with an intact rotator cuff. Softwares have been developed to optimize positioning of our implants in order to have an optimal fixation in the scapular bone. However, these softwares only take into account a limited aspect of the problem since they do not include an evaluation of the status of the rotator cuff muscles and the scapulo-thoracic range of motion.The objective of this thesis was to lay the foundation for the development of a patient-specific biomechanical model. In order to do so, we built a cohort of muscle segmentations in order to develop an algorithm of automated muscle segmentation. We also created the first reverse prosthesis planning model including the position of the scapula in relation to the spine. In the future, this automated muscle segmentation and the consideration of the scapulo-thoracic joint will allow us to improve our planning and to better determine the type of implant and their optimal positioning in order to obtain the best possible functional results after reverse shoulder arthroplasty.