Étude dynamique de l'équilibre sagittal pelvirachidien : retentissement posturographique d'un déséquilibre sagittal antérieur et analyse optoélectronique de la cinématique de la marche

Dynamic study of sagittal spinal balance : posturographic impact of anterior sagittal imbalance and optoelectronic analysis of gait kinematics

• Auteur / Autrice : Mourad Ould-Slimane
• Direction : Nathalie Chastan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Recherche clinique, innovation technologique, sante publique
• Date : Soutenance le 20/05/2021
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Normande de biologie intégrative, santé, environnement (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Mobilités : Vieillissement, Pathologie, Santé (Caen ; 2017-....)
• Partenaire(s) de recherche : Établissement de préparation : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Franck Dujardin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nathalie Chastan, Benjamin Blondel, Yann-Philippe Charles, Pierre Guigui, Wafa Skalli, Henri Migaud, Virginie Lafage
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Benjamin Blondel, Yann-Philippe Charles

Mots clés

Mots clés contrôlés

Posturographie

Cinématique

Marche (locomotion)

Optoélectronique

Équilibre sagittal de la colonne vertébrale

Mots clés libres

Rachis

Centre de pression

Spine

Sagital balance

Optoelectronic

Posturography

Center of pressure

Gait kinematics

Résumé

Introduction.L’étude de l’équilibre sagittal rachidien s’appuie sur des analyses radiographiques nécessairement statiques, reflet postural ponctuel d’une structure intrinsèquement mobile. Cependant, une part fonctionnelle peut influencer la position d’un patient au moment du cliché.Pour considérer la part dynamique de la posture, il est apparu pertinent d’employer des outils de capture optoélectronique du mouvement tels que la stéréophotogrammétrie Vicon.Les objectifs étaient de confirmer la capacité du système à percevoir la gite antérieure selon des critères pertinents et d’illustrer graphiquement la cinétique rachidienne sagittale. Le retentissement posturographique de la déformation a été mesuré sur plateforme barodynamique. Enfin, l’influence de la posture sur la cinématique de la marche et notamment sur le freinage vertical du centre de masse a été évaluée.Méthodes.35 sujets volontaires sains masculins ont été recrutés. Une déformation sagittale antérieure (DSA) a été artificiellement créée par le port de corsets cyphosants. Des clichés de télérachis EOS® avec et sans corset ont quantifié la déformation induite.Une étude posturographique sur plateforme barodynamique Satel® a étudié la cinétique du centre de pression des individus avec et sans DSA.Ces-derniers ont ensuite été équipés de 38 marqueurs pour se déplacer dans une salle équipée du système Vicon®. L’étude optoélectronique a évalué la posture rachidienne et la cinématique de la marche.Résultats.La DSA radiologique a été confirmée par l’augmentation significative de la GSC7 (p<0,0001).En posturographie, la position moyenne du CP était conservée mais des variations significatives concernant les données du stabilogramme (p<0.0001), l’ellipse de confiance (p<0.004) et la LFS (p=0.003) s’observaient en présence de la DSA. Elles étaient corrélées aux valeurs de la GSC7 et traduisaient une augmentation de dépense énergétique destinée au maintien postural.Les paramètres optoélectroniques corrélés à la GSC7 étaient l’angle C7-T10-S1 (rs=0,62), l’angle spinal (rs =0,69) et le facteur C7’S1’ (rs =0,75). Ils évoluaient selon des courbes sinusoïdales comparables entre elles.Les modifications cinématiques de la marche par la DSA concernaient les qualités locomotrices telles que la longueur du pas (p<0.0001), la cadence (p<0.0003) et la vitesse de marche (p<0.0001). Les modifications des qualités d’équilibre telles que la largeur du pas (p<0.0001), le temps de double appui (p<0.001) et en particulier l’index de freinage de la chute du centre de masse (p<0.0001) reflétaient une instabilité à la marche. Les effets directs de la DSA sur l’index de freinage ( = -0.52) et la largeur du pas ( = +0.32) étaient significatifs sans être médiés par les modifications des paramètres locomoteurs.Discussion.Les déformations sagittales sont perceptibles par système optoélectronique Vicon selon des paramètres corrélés à leurs homologues radiologiques. Leurs représentations dynamiques au cours de la marche prennent la forme de courbes sinusoidales comparables.L’étude posturographique de la DSA se caractérise par une absence de translation antérieure du CP. Ce contrôle est permis au prix d’une dépense énergétique supplémentaire traduite par une augmentation de LFS. Cette hypothèse est renforcée par la corrélation positive établie entre LFS et GSC7.L’étude optoélectronique objective l’influence de la DSA sur la cinématique de la marche par des perturbations des paramètres évaluant l’équilibre. La GSC7 exerce un effet direct sur ces derniers.Les limites du modèle sont liées à l’effet propre du corset difficile à appréhender. Cependant la raideur qu’il impose est perçue par le Vicon et confère ainsi un intérêt démonstratif. La déformation obtenue n’avait pas vocation à être strictement représentative d’une situation clinique. Elle perturbait presque exclusivement le plan sagittal. Les applications en recherche clinique sur sujets pathologiques pourront se référer aux données.

Introduction.Study of sagittal spinal balance is based on radiographs which are by definition static, providing a snapshot of an intrinsically mobile structure. In reality, a non-architectural functional component may affect the patient’s position at the moment of imaging.The dynamic aspect of posture can be considered using optoelectronic motion detectors; for example, Vicon stereophotogrammetry is available in the gait laboratory of the university hospital of Rouen, France.The aim of the present study was to confirm this system’s ability to detect anterior tilt on the relevant assessment criteria. A graphic illustration of sagittal spinal kinetics was undertaken. The posturographic impact of the deformity was measured on a barodynamic platform. Finally, the study assessed the impact of posture on gait kinematics, and notably on vertical braking of the center of mass.Methods.35 healthy male volunteers were recruited by the clinical investigation center (CIC) INSERM 1404 of the university hospital of Rouen, France. Anterior sagittal deformity (ASD) was created by means of a kyphotic corset. Full-spine EOS® views were taken with and without corset, to quantify the induced deformity.A posturographic study on a Satel® barodynamic platform assessed the individual kinetics of the center of mass with and without corset-induced ASD.Subjects were then fitted with 38 reflectors and moved around in a room equipped with the Vicon® system, with 9 infra-red video-cameras. This optoelectronic study assessed spinal posture and gait kinematics.Results.Gait tests were formed without any adverse events occurring. Radiologic ASD was confirmed by a significant increase in C7 sacral tilt (p<0.0001).On posturography, mean center of pression position was unchanged, but ASD induced significant changes in stabilogram data (p<0.0001), ellipse of confidence (p<0.004) and Length for surface (LFS) (p=0.003), correlating with C7 sacral tilt and indicating increased energy expenditure to maintain posture.Optoelectronic parameters correlating with C7 sacral tilt comprised C7-T10-S1 angle (rs=0.62), spinal angle (rs =0.69) and C7’S1’ factor (rs =0.75), displaying sinusoid curves testifying to the degree of imbalance and also to spinal stiffness.The impact of ASD on gait kinematics concerned locomotor parameters: stride length (p<0.0001), rhythm (p<0.0003) and walking speed (p<0.0001). Changes in balance parameters (stride width (p<0.0001), double support time (p<0.001) and especially center of mass fall braking index (p<0.0001)) indicated gait instability. The direct impact of ASD on braking index ( = -0.52) and stride width ( = +0.32) was significant, and not mediated by changes in locomotor parameters.Discussion.Sagittal deformity was detectable on the Vicon optoelectronic system in terms of parameters correlating with their radiologic counterparts. Their dynamic course during gait could be shown as superimposable sinusoid curves.Posturographic study of ASD showed absence of anterior translation of the center of pression. Individual balance capacity enabled this control, but at the cost of greater energy expenditure, as seen by an increase in LFS. This hypothesis was borne out by the positive correlation found between LFS and C7 sacral slope.Optoelectronic study demonstrated the impact of ASD on gait kinematics, in terms of changes in balance-related parameters. Linear statistical models revealed a direct impact of C7 sacral slope.The limitations of the model concern the intrinsic effects of the corset, which are difficult to judge. However, the induced stiffness was detected, and thus demonstrated, by the Vicon system. The deformity was not intended to be strictly representative of any particular clinical situation. Impact was almost exclusively in the sagittal plane. Applications in clinical research on pathological subjects can use the present data in a cohort of healthy subjects as reference values.