Analyse cinématique 3D de la coordination des articulations de l'épaule par l'entremise du rythme scapulo-huméral

Abstract

L'épaule est souvent affectée par des troubles musculo-squelettiques. Toutefois, leur évaluation est limitée à des mesures qualitatives qui nuisent à la spécificité et justesse du diagnostic. L'analyse de mouvement tridimensionnel pourrait complémenter le traitement conventionnel à l'aide de mesures quantitatives fonctionnelles. L'interaction entre les articulations de l'épaule est estimée par le rythme scapulo-huméral, mais la variabilité prononcée qu'il affiche nuit à son utilisation clinique. Ainsi, l'objectif général de cette thèse était de réduire la variabilité de la mesure du rythme scapulo-huméral. L'effet de la méthode de calcul du rythme scapulo-huméral et des conditions d'exécution du mouvement (rotation axiale du bras, charge, vitesse, activité musculaire) ont été testées. La cinématique des articulations de l'épaule a été calculé par chaîne cinématique et filtre de Kalman étendu sur des sujets sains avec un système optoélectronique.

La méthode usuelle de calcul du rythme scapulo-huméral extrait les angles d'élévation gléno-humérale et de rotation latérale scapulo-thoracique. Puisque ces angles ne sont pas co-planaires au thorax, leur somme ne correspond pas à l'angle d'élévation du bras. Une nouvelle approche de contribution articulaire incluant toutes les rotations de chaque articulation est proposée et comparée à la méthode usuelle. La méthode usuelle surestimait systématiquement la contribution gléno-humérale par rapport à la méthode proposée. Ce nouveau calcul du rythme scapulo-huméral permet une évaluation fonctionnelle dynamique de l'épaule et réduit la variabilité inter-sujets.

La comparaison d'exercices de réadaptation du supra-épineux contrastant la rotation axiale du bras a été réalisée, ainsi que l'effet d'ajouter une charge externe. L'exercice «full-can» augmentait le rythme scapulo-huméral et la contribution gléno-humérale ce qui concorde avec la fonction du supra-épineux. Au contraire, l'exercice «empty-can» augmentait la contribution scapulo-thoracique ce qui est associé à une compensation pour éviter la contribution gléno-humérale. L'utilisation de charge externe lors de la réadaptation du supra-épineux semble justifiée par un rythme scapulo-huméral similaire et une élévation gléno-humérale supérieure.

Le mouvement de l'épaule est souvent mesuré ou évalué en condition statique ou dynamique et passive ou active. Cependant, l'effet de ces conditions sur la coordination articulaire demeure incertain. La comparaison des ces conditions révélait des différences significatives qui montrent l'importance de considérer les conditions de mouvement pour l'acquisition ou la comparaison des données.

The shoulder is often afflicted by musculo-skeletal diseases. However, shoulder evaluation is limited to qualitative measures affecting the specificity and accuracy of diagnosis. Three-dimensional motion analysis could complement conventional treatment with quantitative functional measures. The interaction between shoulder joints is estimated by the scapulo-humeral rhythm, but its pronounced variability of measurement ampers appropriate clinical use. Hence, the main objective of the thesis was to reduce the variability in the measure of the scapulo-humeral rhythm. The effect of the calculation method and conditions of motion (arm axial rotation, load, velocity, muscular activity) were tested on healthy subjects. Shoulder joints kinematics were obtained with an optoelectronic system using a kinematical chain and an extended Kalman filter.

The common method of scapulo-humeral rhythm calculation extracts the angles of gleno-humeral elevation and scapulo-thoracic lateral rotation. Since these angles are not co-planar, their sum does not correspond to the arm elevation angle. A novel approach of joint contribution including all the rotations of each joint was developed and compared to the common method. The common method systematically overestimated gleno-humeral contribution in comparison to the proposed method. The new scapulo-humeral rhythm calculation allows a dynamic functional evaluation of the shoulder and reduces inter-subject variability.

Shoulder coordination was compared on typical supraspinatus rehabilitation exercises contrasting in arm axial rotation, and the effect of adding external load was tested. The ''full-can'' exercise increased the scapulo-humeral rhythm and gleno-humeral contribution, which correspond to supraspinatus function. In contrast, the ''empty-can'' exercise increased scapulo-thoracic contribution, which is associated to compensation to avoid gleno-humeral contribution. The use of external load in supraspinatus rehabilitation seems justified by a similar scapulo-humeral rhythm and superior gleno-humeral elevation.

Shoulder motion is often measured or evaluated in static or dynamic and passive or active conditions. However, the effect of these conditions on shoulder coordination remains uncertain. The comparison of these conditions revealed significant differences on shoulder kinematics showing the importance to consider conditions of motion for acquisition or comparison of data.