cours du DIU de Biomécanique de Rangueil

Transcription

Diplôme InterUniversitaire de Biomécanique
CHU Rangueil Toulouse
6 février 2009
la baropodométrie
Docteur E. Toullec
Polyclinique de Bordeaux –Tondu
[email protected]
Les podométres électroniques
Définition
La baropodométrie permet de mesurer en fonction du temps
les pressions et les surfaces de contact qui s’appliquent sous le pied
et d’en déduire les forces qui s’appliquent sur ces surfaces.
Les podomètres électroniques
sont constitués de capteurs de force .
D’après Lelièvre
Définition
Principe du capteur de force
= convertir la pression en tension électrique
plateforme
capteurs (capacitifs ou résistifs)
Mesure sur ordinateur
Les systèmes de mesure
1 - Les plateformes
Analyse du pied nu
Emed-SF Novel = 2 cms
Épaiseurs différentes = piste parfois
nécessaire
Analyse statique , dynamique et
posturologique
Windpod – Médicapteur = 5mm
Les systèmes de mesure
2 - Les semelles embarquées
Analyse pied –chaussure
Adéquation semelle / chaussure
( effet de bord)
Enregistrement de plusieurs pas
au cours d’une seule marche
( enregistrement sur boitier 3Mo ou bluetooth)
Application principalement dynamique
Les critères de mesure
1 - Choix de la résolution ( pixel)
Les capteurs sont répartis de manière matricielle
Densité de 1 à 4 capteurs / cm2
Selon l’objectif : densité importante
si zone d’intérêt relativement réduite
Médicapteur
1,5 capteurs / cm2
Novel
4 capteurs / cm2
2 - Choix de la fréquence d’acquisition
Nombre de points que le système d’acquisition recueille sur le
signal analogique donné par le capteur pour en permettre la
transcription numérique.
Marche normale = 50 Hz
Course > 100 Hz
Choix de la fréquence d’acquisition
et de la définition
Plus la fréquence et la définition sont élevés ,
plus la taille des fichiers est importante.
Importance pour les semelles embarquées :
Semelles à 300 capteurs avec fréquence à 50 Hz
1 sec = 300X2X50 = 0,3 Mo
À 100 Hz , le temps est X 5
Intérêt du Bluetooth
Les capteurs
Principe = il s’agit de convertir la définition d’un matériau
proportionnellement à l’effort appliqué en tension électrique
P = F/S
(en N/cm2)
P = Pression en Pascal = 1 Newton/1m2
F = Force
S = Surface d’un capteur
3 principes principaux
Les types de capteurs
1 – capteur résistif
Polymère conducteur de quelques mm
d’épaisseur en sandwich
entre un système matriciel d’électrode.
Étalonnage pour définir la variation de tension à la force appliquée
Avantage : précision haute , électronique simple , prix réduit
Inconvénient : nécessité d’un support déformable et d’une
température constante
Vieillissement relativement rapide : durée de vie de 1 an
variation de mesure et reproductibilité
Technologie FSR ( Force Sensing Resistor) = augmentation durée
de vie et diminution d’épaisseur
2 – capteur capacitif
Principe du condensateur plan :
2 électrodes d’une certaine surface
en regard l’une de l’autre séparée
d’une distance x par un élastomère
Avantage : bonne définition de la force , hystérésis modéré ,
sensibilité faible à la température
Inconvénient : accompagnement électronique coûteux
3 – capteur piézorésistif = plateau de force
Pastilles de silicium englobées
dans du gel de silicone sur lesquelles sont
gravées 3 jauges de déformation.
Mesure 3 composantes de la force ( verticale , latéro-médiale et antéropostérieure ) et les moments.
Avantage : déformabilité réduite , excellente linéarité ,
hystérésis faible , réponse très rapide
Inconvénients : absence d’adaptation à la surface de mesure,
volume, coût .
Mesures globales uniquement = mesures régionales impossibles
Le type d’analyse
Analyse statique
Mesures de l’intensité et de la répartition des pressions
les deux pieds sur la plateforme
Étude posturologique ( modifications du centre
de gravité dans le temps )
Projection du centre de masse = 1 point si statique
Analyse posturo-séquentielle :
tests cliniques ( Dr Cornut)
Explorations orientées / questions cliniques
Tests neurologiques :
Pseudo-romberg sur plateforme
Tests dynamiques :
-Va et vient sur la plateforme
-Pointe talon
-Se relever d’un siège les yeux fermés
-Posture accroupie ( yeux fermés / yeux ouverts)
Analyse dynamique : la marche, course , saut
Analyse de la phase d’appui
uniquement.
Le temps de mesure peut être
combinée avec les paramètres
pression et force
Déplacement du centre de masse
= 1 ligne ou trajectoire du
déplacement dans le plan horizontal
Rappel sur la marche
Les 4 pivots
Modèle de la roue avec minimum de dépense
d’énergie (Dr Bruno Ferré)
talon
hallux
cheville
MP1
Plan sagittal
Les classiques 3 fonctions du pied au cours de la marche :
-
l’absorption ( « freinage »)
- la stabilisation (appui monopodal +++)
- l’accélération
1 – l’absorption durant l’appui talonnier
Axe du tibia
LLI
Axe du calcanéum
Graisse anisotropique
sur la face plantaire du talon
Phénomène de Schwartz
léger valgus
durant l’appui talonnier
1 – l’absorption durant toute la phase monopodale :
absorption articulaire :
Flexion du genou
et de la hanche
Absorption ligamentaire :
étirement des muscles plantaires et de
l’aponévrose ( arche saggitale et antérieure)
& abaissement talo-naviculaire
( spring ligament) durant l’appui monopodal.
1 – l’absorption durant toute la phase d’appui monopodal
Le freinage musculaire :
action excentrique des fessiers , du tibial antérieur et des gastrocnémiens
2 –la stabilisation
Mécanisme de verrouillage par la supination du pied :
- translation latérale du pelvis (controlée par les fibulaires )
- Rotation de la cheville durant la flexion dorsale passive (cardan)
2 –La stabilisation
Vue postérieure
Vue plantaire
Fibulaires / tibial postérieur
Adaptation du pied = mobilité de la sous-talienne+++
Supination du pied durant la 1ère phase de l’appui
2 -La stabilisation
Lever du talon = étirement
des muscles plantaires
Étirement des tendons fléchisseurs
= appui des orteils au sol
« Windlass » mechanism
Avancée du tibia tibia
3 – L’ accélération
Propulsion = chute en avant du corps durant le lever du talon
action concentrique du triceps sural
extension passive de la hanche et du genou
3 –L’accélération
Pronation à partir du bord latéral
( pied calcanéen = freinage)
vers le côté médial = hallux = propulsion
3 –L’accélération : propulsion = bon alignement squelettique
FHL
Gait line
Arc de sortie
PL
Os naviculaire
= centre
Axe du genou
TP
Arc d’entrée
Ypro-sup
HaieEv-inv
triceps
de Bruno Ferré
3 –L’ accélération : propulsion = bon alignement squelettique
propulsion
L’arc de sortie ( de M
pivot
Maestro)
freinage
AXIS SM4
A
X
I
Sagittal (M2)
Intérêt dans le planning préopératoire
de la chirurgie du pied
Méthodologie = rigoureuse ++
En analyse dynamique
marche aussi normale que possible =
Piste de marche
essais préalables ( au moins 2)
analyse du second pas ou 5 pas en
moyenne avant pour certains
(= vitesse établie) = piste de 10 mètres
ne conserver que les pas « normaux »
capteurs au niveau de la piste
Nécessité de plusieurs passages : 3 à 5 / pied
= reproductibilité
Capteurs périphériques non pris en compte
( effet de bord) = plateforme large
Problème technique dans le pied plat
Rotation externe du pied / largeur
Déviation médiale durant la marche
= Enregistrement du 1er pas
Intérêt d’un mur à proximité
Les logiciels
pression : 4 capteurs/cm²
0 à 1 N/cm²
Empreinte normale
1 à 3 N/cm²
3 à 6 N/cm²
Ligne des centres de pressions
6 à 10 N/cm²
10 à 15 N/cm²
15 à 22 N/cm²
22 à 30 N/cm²
statique
dynamicque
> 30N/cm²
= synthèse d’images dynamiques
Les courbes de paramètres en fonction du temps
Empreinte
courbes
Pression maximale
Force verticale
P= F/S
résultat normal
Aire d’appui
temps
Analyse vidéo
Pied à plat
(15 à 40%)
Appui du talon
( 0 à 15%)
Lever du talon
(40 à 50%)
Pied à plat au sol
( 15 à 40%)
Lever des orteils
(50 à 60%)
Lever du talon
(40 à 50%)
Phase oscillante
( 60à100%)
Lever des orteils
( 50 à 60%)
1 déroulement de pas = 1 sec en moyenne
Les paramètres
Analyse des pressions par zones d’intérêt = masques
4 zones
10 zones
L’intégrale force –temps ( newton/sec)
Surface inscrite sous la courbe d’évolution de la force
Apprécie la quantité de charge aux différentes zones préalablement définies
Dépend du poids du sujet et de la durée d’appui
FORCE TOTALE
N
Relative impulse =
800
700
(FTI régionale / FTI totale) x 100.
600
500
Evolution de la force.
400
300
200
Intégrale
FORCE
N
800
He e l ris e .
700
force-temps (Ns).
100
0
600
500
Force gros orteil.
Force talon
453
1
9 17 25 33 41 49 57 65 73 81 89 97
400
Force métatars. centr.
338
Force totale.
300
200
Evolution chronologique de la force
152
100
0
1
5
9
13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65
69 73 77 81 85 89 93
97 101 % phase d'appui
Evolution chronologique de la force totale et des forces ré
régionales.
Répartition
entre arrière
et avt pied
en % de
l’IFT total
Répartition
entre ort et
méta en %
l’IFT avt pied
Répartition
entre les
méta (violet)
et orteil
(bleu) en%
de l’IFT des
méta ou des
orteils
Ici la chirurgie à redonner
De l’IFT au MT1 au
dépend des MT3 et MT2
L’intégrale force-temps ( Dr Ferre)
Valgus arrière-pied
PPV
Normal
Moyenne d’intégrale force temps par zones
dans une série de 28 PPV / 32 normaux
(EMS Leed 2004)
Médio-pied
Large sauf si valgus
principale déformation
PPV
normal
Moyenne intégrale force temps pied droit
Les logiciels
Trajectoire du centre de pression ( gait line)
= mouvement du centre de masse dans le plan horizontal
Dépend des facteurs mécaniques du pied
et du MI sus –jacent
Calcul de la vitesse de déplacement du centre de pression
= points + ou - rapprochés
Index force latérale sur force médiale
LAMFI
=
(lateral medial force index)
Force
latérale
intégrale force temps latérale
intégrale force temps médiale
supination
pronation
Force
médiale
valgus
Les indications de la baropodométrie dynamique
- Les anomalies de pressions :
diabète , métatarsalgies
- Les troubles morphostatiques :
pied plat , pied creux , hallux valgus
- Les troubles fonctionnels :
lésions articulaires ,
pathologies neuro-musculaires
1 - Analyse des pressions
Hyperpression non douloureuse
sous M2 lors d’un hallux valgus
Disparition de l’hyperpression
après scarf isolé
1 - Analyse des pressions
Correction satisfaisante après scarf + P1
pourtant
Hyperappui douloureux sous M2
Est-ce que hyper-appui = durillon
?
Non , 30% de durillons sans hyper-appui
dans le pied creux pour Charles
Charles YP , Axt M , Döderlein L (2001) : Evaluation post-opératoire du pied creux à l’aide du podobarographe dynamique.
Rev Chir Orth , 87 : 696-705.
Une zone d’hyperappui sera douloureuse si
le temps d’appui est suffisamment prolongé
( intégrale force –temps)
Analyse baropodométrique du 2ème rayon
Modification de l’empreinte dynamique avant et après strapping
Pronation
Analyse baropodométrique du 2ème rayon
Modification de la courbe latéro-médiale avant et après strapping
Strapping efficace
2- les anomalies morphostatiques
Pied creux
Groupe I
Pied creux
global
Groupe II
Pied creux
équin
Groupe III
Pied creux
varus
Classification baropodométrique de Doderlein
« normal »
Ostéotomie de soustraction
dorsale et translation latérale
du calcanéum
1 an post-op
Pied varus équin fixé ( syndrome de loge)
1 an
Pied varus équin ( syndrome de loge)
Technique chirurgicale
Libération postéro-médiale ( tendon + capsule),
ostéotomie translation latérale du calcanéum,
relèvement basal M 1+2+3,
transfert hémi-tibial antérieur sur CPL.
Évolution baropodométrique sur 5 ans
Pré-opératoire
à 12 mois
à 3 ans
Translation latérale du talon et transfert de l’appui
du 3ème métatarsien vers le 1er métatarsien
à 5 ans
Courbe de la force latéro-médiale au cours du temps
1an
5 ans
Mouvement de prono-supination normal du pied
2- les anomalies morphostatiques
Le pied plat valgus
Pied plat
abductus
( Too much toes)
Classification de Toullec
Pied plat
valgus
2 ans après
femme 65 ans – rupture du tibial post. :
Evans & scarf sans réparation du tibial postérieur
Modifications des paramètres après chirurgie
L’ostéotomie d’Evans
+
Ostéotomie d’allongement du calcanéum
10°
16°
avant
8 mois
2°
20°
2Case
ans 2
2 ans
avant
8 mois après
6 ans
4 ans
FL/FM = 0,742
Pré-opératoire
FL/FM = 1,045
2 ans
FL/FM = 1,128
6 ans
Homme 71 ans – dysfonction TP
50°
15°
26°
0°
1 an
1 an
Cependant , cette courbe du PPV n’est pas constamment retrouvée
Affaissement lors d’une ou de 2 phases de l’appui
Force médiale
en début du pas
8/28 ( 29%)
Force médiale
en fin du pas
2/28 ( 7%)
Force médiale en
début et fin du pas
1/28 ( 4%)
Courbe irrégulière
5/28 ( 18%)
Force médiale en
milieu du pas
« Courbe
normale »
2/28 (7%)
2/28 ( 7%)
Les courbes LAMFI après chirurgie
Normale 70 % ( 19/28)
Double dôme 10 % ( 3/28 )
irrégulière 10 % ( 3/28 )
Inchangée 10 % ( 3 )
Courbes inchangées ( 3 cas )
résultats moyens dans les 3 cas :
- tassement de greffon avec hypocorrection ( 1 cas )
- laxité tibio-tarsienne associée sans arthrose ( 1 cas )
- obèse avec hypermobilité cunéo-métatarsienne non
arthrodèsée ( 1 cas )
Evaluation du résultat
Correction insuffisante
6 mois
FL/FM = 0,64
FL/FM = 0,89
Compression du greffon
1 an
avant
FL/FM= 0,64
FL/FM= 0,89
Courbes irrégulières ( 3 cas ) :
résultats moyens dans 2 cas :
- pied plat arthrosique TN + NC + CM ( 1 cas )
défaut d’appui de l’hallux
- laxité tibio-tarsienne associée avec arthrose TN ( 1 cas )
- séquelles de pied bot varus équin opposé :
bon résultat , courbe liée au membre inférieur opposé
Courbes normales mais résultat non satisfaisant
( 3 cas ) :
- pseudarthrose de l’ostéotomie du calcanéum
- tassement du greffon ( double dôme)
avec défaut d’appui des orteils
- arthrose MP1 séquelle d’une chirurgie ancienne d’un HV
traitée par arthrodèse MP1
arthrose CC et ST secondaire à 3 ans
mauvais résultat
FL/FM = 2,4
hypercorrection
comparaison de techniques
Evans +
Abaissement M1
Pré op
Post op
Pré op
Post op
Pré op
Post op
Translation médiale
+
Transfert FCO
Pré op
Post op
Le pied plat varus ( ostéonécrose de l’os naviculaire )
Normal
3- les anomalies fonctionnelles
La rétraction des gastrocnémiens
1 an après chirurgie
Douleur du mollet droit
à la course chez un
garçon de 13 ans
Après Kiné à 4 mois
= pas amélioré
2 ans après chirurgie
La rétraction des gastrocnémiens
Pré-opératoire
4 mois après kiné
1 an / chirurgie
2 ans/ chirurgie
Instabilité de cheville gauche sans laxité chez une fille de 16 ans
Rétraction des gastrocnémiens
Dorsiflexion cheville = -15° genou en extension
= + 15 ° genou en flexion
Varus dynamique du pied
Résultat 6 semaines après
Désinsertion gastrocnémien médial
dorsiflexion cheville + 15° genou en extension
Pré-opératoire
Prothèse de cheville
Pré-op
6 mois
2 ans
Prothèse de cheville
Pré-op
6 mois
2 ans
Conclusion
La baropodométrie dynamique apporte une
analyse complémentaire aux chirurgiens à
plusieurs niveaux :
- analyse des pathologies
- analyse des résultats à court terme : orientation
de la prise en charge post-op ( kiné , orthèse ,…)
- analyse des résultats à long terme : comparaison
des techniques , analyse de la fonctionnalité des membres
inférieurs
Conclusion
La fonctionnalité doit être analysée à plusieurs niveaux :
- le freinage et la propulsion dans le plan sagittal
- la torsion du pied dans le plan horizontal
( adaptation au terrain , verrouillage )
Il nous faut donc définir des paramètres validés
de ces fonctions.
conclusion
Résultat kiné
Kiné
+
Logiciel clinique
+ baropodométrique
commun
podologue
Résultat orthèse
+
chirurgien
Résultat chirurgie
Merci

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