cours du DIU de Biomécanique de Rangueil
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cours du DIU de Biomécanique de Rangueil
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 Les podométres électroniques Définition Principe du capteur de force = convertir la pression en tension électrique plateforme capteurs (capacitifs ou résistifs) Mesure sur ordinateur Les podométres électroniques 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 podométres électroniques 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 podométres électroniques 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 Les podométres électroniques Les critères de mesure 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 Les podométres électroniques Les critères de mesure 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 podométres électroniques 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 podométres électroniques 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 Les podométres électroniques Les types de capteurs 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 Les podométres électroniques Les types de capteurs 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 Les podométres électroniques Les podométres électroniques 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 Les podométres électroniques 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) Les podométres électroniques 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 Les podométres électroniques 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 podométres électroniques Rappel sur la marche Les classiques 3 fonctions du pied au cours de la marche : - l’absorption ( « freinage ») - la stabilisation (appui monopodal +++) - l’accélération Les podométres électroniques Rappel sur la marche 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 Les podométres électroniques Rappel sur la marche 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. Les podométres électroniques Rappel sur la marche 1 – l’absorption durant toute la phase d’appui monopodal Le freinage musculaire : action excentrique des fessiers , du tibial antérieur et des gastrocnémiens Les podométres électroniques Rappel sur la marche 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) Les podométres électroniques Rappel sur la marche 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 Les podométres électroniques Rappel sur la marche 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 Les podométres électroniques Rappel sur la marche 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 Les podométres électroniques Rappel sur la marche 3 –L’accélération Pronation à partir du bord latéral ( pied calcanéen = freinage) vers le côté médial = hallux = propulsion Les podométres électroniques Rappel sur la marche 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 Les podométres électroniques Rappel sur la marche 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 Les podométres électroniques 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 Les podométres électroniques 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 podométres électroniques Les logiciels Les podométres électroniques 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 podométres électroniques Les courbes de paramètres en fonction du temps Empreinte courbes Pression maximale Force verticale P= F/S résultat normal Aire d’appui temps Les podométres électroniques 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%) Les podométres électroniques 1 déroulement de pas = 1 sec en moyenne Les podométres électroniques Les paramètres Analyse des pressions par zones d’intérêt = masques 4 zones 10 zones Les podométres électroniques 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) Les podométres électroniques Valgus arrière-pied PPV Normal Moyenne d’intégrale force temps par zones dans une série de 28 PPV / 32 normaux (EMS Leed 2004) Les podométres électroniques Médio-pied Large sauf si valgus principale déformation PPV normal Moyenne intégrale force temps pied droit Les podométres électroniques 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 Les podométres électroniques 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 podométres électroniques 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 Les podométres électroniques 1 - Analyse des pressions Hyperpression non douloureuse sous M2 lors d’un hallux valgus Disparition de l’hyperpression après scarf isolé Les podométres électroniques 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 Les podométres électroniques 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 Modifications des paramètres après chirurgie 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%) Modifications des paramètres après chirurgie Les courbes LAMFI après chirurgie Normale 70 % ( 19/28) Double dôme 10 % ( 3/28 ) irrégulière 10 % ( 3/28 ) Inchangée 10 % ( 3 ) Modifications des paramètres après chirurgie 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 Modifications des paramètres après chirurgie 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 Modifications des paramètres après chirurgie 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 Les podométres électroniques Le pied plat varus ( ostéonécrose de l’os naviculaire ) Normal Les podométres électroniques 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 Les podométres électroniques La rétraction des gastrocnémiens Pré-opératoire 4 mois après kiné 1 an / chirurgie 2 ans/ chirurgie Les podométres électroniques 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 Les podométres électroniques Résultat 6 semaines après Désinsertion gastrocnémien médial dorsiflexion cheville + 15° genou en extension Pré-opératoire Les podométres électroniques Prothèse de cheville Pré-op 6 mois 2 ans Les podométres électroniques Prothèse de cheville Pré-op 6 mois 2 ans Les podométres électroniques 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 Les podométres électroniques 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