La paralysie obstétricale du plexus brachial (POPB) est une parésie d’un ou des membres supérieurs causée le plus souvent par un étirement excessif des racines nerveuses à la naissance. Les enfants sans récupération complète garderont des séquelles à vie, comprenant une diminution de force et des mouvements, des déformations osseuses, impactant leurs activités quotidiennes. L'atteinte de l’épaule est la principale cause de morbidité. Les muscles gléno-huméraux sont au coeur de la pathologie de l’épaule. L’IRM permet l’évaluation de l’atteinte des muscles de l’épaule. Les volumes musculaires, intéressants du fait de leur corrélation avec la force, peuvent être obtenus par différentes techniques de segmentation dont les propriétés métrologiques sont inégales. Chez l’enfant avec POPB, l’utilisation d’une technique de segmentation sur un grand nombre de coupes a montré une atrophie variable des muscles glénohuméraux menant à des déséquilibres musculaires dans les trois plans de l’espace. Des corrélations entre les volumes musculaires et la force, significatives mais plus faibles que chez les enfants à développement typique étaient retrouvées. Du fait de l’atteinte osseuse et musculaire, la mobilité de l’articulation gléno-humérale est limitée. Dans une étude utilisant l’analyse quantifiée du mouvement, cette limitation, majeure en rotation externe d’épaule ainsi que des compensations au niveau de l’ensemble du membre supérieur ont été objectivées. La performance du mouvement était bonne. A partir des résultats obtenus différents objectifs et cibles thérapeutiques sont discutés. La lutte contre le déséquilibre musculaire rotateurs internes-externes apparaît comme une priorité. / Obstetric Brachial Plexus Palsy (OBPP) is the paralysis of one or both upper limbs. It is most often caused by excessive traction on cervical nerve roots during a difficult birth. The children without incomplete recovery will have long-term impairment, including loss of active and passive mobility, loss of strength, bony deformities, activity limitation and participation restriction. The loss of shoulder function is the main cause of morbidity in this population.Glenohumeral muscles involvement is a key element of the pathology of the shoulder. MRI allows evaluation of the shoulder muscle involvement. Muscle volumes in particular, well correlated with muscle strength, can be modified by different segmentation techniques whose metrological properties are unequal.In children with OBPP, the use of a segmentation technique on a large number of slices has shown a variable atrophy of the gleno-humeral muscles leading to three-dimensional muscular imbalances.Correlations between muscle volumes and strength were significant but lower than in children with typical development.Because of the bone deformity and muscle involvement, the mobility of the glenohumeral joint is limited. In a study using 3D motion analysis of the movement, this limitation, which is large in external shoulder rotation, as well as compensations on the whole upper limb, were shown. The performance of the movement was good.From these results, different objectives and therapeutic targets are discussed. Internal-external rotator muscular imbalance correction appears as a priority.

L'analyse morpho-fonctionnelle précise de l'épaule, notamment au niveau de l'articulation glénohumérale (GH), permettrait d'améliorer notre compréhension des dysfonctions de l'épaule associées aux ruptures de la coiffe des rotateurs. Cependant, des difficultés techniques compliquent l'analyse de la morphologie et du mouvement de l'épaule dans un contexte clinique. Dans le cadre de la présente thèse, une méthode d'analyse 3D des translations GH basée sur l'acquisition de séquences de radiographies biplanes sous EOS™ a été développée. Une étude pilote sur 10 sujets sains a d'abord permis de vérifier la facilité d'application d'un protocole d'acquisition des images et d'évaluer la répétabilité de l'identification des repères anatomiques de l'épaule sur les radiographies. La méthode proposée en dernier lieu permet, suite à l'acquisition de radiographies, de reconstruire un modèle personnalisé morpho-réaliste de la scapula et un modèle simplifié de l'humérus. Ces modèles sont ensuite recalés interactivement sur les images acquises à différentes positions du bras et utilisés pour décrire les translations GH à ces positions. La méthode a été validée en termes de précision et de répétabilité sur des images acquises d'épaules cadavériques et de patients ayant des ruptures de la coiffe des rotateurs. La dernière partie du travail présenté ici consiste à appliquer la méthode développée à 30 sujets (25 patients et 5 sujets sains) pour lesquels l'état de la coiffe des rotateurs et la fonction de l'épaule ont été évalués, puis à étudier les corrélations entre les translations GH et la fonction de l'épaule.

L'analyse morpho-fonctionnelle précise de l'épaule, notamment au niveau de l'articulation glénohumérale (GH), permettrait d'améliorer notre compréhension des dysfonctions de l'épaule associées aux ruptures de la coiffe des rotateurs. Cependant, des difficultés techniques compliquent l'analyse de la morphologie et du mouvement de l'épaule dans un contexte clinique. Dans le cadre de la présente thèse, une méthode d'analyse 3D des translations GH basée sur l'acquisition de séquences de radiographies biplanes sous EOS™ a été développée. Une étude pilote sur 10 sujets sains a d'abord permis de vérifier la facilité d'application d'un protocole d'acquisition des images et d'évaluer la répétabilité de l'identification des repères anatomiques de l'épaule sur les radiographies. La méthode proposée en dernier lieu permet, suite à l'acquisition de radiographies, de reconstruire un modèle personnalisé morpho-réaliste de la scapula et un modèle simplifié de l'humérus. Ces modèles sont ensuite recalés interactivement sur les images acquises à différentes positions du bras et utilisés pour décrire les translations GH à ces positions. La méthode a été validée en termes de précision et de répétabilité sur des images acquises d'épaules cadavériques et de patients ayant des ruptures de la coiffe des rotateurs. La dernière partie du travail présenté ici consiste à appliquer la méthode développée à 30 sujets (25 patients et 5 sujets sains) pour lesquels l'état de la coiffe des rotateurs et la fonction de l'épaule ont été évalués, puis à étudier les corrélations entre les translations GH et la fonction de l'épaule. / Precise morpho-functional analysis of the shoulder, including of the glenohumeral (GH) joint, would allow improving our understanding of shoulder dysfunction associated to rotator cuff tears. However, technical difficulties make analysis of shoulder morphology and motion difficult in a clinical setting. The work carried out during this thesis allowed developing a method for 3D analysis of GH translations relying on the acquisition of sequences of biplanar radiographs with the EOS™ system. A pilot study carried out on 10 healthy subjects allowed verifying the ease of application of an image acquisition protocol and evaluating the repeatability of shoulder landmark identification on the radiographs. The final proposed method allows, following the acquisition of radiographs, obtaining a personalized morphologically realistic reconstruction of the scapula and a simplified model of the humerus. These models are then interactively registered to the images acquired at different arm positions and used to describe GH translations for these positions. The proposed method was validated in terms of precision and repeatability on images acquired of cadaveric shoulders and of patients with rotator cuff tears. The last part of the work presented here consists in applying the developed method to 30 subjects (25 patients and 5 asymptomatic subjects) for whom rotator cuff condition and shoulder function were assessed, and to study correlations between GH translations and shoulder function.

La douleur à l’épaule touche environ 20% de la population. Parmi les douleurs à l’épaule, la tendinopathie de la coiffe des rotateurs est l’atteinte la plus fréquente. À ce jour, les mécanismes impliqués dans la rémission de la tendinopathie sont encore peu connus. Ce projet visait à évaluer l’efficacité d’une intervention axée sur l’entrainement moteur et évaluer l’impact de cette intervention sur la distance acromiohumérale (DAH). Vingt-cinq participants souffrant d’une tendinopathie de la coiffe des rotateurs ont pris part à une intervention axée sur l’entrainement moteur. L’intervention comptait dix traitements en physiothérapie en plus d’un programme d’exercices à domicile et s’échelonnait sur six semaines. À la suite de l’intervention, les participants souffrant de tendinopathie ont vu leur niveau de douleur et d’incapacité diminuer significativement. De plus, la DAH a augmenté significativement lors de l’élévation du membre supérieur. Les résultats de cette étude démontrent un potentiel de l’utilisation de l’entrainement moteur en physiothérapie dans le traitement des tendinopathies de la coiffe des rotateurs. / Shoulder pain affects more than 20% of the population. Amongst shoulder pathologies, rotator cuff (RC) tendinopathy is the more prevalent cause of pain. However, little is known about the underlying mechanisms that lead to healing of such pathology. The current project aimed at assessing the efficacy of a physiotherapy intervention centered on movement training and assessing the impact of such intervention on the acromiohumeral distance (AHD). Twenty-five subjects suffering from unilateral RC tendinopathy underwent the intervention. The intervention consisted of ten supervised physiotherapy sessions and a home exercise program over a 6-week period. Following the intervention there was a significant decrease in pain and disability levels. Further, a significant increase in AHD during arm elevation was observed. The results of the present study suggest potential for motor training as a useful approach in physiotherapy for the treatment of RC tendinopathies.

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.

Afin d’être représentatif d’un niveau d’effort musculaire, le signal électromyographique (EMG) est exprimé par rapport à une valeur d’activation maximale. Comme l’épaule est une structure articulaire et musculaire complexe, aucune contraction volontaire isométrique (CVMi) proposée dans la littérature ne permet d’activer maximalement un même muscle de l’épaule pour un groupe d’individus. L’objectif de ce mémoire est de développer une approche statistique permettant de déterminer les CVMi optimales afin de maximiser les niveaux d’activation d’un ensemble de muscles de l’épaule. L’amplitude du signal EMG de 12 muscles de l’épaule a été enregistrée chez 16 sujets alors qu’ils effectuaient 15 CVMi. Une première approche systématique a permis de déterminer les 4 CVMi parmi les 15 qui ensemble maximisent les niveaux d’activation pour les 12 muscles simultanément. Ces 4 contractions ont donné des niveaux d’activation supérieurs aux recommandations antérieures pour 4 muscles de l’épaule. Une seconde approche a permis de déterminer le nombre minimal de CVMi qui sont nécessaires afin de produire un niveau d’activation qui n’est pas significativement différent des valeurs d’activation maximales pour les 16 sujets. Pour 12 muscles de l’épaule, un total de 9 CVMi sont requises afin de produire des valeurs d’activation qui sont représentatives de l’effort maximal de tous les sujets. Ce mémoire a proposé deux approches originales, dont la première a maximisé les niveaux d’activation qui peuvent être produits à partir d’un nombre fixe de CVMi tandis que la deuxième a permis d’identifier le nombre minimal de CVMi nécessaire afin de produire des niveaux d’activation qui ne sont pas significativement différentes des valeurs d’activation maximales. Ces deux approches ont permis d’émettre des recommandations concernant les CVMi nécessaires à la normalisation de l’EMG afin de réduire les risques de sous-estimer l’effort maximal d’un ensemble d’individus. / As a means to provide information on the intensity of the muscle activity, the electromyographic (EMG) signal must be expressed as a percentage of a maximum activation value. Because of the anatomical complexity of the shoulder, no single maximum voluntary isometric contraction (MVIC) has been found to maximally activate the same muscle for a group of subjects. The objective of this study is to develop a statistical approach to determine the optimal MVICs that can maximise the activation levels for several shoulder muscles. The amplitude of the EMG signal of 12 shoulder muscles was recorded as 16 subjects performed 15 MVICs in standardised positions. A first systematic approach was used to determine the optimal 4 MVICs amongst 15 that could maximise the activation levels of 12 shoulder muscles simultaneously. The activation levels produced by these 4 MVICs were significantly higher than those produced by previous recommendations. A second approach was adopted to identify the minimum number of MVICs that were required to produce muscle activation levels that did not significantly differ from the maximum activation values. For 12 shoulder muscles, 9 MVICs were necessary to produce muscle activation levels that were representative of the maximum effort of all 16 subjects. This study proposed two novel approaches, the first of which maximised the EMG activation levels that can be produced by a fixed number of MVICs while the second approach identified the minimum number of MVICs required to produce EMG activation levels that were not significantly different from the maximum values of activation. These two approaches provided guidelines with regards to the MVICs that are necessary to normalize the EMG signals of 12 shoulder muscles while reducing the risks of underestimating the maximum capacity of each individual.

Les troubles musculo-squelettiques de l’épaule constituent un problème majeur de santé au travail. Le principal mécanisme à l’origine de ces pathologies est le conflit sous-acromial, dont le développement est intimement lié à la qualité du contrôle neuromusculaire de l’épaule. Nos données montrent que les tâches expérimentales classiquement utilisées pour l’exploration des facteurs de développement du conflit sous-acromial sont insuffisantes pour rendre compte de la complexité du contrôle neuromusculaire mis en jeu lors des tâches industrielles. Il semble primordial que les actions de lutte contre les TMS considèrent la réalité de l’organisation motrice à l’origine de leur développement. L’application dans ce travail de la technique d’enregistrement électromyographique au secteur industriel met en évidence la pertinence de cet outil afin d’orienter et d’évaluer les actions ergonomiques qui visent à réduire la charge musculo-squelettique. Un moyen complémentaire de lutte contre les TMS a été proposé afin de pallier aux limites propres à la démarche ergonomique. Il s’agit d’un exercice de recentrage dynamique de la tête humérale exécuté en chaîne cinétique fermée, déployé lors d’un programme d’intervention destiné aux opérateurs ayant des symptômes de conflit sous-acromial. Nos données mettent en évidence une diminution de la douleur et une amélioration de la fonction de l’épaule suite à cette intervention. Les bénéfices associés à cette démarche répondent au double enjeu de santé et de performance, essentiel pour les individus comme pour l’entreprise. Finalement, l’ensemble des contributions expérimentales et des applications industrielles présentées dans ce travail de thèse souligne le rôle central que peuvent jouer les spécialistes de la motricité humaine dans la démarche de lutte contre les TMS. Leur intégration dans les équipes pluridisciplinaires de prévention constitue un réel enjeu pour la réduction de ce risque professionnel majeur / Shoulder disorders represent a major health problem at the workplace. The most common shoulder disorder is the subacromial impingement syndrome. Shoulder neuromuscular control has a critical role in the development of shoulder disorders. Our data show that the experimental tasks generally use to investigate subacromial impingement causative factors are insufficient to represent the complexity of shoulder neuromuscular control involved during industrial tasks. It is essential that workplace interventions take into consideration the actual motor control associated with the development of work-related musculoskeletal disorders. The use of the electromyography in the industrial context, during this thesis work, highlights the interest of this tool in order to conduct and evaluate ergonomic interventions that aimed to reduce exposure to physical risk factors. Another work-related musculoskeletal disorder management way was proposed as a supplement to ergonomic interventions. It is about a dynamic closed chain humeral head centering exercise performed by assembly line workers with clinical signs of subacromial impingement syndrome. Our data demonstrated that the intervention program was effective in decreasing shoulder pain as well as improving shoulder function. This study underlined the relevance of therapeutic exercises for shoulder disorders management at the workplace. Finally, the whole of this thesis work highlights the decisive role of specialists in human motor analysis for work-related musculoskeletal disorders management

La compréhension des dysfonctionnements locomoteurs est limitée par l'absence de technologie permettant l'analyse dynamique des structures internes et en particulier des segments osseux. Les imageurs tridimensionnels donnent accès à une description précise mais statique de la morphologie osseuse. Les systèmes d'analyse du mouvement par marqueurs externes fournissent quant à eux une information dynamique mais potentiellement empreinte d'erreurs relativement importantes en raison de la présence de tissus mous entre les os et la peau.<br /><br />Dans un premier temps, une étude a été menée pour proposer une méthode de correction des artéfacts des tissus mous lors de l'estimation du mouvement. Une approche surfacique est décrite. Cette méthode repose sur le suivi de la déformation, induite par le déplacement de l'omoplate, d'une nappe de marqueurs à la surface de la peau. Le suivi est réalisé par un algorithme de recalage robuste, l'IMCP. Cet algorithme, développé dans des travaux précédents, a été modifié et adapté de manière à prendre en compte le contexte de l'étude. Les améliorations ont principalement consisté en un post-traitement des données afin d'exploiter au maximum les capacités de mutualisation de l'information de l'algorithme, la prise en compte de l'influence des bords de la nappe de marqueurs et enfin l'optimisation du temps de calcul. Dans un second temps, afin de réaliser une étude morpho-fonctionnelle dans un espace commun de représentation, un protocole spécifique d'acquisition IRM a été mis en place. Celui-ci a pour objectif le recalage des repères locaux propres à l'acquisition morphologique et à celle du mouvement. L'analyse morpho-fonctionnelle de l'articulation glénohumérale, dans le cas de mouvements empreints d'erreurs, a également nécessité le développement de mesures quantifiant la cohérence articulaire.<br /><br />Les résultats obtenus montrent que l'utilisation d'une nappe de marqueurs recouvrant l'omoplate à la surface de la peau ne permet pas le suivi de l'empreinte de l'os. L'étude sur des simulations conduisent à avancer 2 hypothèses pour expliquer ces résultats : le bruit crée par les tissus mous est trop important et / ou la résolution de la surface de la peau disponible est insuffisante. L'intérêt de tendre vers des méthodes d'acquisition sans marqueurs est ainsi également mis en évidence. L'analyse morpho-fonctionelle a quant à elle mis en évidence l'influence du protocole d'acquisition utilisé sur la cohérence articulaire lors de l'animation des os. Le choix du positionnement des marqueurs sur l'omoplate et sur l'humérus ainsi que la méthode de traitement employée pour reconstruire le mouvement ont ainsi une influence significative sur l'estimation du mouvement des structures osseuses.

Introduction : Les travaux réalisés par Bascans ont permis de mieux comprendre la fonction des patients atteints d’une rupture de la coiffe des rotateurs au moment du diagnostic à l’aide de paramètres morphologiques osseux et musculaires intégrés dans un modèle de régression linéaire. Les paramètres osseux étudiés provenaient d’une méthode de reconstruction 3D de l’épaule à partir d’images EOS. Jusqu’à présent, aucune étude ne s’est intéressée à prédire l’évolution dans le temps des patients atteints d’une rupture de la coiffe des rotateurs à l’aide de ces paramètres ni à valider l’imagerie EOS pour l’évaluation de l’épaule. Objectif : Nous souhaitons prédire l’évolution de la fonction de l’épaule des patients atteints d’une rupture de la coiffe des rotateurs à partir de paramètres musculaires et de la morphologie osseuse. Ensuite, nous souhaitons comparer l’imagerie EOS à la radiographie standard de l’épaule pour l’évaluation des patients à la clinique externe d’orthopédie. Méthode : Dans un premier temps, 50 personnes ayant participé à une étude portant sur la fonction de l’épaule en 2009 furent réévaluées. Leur fonction mesurée fut corrélée à leur fonction prédite par le modèle de régression linéaire créé par Bascans. De nouveaux modèles ont ensuite été créés afin de mieux comprendre l’évolution de la douleur, de la force et de la fonction de leur épaule telle que mesurées par le score de Constant et le QuickDash. Dans un deuxième temps, 47 patients nécessitant une radiographie standard de l’épaule dans le cadre de leur consultation à la clinique externe d’orthopédie ont été recrutés. En plus de la radiographie standard, ils ont passé un examen radiographique EOS antéro-postérieur de leur épaule. Un comité d’expert formé de deux orthopédistes et d’une radiologiste a créé un questionnaire d’évaluation des images grâce à la méthode Delphi. Ces trois spécialistes ont ensuite analysé chaque image présentée dans un ordre aléatoire. Résultats : La majorité des participants atteints d’une rupture de la coiffe des rotateurs ont été opérés pendant le suivi. Nous ne pouvons donc pas prédire l’évolution naturelle de ces patients. Nous avons cependant produit des modèles de régression linéaire qui améliorent considérablement notre compréhension des paramètres ayant un impact sur la fonction initiale. Notamment, nos modèles expliquent 66,8% de la variabilité du score de Constant et 71,8% de celle du QuickDash pour les femmes. L’imagerie EOS antéro-postérieure de l’épaule permet d’obtenir des mesures de la distance sousacromiale et de l’espace acromio-claviculaire similaires à la radiographie standard, avec une différence moyenne de 1,4 mm entre les modes d’imagerie, ce qui n’est pas cliniquement significatif. L’imagerie EOS produit des images de qualité légèrement inférieure et pouvant présenter légèrement plus d’artéfacts de mouvement que la radiographie standard. Ces différences sont cependant mineures et ne semblent pas avoir d’impact sur la capacité des spécialistes à émettre avec confiance un diagnostic. Conclusions : Cette étude a permis de mieux comprendre les paramètres morphologiques ayant un impact sur la fonction de l’épaule des patients. Elle a également révélé que les paramètres corrélant avec le niveau fonctionnel ne sont pas les mêmes en fonction du sexe. Nous avons démontré que les images EOS sont légèrement inférieures à la radiographie standard, mais demeurent un mode d’imagerie adéquat et valide. L’imagerie EOS pourrait donc être utilisée en clinique externe d’orthopédie, ce qui diminuerait l’exposition aux radiations des patients et qui permettrait d’intégrer plus facilement en clinique les connaissances développées à partir de la reconstruction 3D de l’épaule. / Introduction : Bascans improved our understanding of shoulder function at diagnosis of rotator cuff tear using morphological bony and muscular paramaters in a linear regression model. The bony parameters were measured using a 3D reconstruction of the shoulder generated from EOS images. Up to now, no study tried to predict shoulder function of patients suffering from rotator cuff tear using these parameters. The EOS imaging system has not been compared to the standard X-rays for the evaluation of shoulders yet. Objectives : We aim to predict the evolution of shoulder function for patients with a rotator cuff tear using the same morphological parameters as Basacans. Our second objective is to compare the EOS imaging system to standard X-Rays for shoulder evaluation at the orthopedic outpatient clinic. Method : Fifty participants from a 2009 study on shoulder function were re-evaluated. Their measured shoulder function was correlated to their predicted shoulder function using a linear regression model. Moreover, new models were created to improve our understanding of pain, strength, and shoulder function as measured in the Constant Score and the QuickDash. Forty-seven other patients who needed to undergo shoulder X-Rays at the orthopeadic outpatient clinic were recruited. Besides their shoulder X-Rays, they underwent an anterioposterior EOS shoulder radiograph. An expert committee of two orthopedists and one radiologist created a shoulder radiographs’ evaluation survey using the Delphi methodology. The committee then evaluated each image in a random order. Results : The majority of participants who suffered from a rotator cuff tear have had a surgery since the first study. Therefore, we were not able to predict the natural evolution of these patients. However, we were able to produce linear regression models that considerably improve our understanding of the parameters that have an impact on shoulder function at diagnosis. Our regression models explain 66.8% of the variability of the Constant score and 71.8% of the variability of the QuickDash for female participants. The measure of the subacromial distance and the acromioclavicular space was similar in anteroposterior shoulder images from the EOS system and the standard X-rays, with a mean difference of 1.4 mm between the two imaging techniques, which is not clinically significant. EOS images are of slightly inferior quality than the standard X-rays. This difference remains minor and does not seem to have an impact on the specialists’ ability to make a confident diagnosis from these images. Conclusions : This study improves our understanding of the morphological parameters that have an impact on shoulder function. Moreover, it revealed that the parameters that have an impact on shoulder function are not the same depending on the patients’ sex. We demonstrated that shoulder EOS images are slightly inferior to standard X-Rays, but that they still produce images of a sufficient quality for diagnosis. Therefore, the EOS images could be used at the orthopedic outpatient clinic, which would reduce patients’ exposure to radiation and would facilitate the integration in the clinical setting of the research based on shoulder 3D reconstruction.

Cotutelle entre l'Université de Montréal et l'Université Claude Bernard Lyon 1 / Le fauteuil roulant manuel (FRM) est nécessaire à la participation de ses usagers lors de la vie active. Cependant, le geste répétitif de propulsion est contraignant pour l’épaule, ce qui mène à l’apparition de lésions au niveau des tendons de la coiffe des rotateurs, impactant négativement la mobilité, l’autonomie et la qualité de vie de l’usager. Bien que plusieurs études aient essayé de caractériser la propulsion pour identifier des prédicteurs de douleurs, la complexité technique de la propulsion associée à celle anatomique de l’épaule entravent la compréhension des pathomécanismes associés à l’usage du FRM. Aussi, la variabilité des contextes de propulsion en milieu urbain (trottoirs, pentes, etc.) nécessite d’identifier les adaptations de l’usager pour mieux représenter son quotidien. L’objectif principal de cette thèse était d’approfondir notre compréhension des pathomécanismes de l’épaule associés à la propulsion en FRM. À cet égard, il était important de comprendre l’effet de la charge imposée par le FRM sur l’épaule à différentes échelles allant de la cinématique à la contrainte au sein des tissus mous, en passant par les forces articulaires. Nos objectifs spécifiques étaient de (1) Identifier les adaptations de la technique de propulsion à la présence d’un dévers, habileté représentative de la propulsion le long des trottoirs ; (2) Prédire des forces musculaires physiologiquement plausibles qui expriment le rôle des muscles dans la stabilité articulaire ; (3) Prédire le champ de déformations au niveau de la coiffe des rotateurs en utilisant un simulateur hybride de l’épaule, c’est-à-dire un modèle éléments-finis piloté par les excitations musculaires et la cinématique articulaire prédite par un modèle multi-corps rigides. (1) À partir des données cinématiques, cinétiques et électromyographiques de neuf utilisateurs de FRM, nous avons analysé l’adaptation de leurs techniques de propulsion sur un dévers. Si tous les participants ont réussi à se propulser, leurs techniques d’adaptation variaient en termes d’efficacité et de risque de blessures. Ce qui souligne l’importance de l’enseignement des habiletés en FRM. (2) Nous avons adapté une boite à outils de calibration de modèle neuro-musculo-squelettique pour exprimer les contraintes de stabilité gléno-humérale. Le modèle calibré a été ensuite implémenté pour prédire les forces musculaires et de réaction gléno-humérale. Cette approche nous a permis d’exprimer le rôle de la co-contraction musculaire dans la stabilité articulaire. Les forces de réaction prédites indiquaient que la propulsion est une tâche déstabilisante pour l’articulation gléno-humérale. Enfin, la comparaison des modèles calibrés de participants avec des capacités fonctionnelles variées a mis en en évidence les limites de la calibration numérique. (3) Un modèle éléments-finis de l’épaule avec muscles tridimensionnels a été développé pour simuler un cycle de propulsion. Les muscles ont été activés à partir des données électromyographiques expérimentales. La scapula et l’humérus ont été pilotés par la cinématique articulaire extraite d’un modèle multi-corps rigides. L’analyse des déformations de l’unité musculo-tendineuse du supra-épineux nous a permis de proposer des explications potentielles pour la prévalence des déchirures tendineuses chez les utilisateurs de FRM, particulièrement au niveau de la zone antérieure et interstitielle de ce tendon. Notre analyse semble rejoindre la littérature, soulignant que la répétitivité de la propulsion pourrait être plus contraignante que sa charge. Cette thèse a permis de développer des outils numériques de modélisation biomécanique, qui pourraient être implémentés pour l’étude d’autres pathologies qui touchent les muscles de la coiffe. Elle a aussi permis d’identifier des pathomécanismes potentiels de l’épaule associés à la propulsion en FRM. Plus d’études restent nécessaires pour valider nos résultats pour des populations plus larges et plus hétérogènes. / Manual wheelchairs (MWC) are essential for their users’ participation in active life. However, the repetitive propulsion motion is straining on the shoulder, leading to the injury of the rotor cuff tendons, which negatively impacts the mobility, autonomy, and life quality of the users. While numerous studies tried to characterise propulsion to identify pain predictors, the technical and anatomical complexities of the propulsion and shoulder, respectively, hinder the understanding of the pathomecanisms associated with the MWC use. Additionally, the variability of the propulsion conditions within an urban environment (sidewalks, slopes, etc.) entails assessing users’ adaptations to better represent their daily life. The main objective of this thesis was to further our understanding of the shoulder pathomecanisms associated with MWC propulsion. For this purpose, it was important to understand the effect of the load imposed by MWC propulsion on the shoulder at different scales ranging from the kinematics to soft tissue stress through joint forces. Our specific objectives were to (1) Identify adaptations of the propulsion technique across a cross-slope, as this skill is representative of propulsion along sidewalks; (2) Predict physiologically plausible muscle forces that express the role of muscles in joint stability; (3) Predict the deformation field at the rotator cuff using a hybrid shoulder simulator, i.e., a finite element model driven by muscle excitations and joint kinematics predicted by a rigid multi-body model. (1) Using kinematic, kinetic and electromyographic data from nine MWC users, we analysed the adaption of their propulsion techniques across a cross-slope. While all participants propelled themselves, their adaptation techniques varied in terms of efficiency and injury risk. This highlighted the importance of training of MWC skills. (2) We adapted a neuromusculoskeletal calibration toolbox to express glenohumeral stability constraints. The calibrated models were then implemented to predict muscle and glenohumeral joint reaction forces. This approach allowed us to express the role of co-contraction in joint stability. The predicted joint reaction forces indicated that propulsion is a destabilizing task for the glenohumeral joint. Finally, the comparison of models calibrated to participants with varying functional abilities highlighted the limitations of numerical calibration. (3) A finite element model of the shoulder with three-dimensional muscles was developed to simulate a propulsion cycle. The muscles were activated using experimental electromyographic data. The scapula and humerus were driven by joint kinematics extracted from a rigid multi-body model. The analysis of the deformations of the supraspinatus muscle-tendon unit suggested potential explanations for the prevalence of tendon tears in MWC users, particularly in the anterior and interstitial zone of this tendon. Our analysis seems to agree with the literature, emphasizing that the high repetition of the propulsion cycle might be more taxing than its load. Through this thesis, we developed numeric tools for biomechanical modelling, which could be implemented for the study of other pathologies that affect the rotator cuff. We were also able to identify potential pathomecanisms of the shoulder that are associated with MWC propulsion. Mores studies are still needed to validate our results for larger and more heterogeneous populations.