Pre-publication drafts are reproduced with permission and copyright © 2013 of the Journal of Orthopaedic Trauma [Mutch J, Rouleau DM, Laflamme GY, Hagemeister N. Accurate Measurement of Greater Tuberosity Displacement without Computed Tomography: Validation of a method on Plain Radiography to guide Surgical Treatment. J Orthop Trauma. 2013 Nov 21: Epub ahead of print.] and copyright © 2014 of the British Editorial Society of Bone and Joint Surgery [Mutch JAJ, Laflamme GY, Hagemeister N, Cikes A, Rouleau DM. A new morphologic classification for greater tuberosity fractures of the proximal humerus: validation and clinical Implications. Bone Joint J 2014;96-B:In press.] / Les fractures isolées de la Grosse Tubérosité (GT) de l’humerus proximal sont rares et peu étudiées. Trois problèmes importants existent: 1: Même si 5mm + de déplacement supérieur du GT est cité comme indication chirurgicale, les mesures basées sur radiographie peuvent errer de plus que 10mm. 2: Les classifications de Neer et l’AO décrivent seulement un type de fracture de GT (gros fragment, ligne de fracture verticale). Deux autres types de fracture existent: type fracture-avulsion avec petit fragment osseux et type Hill-Sachs très latéral. 3: On manque d’études de pronostic ou de traitement des fractures de GT selon la morphologie. Article 1 montre et évalue une méthode simple de mesurer le déplacement supérieur de la GT (le GT ratio) sur les radiographies standard; ceci corrèle très bien avec tomographie (CT). Article 2 introduit une méthode de classification Morphologique des fractures de GT (Avulsion, Split, Dépression) qui a une fiabilité de bonne à excellente. Les données échographiques, radiologiques, et cliniques de 54 patients porteurs de fracture de GT (suivie moyenne 2.5 années) sont aussi incluses. Les patients <50 ans ont eu plus de déchirures de la coiffe et ceux avec fractures déplacées (≥ 5mm) avaient plus d’atrophie du susépineux. Les déchirures complètes de la coiffe et l’atrophie du susépineux augmentaient l’atteinte permanente. La morphologie des fractures de GT n’a pas eu un impact significatif sur le pronostic. Cependant, l’âge, le sexe, et le taux de luxation glénohumérale étaient différents selon le type de fracture et ceci pourrait refléter la pathophysiologie. Une évaluation plus précise de l’impact de la Morphologie des fractures de GT sur le pronostic et traitement nécessitera une étude prospective multicentrique. / Isolated fractures of the Greater Tuberosity (GT) of the proximal humerus are rare and a challenge to study. Three main problems arise: 1: Though 5mm+ superior GT displacement is often a surgical indication, measurement errors on radiographs may surpass 10mm. 2: The Neer and AO classifications describe only one type of GT fracture (large fragment, vertical fracture line). Two other fracture types have been described: an avulsion-type (small fragment), and a very lateral Hill-Sachs-type. 3: There are no studies on the treatment or prognosis of GT fractures according to fracture morphology. Article 1 introduces and tests a simple method to measure superior GT displacement (the GT ratio) using standard radiographs; this correlates very well with computed tomography (CT). Article 2 presents the Morphologic classification for GT fractures. It describes three fracture types (Avulsion, Split, Depression) and has good to excellent reliability. The ultrasonographic, radiologic, and clinical results of 54 patients (average follow-up 2.5 years) with isolated GT fractures are then described. Patients <50 years had higher rates of rotator cuff tears and displaced (≥ 5mm) GT fractures were associated with supraspinatus atrophy. Both full rotator cuff tears and supraspinatus atrophy resulted in poor outcomes. The impact of fracture morphology on prognosis was not significant. However, age, sex, and associated glenohumeral dislocation differed by fracture type and this may reflect their pathophysiology. A more thorough evaluation of the prognosis and treatment of GT fractures by morphologic type would require a prospective multicenter study.

L’épaule est l’articulation la plus mobile et la plus instable du corps humain dû à la faible quantité de contraintes osseuses et au rôle des tissus mous qui lui confèrent au moins une dizaine de degrés de liberté. La mobilité de l’épaule est un facteur de performance dans plusieurs sports. Mais son instabilité engendre des troubles musculo-squelettiques, dont les déchirures de la coiffe des rotateurs sont fréquentes et les plus handicapantes. L’évaluation de l’amplitude articulaire est un indice commun de la fonction de l’épaule, toutefois elle est souvent limitée à quelques mesures planaires pour lesquelles les degrés de liberté varient indépendamment les uns des autres. Ces valeurs utilisées dans les modèles de simulation musculo-squelettiques peuvent amener à des solutions non physiologiques. L’objectif de cette thèse était de développer des outils pour la caractérisation de la mobilité articulaire tri-dimensionnelle de l’épaule, en passant par i) fournir une méthode et son approche expérimentale pour évaluer l’amplitude articulaire tridimensionnelle de l’épaule incluant des interactions entre les degrés de liberté ; ii) proposer une représentation permettant d’interpréter les données tri-dimensionnelles obtenues; iii) présenter des amplitudes articulaires normalisées, iv) implémenter une amplitude articulaire tridimensionnelle au sein d’un modèle de simulation numérique afin de générer des mouvements sportifs optimaux plus réalistes; v) prédire des amplitudes articulaires sécuritaires et vi) des exercices de rééducation sécuritaires pour des patients ayant subi une réparation de la coiffe des rotateurs. i) Seize sujets ont été réalisé séries de mouvements d’amplitudes maximales actifs avec des combinaisons entre les différents degrés de liberté de l’épaule. Un système d’analyse du mouvement couplé à un modèle cinématique du membre supérieur a été utilisé pour estimer les cinématiques articulaires tridimensionnelles. ii) L’ensemble des orientations définies par une séquence de trois angles a été inclus dans un polyèdre non convexe représentant l’espace de mobilité articulaire prenant en compte les interactions entre les degrés de liberté. La combinaison des séries d’élévation et de rotation est recommandée pour évaluer l’amplitude articulaire complète de l’épaule. iii) Un espace de mobilité normalisé a également été défini en englobant les positions atteintes par au moins 50% des sujets et de volume moyen. iv) Cet espace moyen, définissant la mobilité physiologiques, a été utilisé au sein d’un modèle de simulation cinématique utilisé pour optimiser la technique d’un élément acrobatique de lâcher de barres réalisée par des gymnastes. Avec l’utilisation régulière de limites articulaires planaires pour contraindre la mobilité de l’épaule, seulement 17% des solutions optimales sont physiologiques. En plus, d’assurer le réalisme des solutions, notre contrainte articulaire tridimensionnelle n’a pas affecté le coût de calculs de l’optimisation. v) et vi) Les seize participants ont également réalisé des séries d’amplitudes articulaires passives et des exercices de rééducation passifs. La contrainte dans l’ensemble des muscles de la coiffe des rotateurs au cours de ces mouvements a été estimée à l’aide d’un modèle musculo-squelettique reproduisant différents types et tailles de déchirures. Des seuils de contrainte sécuritaires ont été utilisés pour distinguer les amplitudes de mouvements risquées ou non pour l’intégrité de la réparation chirurgicale. Une taille de déchirure plus grande ainsi que les déchirures affectant plusieurs muscles ont contribué à réduire l’espace de mobilité articulaire sécuritaire. Principalement les élévations gléno-humérales inférieures à 38° et supérieures à 65°, ou réalisées avec le bras maintenu en rotation interne engendrent des contraintes excessives pour la plupart des types et des tailles de blessure lors de mouvements d’abduction, de scaption ou de flexion. Cette thèse a développé une représentation innovante de la mobilité de l’épaule, qui tient compte des interactions entre les degrés de liberté. Grâce à cette représentation, l’évaluation clinique pourra être plus exhaustive et donc élargir les possibilités de diagnostiquer les troubles de l’épaule. La simulation de mouvement peut maintenant être plus réaliste. Finalement, nous avons montré l’importance de personnaliser la rééducation des patients en termes d’amplitude articulaire, puisque des exercices passifs de rééducation précoces peuvent contribuer à une re-déchirure à cause d’une contrainte trop importante qu’ils imposent aux tendons. / The shoulder is the most mobile but instable joint of the human body due to bony constraint scarcity and soft tissue function unlocking several degrees of freedom (DoF). Shoulder mobility is a factor of performance in some sports. But its instability leads to musculoskeletal impairments, the rotator cuff tear being the most debilitating disorder. Evaluation of the shoulder range of motion (RoM) is a common indicator of shoulder function but it is often limited to a few monoplanar measurements where each DoF varies independently. These values used in computer simulation models lead to non-physiological movements. The aim of this thesis was to develop tools for caracterizing tridimensional shoulder mobility. In this purpose it was mandatory to i) provide a method and its experimental approach to assess shoulder 3D (three-dimensional) RoM with DoF interactions; ii) propose a representation allowing 3D kinematical data interprestation; iii) present normalized shoulder amplitudes; iv) implement 3D RoM into computer simulation models to generate more realistic optimal sports technique; and v) predict safe 3D RoM and vi) safe rehabilitation exercises for patients after rotator cuff repair. i) Sixteen participants performed series of active arm movements with maximal amplitude with interactions between all the shoulder degrees-of-freedom. A motion analysis system combined with an upper limb kinematic model was used to estimate the 3D joint kinematics. ii) All 3D angular poses were included into a nonconvex hull representing the RoM space accounting for DOF interactions. The combination of elevation and rotation series is recommended to fully evaluate shoulder RoM. iii) A normalized 3D RoM space was defined by including 3D poses common to 50% of the participants into a hull of average volume. iv) This average hull, defining physiologic mobility, was used in a computer simulation model to optimize the technique of a release move in gymnastics. With commonly used monoplanar constraints of shoulder mobility, only 17% of the simulations led to a physiological shoulder kinematics, while our 3D RoM constraints systematically ensures realistic shoulder kinematics without extra computational cost. v) and vi) The 16 participants performed 3D shoulder range-of-motion and passive rehabilitation exercises. Stress in all rotator cuff tendons was predicted during each movement by means of a musculoskeletal model using simulations with different type and size of tears. Safety stress thresholds were used to discriminate safe from unsafe ranges-of-motion. Increased tear size and multiple tendons tear decreased safe range-of-motion. Mostly, glenohumeral elevations below 38°, above 65°, or performed with the arm held in internal rotation cause excessive stresses in most types and sizes of injury during abduction, scaption or flexion. This thesis established an innovative representation of the shoulder mobility, which accounts for DoF interactions. Clinical evaluation will be more accurate with a large potential to better diagnose shoulder disorders. Computer simulations are now more realistic. Finally, we showed the importance of personalized rehabilitation in terms of 3D RoM, since passive early rehabilitation exercises could contribute to re-tear due to excessive stress.

La déchirure de la coiffe des rotateurs est une des causes les plus fréquentes de douleur et de dysfonctionnement de l'épaule. La réparation chirurgicale est couramment réalisée chez les patients symptomatiques et de nombreux efforts ont été faits pour améliorer les techniques chirurgicales. Cependant, le taux de re-déchirure est encore élevé ce qui affecte les stratégies de réhabilitation post-opératoire. Les recommandations post-chirurgicales doivent trouver un équilibre optimal entre le repos total afin de protéger le tendon réparé et les activités préconisées afin de restaurer l'amplitude articulaire et la force musculaire. Après une réparation de la coiffe, l'épaule est le plus souvent immobilisée grâce à une écharpe ou une orthèse. Cependant, cette immobilisation limite aussi la mobilité du coude et du poignet. Cette période qui peut durer de 4 à 6 semaines où seuls des mouvements passifs peuvent être réalisés. Ensuite, les patients sont incités à réaliser les exercices actifs assistés et des exercices actifs dans toute la mobilité articulaire pour récupérer respectivement l’amplitude complète de mouvement actif et se préparer aux exercices de résistance réalisés dans la phase suivante de la réadaptation. L’analyse électromyographique des muscles de l'épaule a fourni des évidences scientifiques pour la recommandation de beaucoup d'exercices de réadaptation au cours de cette période. Les activités sollicitant les muscles de la coiffe des rotateurs à moins de 20% de leur activation maximale volontaire sont considérés sécuritaires pour les premières phases de la réhabilitation. À partir de ce concept, l'objectif de cette thèse a été d'évaluer des activités musculaires de l'épaule pendant des mouvements et exercices qui peuvent théoriquement être effectués au cours des premières phases de la réhabilitation. Les trois questions principales de cette thèse sont : 1) Est-ce que la mobilisation du coude et du poignet produisent une grande activité des muscles de la coiffe? 2) Est-ce que les exercices de renforcement musculaire du bras, de l’avant-bras et du torse produisent une grande activité dans les muscles de la coiffe? 3) Au cours d'élévations actives du bras, est-ce que le plan d'élévation affecte l'activité de la coiffe des rotateurs? Dans notre première étude, nous avons évalué 15 muscles de l'épaule chez 14 sujets sains par électromyographie de surface et intramusculaire. Nos résultats ont montré qu’avec une orthèse d’épaule, les mouvements du coude et du poignet et même quelques exercices de renforcement impliquant ces deux articulations, activent de manière sécuritaire les muscles de ii la coiffe. Nous avons également introduit des tâches de la vie quotidienne qui peuvent être effectuées en toute sécurité pendant la période d'immobilisation. Ces résultats peuvent aider à modifier la conception d'orthèses de l’épaule. Dans notre deuxième étude, nous avons montré que l'adduction du bras réalisée contre une mousse à faible densité, positionnée pour remplacer le triangle d’une orthèse, produit des activations des muscles de la coiffe sécuritaires. Dans notre troisième étude, nous avons évalué l'électromyographie des muscles de l’épaule pendant les tâches d'élévation du bras chez 8 patients symptomatiques avec la déchirure de coiffe des rotateurs. Nous avons constaté que l'activité du supra-épineux était significativement plus élevée pendant l’abduction que pendant la scaption et la flexion. Ce résultat suggère une séquence de plan d’élévation active pendant la rééducation. Les résultats présentés dans cette thèse, suggèrent quelques modifications dans les protocoles de réadaptation de l’épaule pendant les 12 premières semaines après la réparation de la coiffe. Ces suggestions fournissent également des évidences scientifiques pour la production d'orthèses plus dynamiques et fonctionnelles à l’articulation de l’épaule. / Rotator cuff tear is one of the most common causes of shoulder pain and dysfunction. The operative repair has been widely performed for symptomatic patients and many efforts have been done to improve the surgical techniques. However, the re-tear rate is still high and this affects post-repair rehabilitation strategies. Post-surgical care should balance between the restriction imposed to protect the repaired tendon and the activities prescribed to restore range of motion and muscle strength. Frequently, early after rotator cuff repair, shoulder is immobilized in a sling or abduction orthosis, but this immobilization includes elbow and wrist joints as well. In this period that may last 4-6 weeks, only passive range of motion exercises are performed. After removing the immobilizer, patients are encouraged to do active assisted and active range of motion exercises respectively to regain the full active range of motion and be prepared for the resistance exercises in the following phase of rehabilitation. Electromyography of shoulder muscles has provided scientific basis for many of rehabilitation exercises during this period. Anecdotally, the activities of less than 20% of the maximal voluntary contraction of rotator cuff muscles are considered safe for the first phases of rehabilitation after rotator cuff repair. Using this concept, the aim of this dissertation is to evaluate the activity of shoulder musculature during some movements and exercises that can theoretically be performed during the early phases of rehabilitation. Three main questions of this thesis are: 1) Do elbow and wrist mobilizations highly activate rotator cuff muscles? 2) Do some resistance exercises of arm, forearm and chest muscles produce high activity in rotator cuff muscles? 3) During active arm elevation, does the plane of elevation affect rotator cuff activity? In our first study, we evaluated 15 shoulder muscles in 14 healthy subjects with both surface and indwelling EMG. Our results showed that while wearing a shoulder orthosis, elbow and wrist movements and even some resistance training involving these two joints, would minimally activate the rotator cuff muscles and can be considered safe. We also introduced some daily living tasks that can be performed safely during immobilization period. These findings may help to modify the design of current shoulder orthoses. In the second study, we also showed that resisted arm adduction against a low-density foam that replaced the hard wedge of orthosis would not highly activate the cuff muscles. In our final study, we evaluated the EMG of shoulder musculature during arm elevation tasks in 8 symptomatic patients with rotator cuff tears. We found that supraspinatus activity during arm elevation is significantly higher in abduction plane than in scaption and flexion planes in patients with rotator cuff tears. This suggested a plane sequences for active range of motion exercises during rehabilitation. The findings that are presented in this dissertation, suggest some modifications in the rehabilitation protocols during the first 12 weeks after rotator cuff repair. These suggestions also provide a scientific basis for producing more dynamic and functional shoulder orthoses.

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La douleur, fréquemment rencontrée lors d’atteintes musculosquelettiques, est un phénomène complexe influencé par une combinaison multifactorielle de déterminants biopsychosociaux. Elle présente un important taux de chronicité avec près de huit millions de personnes au Canada atteintes de douleur chronique (douleur qui perdure plus de trois mois), c’est-à-dire un Canadien sur cinq. Les troubles musculosquelettiques incluent le syndrome de conflit sous-acromial (SCSA), une atteinte fréquente à l’épaule, qui a une forte tendance à se chroniciser. Un an après le début des symptômes, environ la moitié des personnes avec ce syndrome présentent de la douleur et une limitation de la fonction persistantes. Des facteurs psychosociaux seraient prédictifs de la chronicité pour le SCSA. Toutefois, dans les guides de pratique qui orientent la prise en charge de cette atteinte, les interventions ciblant ces facteurs sont limitées et parfois même manquantes. En physiothérapie, une discipline fréquemment impliquée dans la réadaptation de cette atteinte, des approches englobant les facteurs biopsychosociaux seraient à privilégier. L’enseignement au patient, une modalité faisant partie intégrante de la physiothérapie, mais pour laquelle les recommandations sont limitées pour en guider la réalisation, serait une avenue pertinente. Cette thèse vise à développer des recommandations qui soutiennent l'enseignement structuré auprès des patients ciblant l’autonomisation (implication active pour la prise de décision et la gestion de la condition) de la personne dans le suivi du SCSA en physiothérapie. Elles intègrent les données scientifiques, expérientielles et contextuelles et les composantes de la Classification internationale du fonctionnement, du handicap et de la santé. La première phase de cette thèse contient une revue systématique de la portée qui visait à répertorier l’étendue de la littérature sur les interventions d’enseignement au patient lors de la prise charge du SCSA. Cette revue a permis d’identifier des cibles initiales d’enseignement au patient issues de la littérature, utilisées pour orienter la phase suivante du projet. La deuxième phase a utilisé une consultation d’experts par des groupes de discussion focalisée intégrant des professionnels de la réadaptation et des patients-partenaires pour explorer les cibles et décrire les stratégies d’enseignement (plan pour atteindre un objectif d’enseignement visé). Cette consultation a été analysée de manière qualitative en vue de faire ressortir les thématiques principales d’enseignement au patient émergeant des discussions. Cette étape a mené au développement de recommandations préliminaires. La troisième phase visait à obtenir un consensus sur la pertinence et la formulation de recommandations détaillées encadrant les interventions d’enseignement au patient en physiothérapie pour le SCSA à l’aide d’une consultation par approche Delphi. À la suite de ces trois phases, sept recommandations générales encadrant les stratégies d’enseignement au patient et six recommandations touchant des cibles d’interventions spécifiques d’enseignement ont été développées. Un outil d’aide à la décision guidant l’utilisation de ces recommandations d’enseignement structuré lors du suivi des personnes atteintes d’un SCSA a aussi été élaboré. Ces recommandations sont les premières existantes pouvant soutenir l’enseignement structuré au patient lors du suivi du SCSA. Celles-ci sont pertinentes pour guider l’enseignement prodigué basé sur la littérature et un consensus d’experts. Les cibles d’autogestion et d’engagement actif de la personne sont pertinentes pour intervenir sur les facteurs psychosociaux et ainsi potentiellement réduire la chronicité de cette atteinte. / Pain, frequently encountered in musculoskeletal injuries, is a complex phenomenon influenced by a multifactorial combination of biopsychosocial determinants. It has a high rate of chronicity with nearly eight million people in Canada suffering from chronic pain (pain lasting more than three months), i.e., one in five Canadians. Among musculoskeletal disorders, subacromial pain syndrome (SAPS), a frequently encoutered shoulder disorder, has a high propensity to become chronic. One year after the onset of symptoms, about half of individuals with SAPS have persistent pain and functional limitations. Psychosocial factors are predictive of SAPS chronicity, however, in the clinical practice guidelines that guide the management of this condition, interventions targeting these factors are limited and sometimes absent. Approaches that target biopsychosocial factors should be favoured, among others, in physiotherapy, a discipline frequently involved in the rehabilitation of this condition. Patient education, a modality that is an integral part of physiotherapy, but for which there is limited evidence and recommendations to guide its implementation, would be a relevant avenue. Therefore, this thesis aims to develop recommendations that support structured patient education. These recommendations focus on the person's empowerment and self-management during the follow-up of SAPS in physical therapy. They are based on scientific, experiential and contextual data as well as components of the International Classification of Functioning, Disability and Health. The first phase of this thesis contains a systematic scoping review that aimed to map the extent of the literature on patient education interventions in the management of SAPS. This review identified the initial patient education targets from the literature that were used to guide the next phase. The second phase used expert consultation through focus groups involving rehabilitation professionals and patient-partners to explore targets and outline strategies for structured patient education interventions in physical therapy for the follow-up of individuals with SAPS. The development of the interview guide and the analysis of these discussions were based on the initial educational targets and strategies (plan to conduct the educational intervention) extracted from the previous phase. This consultation was qualitatively analyzed to identify the main patient education themes resulting from the discussions. The main themes led to the development of preliminary recommendations. The third phase aimed to reach consensus on the relevance and formulation of detailed recommendations framing patient education interventions in physical therapy for the follow-up of individuals with SAPS using a Delphi consultation approach. As a result of these three phases, seven general recommendations framing patient teaching strategies and six recommendations for specific teaching interventions targets were developed. A decision support tool guiding the use of these structured patient education recommendations in the follow-up of people with SAPS has also been developed. These recommendations are the first that can comprehensively support structured patient education intervention during the follow-up of individuals with SAPS. They are relevant to guide patient education interventions that are based on the literature and expert consensus. The goals of self-management and active engagement of the person are relevant to intervene on psychosocial factors and thus potentially reduce the chronicity of this condition.