Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Problématique : La réadaptation post reconstruction du ligament croisé antérieur (rLCA) est longue, un résultat positif n'est pas garanti et la réadaptation entre le 3ᵉ et le 6ᵉ mois post rLCA est rarement standardisée. Le programme intensif post rLCA du Rouge & Or de l'Université Laval (PRORO-UL) entraînerait de bons résultats selon les cliniciens l'utilisant, mais il n'a jamais été étudié avec des athlètes amateurs (AA) en comparaison avec le traitement usuel ($Guide d'intervention du CHU de Québec - Université Laval et cliniques privées de Québec$ (CHU-CP)). Méthodes : Lors d'un essai clinique randomisé à simple insu (NCT04137003), 66 AA (3 mois après rLCA) ont été assignés de façon aléatoire au groupe PRORO-UL (n=33; 23,3 ± 3,25 ans) ou au groupe CHU-CP (n=33; 24,9 ± 4,92 ans). Les symptômes et limitations fonctionnelles ont été évalués au 3ᵉ, 6ᵉ, 9ᵉ et 12ᵉ mois post rLCA. La variable principale était le questionnaire $Knee Outcome Survey-Activities of Daily Living Scale et les questionnaires International Knee Documentation Committee, Anterior Cruciate Ligament-Return to Sport after Injury, Brief Pain Inventory$ et les tests de sauts, force musculaire des extenseurs et fléchisseurs du genou et le taux de retour au sport (RAS) à un an étaient les variables secondaires. Des analyses non paramétriques pour données longitudinales ont été réalisées. Résultats : Toutes les variables ont évolué favorablement pour les deux groupes (effet temps : p<0,0001 à 0,042) sans interaction significative groupe x temps (p=0,074 à 0,962) ni d'effets de groupe (p=0,096 à 0,865). Aucune différence n'a été observée pour le RAS (PRORO-UL 39%, 11/28; CHU-CP 37%, 11/30) (p = 0.840)). Conclusions : Structuré, spécifique et exigeant, le PRORO-UL n'entraîne pas de gains supérieurs au CHU-CP chez des AA, mais il demeure une alternative efficace, standardisée et sans effets négatifs 3 mois post rLCA. / Background : Rehabilitation following anterior cruciate ligament reconstruction (ACLr) is long, a positive outcome is not guaranteed, and no standardization exists during the 3-6-month period. The intensive program post ACLr Rouge & Or de l'Université Laval (PRORO-UL) seems to lead to good results according to the clinicians that implemented it but has not been used with amateur athletes nor compared with usual rehabilitation care ($Guide d'intervention du CHU de Québec - Université Laval et cliniques privées de Québec$ (CHU-CP)). Method: For this single-blind (evaluator) randomized controlled trial (NCT04137003), 66 amateur athletes (3 months post ACLr) were randomly assigned to PRORO-UL (n=33; aged 23.3 ± 3.25) or CHU-CP (n=33; aged 24.9 ± 4.92). Symptoms and functional limitations were assessed at baseline (3 months post ACLr), 6-, 9- and 12-months post ACLr. Knee Outcome Survey-Activities of Daily Living Scale (KOS-ADLS) is the primary outcome and the International Knee Documentation Committee questionnaire, Anterior Cruciate Ligament-Return to Sport after Injury scale, Pain Severity subscale of the Brief Pain Inventory, hop-tests, knee flexor and extensor muscle strength and return to sport (RTS) rate were the secondary outcomes. Nonparametric analysis for longitudinal data were used to compare groups. Result: While both groups evolved favourably on all outcomes (Time effect: p<0.0001 to 0.042), there were no significant group x time interactions (p=0.074 to 0.962) nor group effect (p=0.096 to 0.865). There was no significant difference (p = 0.840) in the one-year RTS rate (PRORO-UL = 39%, 11/28, CHU-CP = 37%, 11/30). Conclusions : In amateur athletes post ACLr, an intensive rehabilitation program, although well structured, specific, and physically demanding, PRORO-UL does not seem to provide incremental benefits compared to CHU-CP. The CHU-CP remains a standardized, feasible, secure, and effective alternative without known adverse effect three months post ACLr.

Le but de cette thèse était d'étudier, in vivo, la cinématique en 3D du genou lors de la marche sur des patients souffrant d'arthrose du genou et de quantifier l'apport de l'arthroplastie totale du genou (PTG) sur la restauration d'une cinématique normale. Trente patients et un groupe de contrôle composé de 12 participants du même âge ont été inclus dans la première étude. Sur ces 30 patients, nous avons obtenu des évaluations de suivi après l'arthroplastie totale du genou sur 20 patients, avec un délai moyen de 11 mois. L'analyse cinématique tridimensionnelle du genou a été réalisée en utilisant le système KneeKGTM. Cette analyse de la marche a révélé que la cinématique de genou avec arthrose médiale diffère de la cinématique du genou sain. Le groupe avec arthrose du genou montrait une stratégie de raidissement de la marche en présentant une réduction de mouvement non seulement dans le plan sagittal, mais aussi dans le plan axial. Après PTG, les patients avaient de meilleurs paramètres cliniques, spatio-temporels et cinématiques. Malgré les améliorations, la cinématique du genou lors de la marche dans le groupe PTG différaient de celle du groupe contrôle / Patients with knee osteoarthritis tend to modify spatial and temporal parameters during walking to reduce the pain. There are common gait features which are consistently shown to be significantly linked to osteoarthritis severity such as knee adduction moment, knee flexion angle, stiffness and walking speed. Total knee arthroplasty (TKA) is considered the gold standard treatment for end-stage knee osteoarthritis. Nearly a million of total knee prosthesis are implanted worldwide each year. However, reduced physical function of the knee is partly, but apparently not fully, remedied by surgery. The purpose of this thesis was to investigate the in vivo, three dimensional knee kinematics during gait at the patients with knee osteoarthritis and the influence of total knee arthroplasty on restoration of normal kinematics. Weight bearing kinematics in medial OA knees differ from normal knee kinematics. Knee OA group showed an altered “screw-home” mechanism by decreased excursion in sagittal and axial tibial rotation and a posterior translation of the tibia. Following TKA, patients had better clinical, spatiotemporal and kinametic parameters. They walked longer, faster and with a better range of motion. Despite improvements, the knee kinematics during gait in TKA group differed from healthy control group. They had a lower extension, lower range of axial rotation and an increased tibial posterior translation. Future research should be focused on comparing different designs of prosthesis pre- and post operatively in a longer follow-up delay

Cette thèse s'intéresse à la conception électro-mécanique des appareils de rééducation fonctionnelle de type exosquelette. Nous avons élaboré une méthode de conception générale des orthèses passives ou actives, prenant en considération les mobilités de l'articulation, les perturbations musculaires, ainsi que le non-alignement possible entre l'axe articulaire et les axes de l'appareil. Cette approche permet de concevoir des exosquelettes isostatiques, qui en théorie ne contraignent pas le mouvement physiologique de l'articulation qu'ils entraînent. Cette méthode est d'abord utilisée pour concevoir un dispositif passif de mesure de la cinématique ou de la dynamique de l'articulation du genou. Nous utilisons la notion d'axe hélicoïdal instantané, bien connu en biomécanique, pour représenter le mouvement physiologique de cette articulation. Pour mesurer la position de cet axe, nous utilisons les mesures de position et de vitesse articulaires d'un goniomètre polyarticulé passif à 6 degrés de liberté conçu et testé dans le cadre de ces travaux. Dans un second temps, cette méthode a été appliquée à la conception d'une orthèse active pour le genou. Les premiers tests expérimentaux sont satisfaisants et confirment nos hypothèses. La commande en effort est facilitée grâce à la propriété d'iso-statisme du mécanisme. Outre la fonction de guidage et/ou de résistance aux mouvements articulaires, ce prototype peut également servir comme le précédent de dispositif de mesure de la cinématique ou de la dynamique de l'articulation. Parmi les applications possibles, on citera la récupération d'amplitude articulaire, ou l'assistance à la marche.

Résumé: Les lésions méniscales sont des blessures fréquentes au genou et peuvent limiter la descente d’un escalier. À ce jour, la cinématique de la descente d’une marche d’escalier n’a jamais été étudiée dans les trois dimensions (3D) chez ces personnes. Le taping patellaire a déjà démontré des effets correcteurs sur la cinématique du genou mais ses effets n’ont jamais été étudiés chez des personnes souffrant d’une lésion méniscale. Cette étude vise à évaluer l’effet du taping patellaire ainsi que celui d’un taping sans tension sur la cinématique en 3D du genou lors de la descente d’une marche, à vitesse lente, chez cette clientèle. Dix patients ayant reçu un diagnostic de lésion méniscale, confirmé en imagerie par résonance magnétique, ont effectués cinq descentes d’une marche, à vitesse lente, sous trois différentes conditions: Aucune intervention, avec un taping patellaire et avec un taping sans tension. Les données de la cinématique en 3D ont été recueillies en utilisant un système d’analyse du mouvement de huit caméras infra-rouge de marque Vicon. Les angles maximums et minimums ainsi que l’amplitude de mouvement (angle maximal – angle minimum) dans chacun des trois plans de l’espace ont été comparés lors de la phase unipodale en utilisant une ANOVA à mesures répétées. Les résultats démontrent une réduction significative des angles maximums et minimums de flexion et de rotation interne, tout comme une réduction de l’amplitude de rotation interne lorsque la condition avec le taping patellaire est comparée aux deux autres conditions. Un décalage significatif vers des angles d’abduction plus petits est également observé avec les deux tapings par rapport à la condition de base. La tension appliquée dans le taping patellaire peut jouer un rôle bénéfique dans le contrôle du mouvement de la descente d’une marche. // Abstract: Meniscus lesions are common musculosquelettal knee injury often leading to pain, limitation and compensation in functional tasks like stair descent. To this day, no study has examined the knee’s three dimensional (3D) kinematics during this task with patients having a meniscal lesion. Patellar taping was shown to have corrective effect on the knee kinematics but its effect have never been observed on patients having a meniscal lesion. This study investigated the effect of a patellar taping and a tension-free taping on the three dimensional kinematics of the knee of patient having a meniscal lesion during a slow step descent task. Ten patients diagnosed with a meniscal lesion confirmed by magnetic resonance imaging underwent five step descent movements at slow speed under three different conditions: No intervention, tension-free taping and patellar taping with a medial tension applied. Three dimensional (3D) kinematics data were recorded at the injured knee using an eight camera infra-red Vicon motion analysis system. Maximum and minimum angle value and angle range (maximum - minimum value) in the three movement planes during single-limb stance were compared using a repeated measure ANOVA. Results showed significant reduction of the flexion and internal rotation maximum and minimum angle value, and a decreased internal rotational angle range when comparing the patellar taping with the two other conditions. A significant downward offset of the maximum and minimum abduction angle value was also observed under the two taping condition. Tension applied to taping plays a beneficial role in the control of the sagittal and transverse plane step - down movement in the patients of our study.

Résumé : Problématique: Près de 40% des 57 718 Canadiens ayant subi une arthroplastie du genou entre 2013 et 2014 étaient des travailleurs; la majorité étant âgée entre 55 à 64 ans. Des indices démographiques et législatifs laissent entrevoir que ce nombre continuera d’augmenter dans les prochaines années. Environ 15 à 30% de ces patients éprouvent des difficultés à reprendre ou à demeurer au travail six mois après la chirurgie. Malgré l’ampleur du phénomène, la perspective des travailleurs quant à ces difficultés demeure inconnue. Objectifs : Ce projet vise à mieux comprendre, selon la perspective du travailleur, les mécanismes sous-jacents à reprendre, ou non, une vie saine et active au travail à la suite d’une arthroplastie du genou. Plus précisément, il s’agit de décrire les représentations de l’incapacité au travail de ces travailleurs. Méthode : Ce projet qualitatif est basé sur une approche narrative avec comme cadre conceptuel le modèle d’autorégulation de Leventhal. Un échantillon de convenance de huit travailleurs ayant eu une arthroplastie du genou et éprouvant des difficultés à reprendre ou à demeurer au travail a été recruté. Des entrevues individuelles semi-dirigées ont été conduites. La méthode de Landry a été suivie pour le codage. D’abord, le cadre conceptuel a permis l’élaboration du cahier de codification tout en laissant la place à des codes émergents. Une analyse thématique des verbatim a ensuite été réalisée à l’aide du logiciel AtlasTi par deux codeurs indépendants (PM et MFC) qui ont discuté des codes divergents. Une fois toutes les entrevues codées, des réunions en équipe multidisciplinaire (kinésiologue, psychologue et physiothérapeute) ont eu lieu pour discuter de chaque cas et profiter de l’expertise de chacun des membres de l’équipe pour une analyse en profondeur. Résultats : La moitié des travailleurs rencontrée était absente du travail au moment de l’entrevue. L’émergence de cinq thèmes principaux a permis d’identifier deux cas types, soient retournés au travail avec difficultés, mais présence de soutien, et non retournés. Les travailleurs de la première trajectoire rapportent une implication de l’entreprise dans les démarches de retour au travail et ont les conditions nécessaires pour prendre des moyens actifs afin d’améliorer leur condition. Pour les travailleurs de la deuxième trajectoire, différents obstacles nuisent à la reprise des activités dont des complications postopératoires, une perception d’exigences de travail élevées, un faible soutien de l’environnement de travail et peu de ressources pour les aider. Conclusion : L’identification d’une trajectoire qui est moins favorable au retour au travail permet d’identifier les travailleurs à risque d’être en situation d’incapacité au travail. Ces travailleurs pourraient bénéficier de services en réadaptation au travail pour favoriser la reprise d’une vie saine et active après l’arthroplastie du genou. / Abstract : Purpose: Nearly 40% of the 57,718 Canadians who underwent total knee arthroplasty (TKA) between 2013 and 2014 were workers; the majority of them were aged from 55 to 64 years. Demographic and legislative indications suggest that this number will increase in the coming years. Actually, 15 to 30% of these patients report limitations at work or are not able to return to work six months after the surgery. Despite this growing phenomenon, workers’ insight on what influence work disability remains unknown. Objectives: The purpose of this study is to understand the worker’s perspective on what contributes or impedes the return to an active working life after TKA. Specifically, we aimed to document workers’ representations of their disability following TKA. Method: This qualitative study was conducted based on a narrative approach using Leventhal’s Common Sense Model (CSM) as the conceptual framework. A convenience sample of eight workers experiencing limitations while at work or being fully disabled (on sick leave) after TKA was interviewed. We conducted semistructured interviews, and then we followed Landry’s method for coding. First, we used a mixed coding method whereby codes were established a priori using the CSM with the possibility for emergent codes. Second, two researchers (PM and MFC) independently coded all interviews, compared the codes, and discussed diverging results. Third, after coding all interviews and based on the coding, content analysis was performed in multidisciplinary team (psychologist, physiotherapist, kinesiologist). Each interview was discussed by the team to compare the analysis and to obtain consensus as we believe our disciplinary backgrounds might impact interpretation of the data by bringing new information to the case. Content analysis was performed with Atlas-Ti software. Results: Half of the workers were fully disabled because of TKA. We identified two typical cases: workers who returned to work with difficulties but perceived support from their environment and workers who did not returned to work. The workers that returned to work reported involvement of their work environment in the return-to-work process. They felt they had greater improvement after TKA, and this enables them to further improve their condition. Workers who did not return to work encountered various obstacles such as ostoperative complications, a more physically-demanding job, negligible support from their work environment, and few resources to help them. Conclusion: The identification of a case that is less favorable to return to work allowed us to identify workers at risk of work disability. These workers could benefit from work rehabilitation services in order to promote a better active working life after TKA.

L’objectif de ce travail de thèse était d’évaluer les bénéfices thérapeutiques d’un entraînement par imagerie motrice chez les patients ayant subi une prothèse totale de genou unilatérale. Combiner l’imagerie motrice avec la physiothérapie classique a permis de diminuer la douleur et d’augmenter la force du quadriceps durant la phase aiguë, au 1er mois postopératoire. Durant la phase chronique, au 6ème mois postopératoire, l’imagerie motrice permettrait de corriger l’asymétrie de la marche, d’une part en augmentant la force du quadriceps ipsilatéral et, par conséquent, en accentuant la charge sur le genou opéré, et d’autre part en augmentant la flexion maximale du genou durant la phase oscillante. L’imagerie motrice pourrait également aider les personnes âgées après la prothèse totale du genou à monter les escaliers plus rapidement, en toute sécurité. Cela peut atténuer le risque de chute dans les escaliers et, par conséquent, diminuer la fréquence des blessures graves. En conclusion, intégrer l’imagerie motrice dans les programmes de rééducation après prothèse totale du genou primaire unilatérale est pertinent et prometteur / The primary aim of the present work was to determine the therapeutic benefits of a specific motor imagery training. Combining motor imagery with classical physical therapy was found to be effective in reducing pain and increasing quadriceps strength after total knee arthroplasty during the acute phase at the first month postoperatively. During the chronic phase, at the 6th month postoperatively, motor imagery might contribute to correct the asymmetry of gait by increasing the strength of the ipsilateral quadriceps and, consequently accentuating the weight loading on the operated knee, as well as by improving knee proprioception through an increase in the maximum knee flexion during the swing phase. MI might also help elderly people after total knee arthroplasty to climb stairs more quickly, easily, and safely. This could attenuate the risk of falls on stairs, and consequently decrease the frequency of major injuries. In summary, the integration of motor imagery in clinical rehabilitation programs after primary unilateral total knee arthroplasty is relevant and promising

La cinématique de l’articulation du genou est complexe. Elle est déterminée par des paramètres géométriques et des paramètres mécaniques. Les paramètres géométriques sont principalement définis par la géométrie des os, des surfaces articulaires et par les insertions des différents tissus mous. Les paramètres mécaniques sont définis par les caractéristiques des tissus mous exprimés par les lois qui relient les distances entre leurs insertions et les efforts qu’ils génèrent. Les muscles, tendons et ligaments sont caractérisés par leur constante de raideur et leur pré-tension à une position donnée de l’articulation du genou : l’extension totale. Cette thèse analyse à l’aide d’un modèle multi-corps rigides le comportement de l’articulation du genou. La première partie de la thèse décrit la constitution du modèle. La seconde partie positionne le modèle dans des conditions aux limites. La troisième partie présente les résultats du modèle et les compare à différentes publications de la bibliographie. La quatrième et dernière partie fait varier les différents paramètres mécaniques et quantifie leur influence sur la cinématique du genou. Une synthèse des résultats permet de mettre en évidence les paramètres les plus influents sur la rotation interne/externe du tibia par rapport au fémur et sur l’avancée/recul du fémur par rapport au tibia pendant le mouvement de flexion du genou. / Knee kinematic is complex. It depends of geometric parameters and mechanical parameters. Geometric parameters are mainly defined by bone geometry, articular surfaces and by several soft tissues insertions. Mechanical parameters are defined by soft tissues characteristics designed by laws which link distances between their insertions and generated forces. Muscles, tendons, and ligaments are characterized by linear stiffness and pre-load at one specific position of knee joint: full extension. This work analyzes with rigid-body simulation tool, the knee joint comportment. First part of this work describes model construction. Second part places model inside external loads and constrains. Third part shows model results and compares them to several bibliographies. Last and forth part tests several values of each mechanical parameter. This part evaluates influence of parameter to knee kinematic. Synthesis of results helps to show most influent parameters on internal/external rotation of tibia relative to femur and on femur anterior/posterior displacement during knee flexion movement.

L'arthroplastie du genou se généralise et concerne désormais des patients plus jeunes. La gonarthrose, terme spécifique pour décrire l'arthrose du genou, est à l'origine de l'arthroplastie. C'est à partir d'une évaluation radiologique, réalisée dans le plan frontal, que la déviation angulaire du membre inférieur est quantifiée (gonométrie) et que le geste chirurgical est planifié. Une revue de la littérature montre que cette méthode de mesure est cependant très critiquée. Ce travail s'appuie sur une méthode existante: la reconstruction tridimensionnelle du genou à partir de la stéréoradiographie. Afin de transférer cette technique vers la clinique notre objectif a été de mettre en place une recherche sur le développement des outils de mesure, permettant de suivre en trois dimensions l'évolution de la déviation des axes du membre inférieur avant, pendant et après une pose de prothèse de genou. Les résultats montrent que le protocole de reconstruction tridimensionnel du genou à partir de la stéréoradiographie est opérationnel en milieu clinique. Pour la morphométrie, l'erreur moyenne de reproductibilité inter observateur est inférieure à 1 mm, sur le fémur et le tibia réunis. Pour la morphologie, qui s'appuie sur la gonométrie 3D, l'erreur est évaluée pour 95% des essais à 1,6°, à l'exception de certaines mesures qui s'appuient sur des repères anatomiques peu reproductibles actuellement. 14 chirurgies assistées par ordinateur ont été réalisées. La plateforme de navigation est un moyen de quantifier précisément le geste réalisé, c'est avant tout un outil de mesure. Enfin la gonométrie 3D postopératoire est également accessible via la stéréoradiographie. Le protocole 3D pre, per et postopératoire d'analyse de la déviation des axes du membre inférieur est opérationnel, il a pu être appliqué en milieu clinique sur genou pathologique.

La chirurgie assistée par ordinateur a amené une valeur ajoutée significative aux interventions médicales, en fournissant des outils de mesures permettant au chirurgien de quantifier et contrôler leurs gestes. En orthopédie et notamment pour la pose de prothèse totale de genou (PTG), la chirurgie assistée par ordinateur a réduit de manière significative les variations d'alignement et de position, paramètres directement corrélés aux échecs précoces nécessitant une chirurgie de reprise. <br />Les cliniciens restent néanmoins demandeurs d'une précision accrue et de possibilités additionnelles, qui semblent ne pouvoir être offertes que par de la robotique ou des ‘outils intelligents' couplés à de la navigation.<br />Dans ce travail, un nouvel outil robotique dédié au fraisage de l'os pour les chirurgies des PTG a été développé. Notre robot miniature, appelé PRAXITELES, est fixé directement sur l'os sur l'un des côté du genou, il positionne avec précision un guide de fraisage qui permet chirurgien de faire manuellement les coupes.<br />Le fraisage manuel est un acte difficile avec peu de stabilité, c'est pourquoi, un modèle prédictif a été formulé, et des tests ont été menés pour mieux le comprendre et pour l'améliorer. La physique de la coupe osseuse a d'abord été étudiée dans le cas le plus simple : coupe à grande vitesse orthogonale (2D) et oblique (3D). Les résultats ont ensuite été intégrés dans un modèle flexible pour la prédiction des forces de fraisage comme fonction des paramètres chirurgicaux. A partir de l'analyse des forces et de la stabilité, nous faisons des recommandations sur les techniques de fraisages les plus optimales et sur le choix des outils. Des résultats expérimentaux sur cadavre avec notre nouveau robot et avec ces techniques de fraisage sont très encourageants et nous espérons démarrer des essais cliniques dans un futurs proche.