Le degré de rétention de l’arboricolisme dans le répertoire locomoteur des hominines fossiles du Pliocène est toujours matière à débat, les études ayant principalement porté sur la courbure des phalanges et la proportion des membres. Vu la récente découverte de DIK-1-1 (A. afarensis) et de la scapula qui lui est associée, l’étude de cet os d’un point de vue fonctionnel est intéressante, puisqu’il est directement impliqué dans la locomotion de presque tous les hominoïdes. Le but de cette étude est de tenter d’établir un lien entre l’orientation supéro-inférieure (SI) et antéro-postérieure (AP) de la cavité glénoïde de la scapula et les comportements locomoteurs chez les grands singes et l’humain moderne. Des analyses comparatives sur les adultes ont été réalisées pour 1) voir s’il existe des différences dans la morphologie étudiée entre les espèces et 2) voir si ces différences peuvent être expliquées par la taille corporelle. Des analyses ontogéniques ont aussi été réalisées pour voir si un accroissement de la taille corporelle pendant le développement et les changements locomoteurs qui y sont associés correspondent à un changement d’orientation de la cavité glénoïde. Les résultats montrent que les humains ont une cavité glénoïde qui est orientée moins supérieurement que les grands singes, mais que Pongo, bien qu’étant le plus arboricole, n’a pas l’orientation la plus supérieure. Les « knuckle-walkers » (Pan et Gorilla) se distinguent des autres hominoïdes avec une orientation de la surface glénoïde relative à l’épine plus inférieure. La taille corporelle ne semble pas influencer la morphologie étudiée, sauf parfois chez le gorille. Seuls l’humain et les mâles Pongo montrent un changement ontogénique dans l’orientation de la cavité glénoïde relativement à l’épine. Sur la base de ces résultats, l’orientation de la cavité glénoïde semble refléter partiellement la fonction du membre supérieur dans la locomotion, mais des recherches plus poussées sont nécessaires. Mots-Clés : Scapula, cavité glénoïde, grands singes, humains, locomotion, arboricolisme. / The degree to which Pliocene fossil hominins have retained some form of arborealism in their locomotor repertoire is still matter of debate, in part because studies linking upper limb morphology to locomotor behaviors in primates mostly focused on phalangeal curvature and limb proportions. Given the recent discovery of DIK-1-1 (A. afarensis) and its associated scapula, investigation of this bone from a functional perspective seemed of interest since it is directly involved in almost every hominoid’s locomotion. The purpose of this study is to try to establish a link between the superoinferior and anteroposterior orientation of the glenoid cavity of the scapula and locomotor behaviors in living great apes and modern humans. Comparative analyses were performed on adult individuals to 1) establish if there were differences across species and 2) verify that those differences, if any, could be linked to overall body size. Ontogenetic analyses were also performed at the intraspecific level to see if a change in body size during development, which is often associated with changes in locomotor behaviors, is related to a change in the orientation of the glenoid cavity. These results show that humans have a more inferiorly oriented glenoid cavity than great apes, but Pongo, even if it is the most arboreal species, does not have the most superiorly oriented glenoid cavity. Knuckle-walkers (Pan and Gorilla) differ from other hominoids, exhibiting a more inferiorly oriented glenoid cavity relative to the spine. Body size does not seem to influence the orientation of the articulation, with a few exceptions for gorillas. Only humans and male Pongo show a significant ontogenetic change in the orientation of the glenoid cavity relative to the spine. On the basis of these results, the orientation of the glenoid cavity seems to reflect only in part the use of the upper limb in locomotion, however, it will need to be investigated further.

Cette thèse s’est d’abord voulue pratique. La chirurgie de l’épaule est en pleine expansion avec le vieillissement croissant de la population et la pratique de plus en plus généralisée du sport. L’épaule est une articulation complexe. Paradoxalement les progrès techniques en chirurgie sont sans cesse grandissants et renouvelés tandis que l’on tientpour acquis des données anatomiques démontrées il y a longtemps et rapportées jusqu’à nos jours. Nous avons voulu confronter l’anatomie avec les techniques diagnostiques actuelles et voir si cela pouvait avoir un impact sur les pratiques chirurgicales. Nous avons également voulu voir si certaines complications chirurgicales pouvaient s’expliquer par des données anatomiques. Ce qui a orienté nos recherches sont les principaux problèmes actuels en pathologie de l’épaule c’est-à-dire la coiffe des rotateurs et le syndrome sous-acromial. Les observations lors des nombreuses dissections de l’épaule nous ont conduit à ces réflexions : comment la glène est-elle vascularisée?, pourquoi est-elle si fragile?, que se passe-t- il dans l’espace sous acromial?, quelle est l’utilité du ligament coraco-acromial?, quels sont ses rapports avec lesuprapinatus?, pourquoi l’insertion du supraspinatus est-elle fragile et difficile à reconstituer ?, la qualité osseuse de la tête humérale a-t-elle un impact sur la géographie des fractures, les échecs des ostéosynthèses, les descellements prothétiques?, qu’est ce que la chape delto-trapézoidienne? Autant de questions que nous nous sommes posées endisséquant cette articulation très complexe qui est l’épaule. Par ailleurs, l’anatomie classique peut maintenant secompléter non seulement de l’histologie, mais aussi de techniques radiologiques modernes comme l’IRM l, le microCT, le synchrotron, la reconstruction 3D, la modélisation en éléments finis. / I would like to make a practical thesis. Shoulder surgery is growing and growing as the population is ageing and people is doing more and more sports activities. A lot of technical progress were done but there are still a lot of surgical complications. On the other way some very old anatomical ideas are still alive. I want to see with the actual knowledge, if some surgical complications could be explained by anatomy. Subacromial pathology and bone quality remain the two mainproblems of shoulder surgery and pathology. That’s what had suggested to me this study about the shoulder. I was supposed to analyze glenoid bone first .The aim was to know more about arterial supply of glenoid. That was my firststudy (article 1). Then, I was interested in glenoid bone quality. And the second study had appeared. (article 2). During the shoulder dissection, I was looking for the fascia delto-trapezoidal which I didn’t found as described in books. It was my third study. (article 3). Going on I found the coraco-acromial ligament and I was surprised to see the constant portion under the acromial process. And that gave me the idea for the fourth study. (article 4).As I had discovered the very interesting technique of micro-Ct densitometry, I would like to apply it to the humeral head bone. There was the fifth study. (article 5)But, I want to know more and more about bone quality and I went on with the greater tuberosity and especially the area ofsupraspinatus insertion. The insertion and the sub-chondral bone were analyzed. There’s the last but not least study!(article 6). I was really interested in supraspinatus muscle and tendon and I want to follow the course of the muscle as the zone of conflict. I was the subject of study in life as I went through RMI . The muscle was reconstructed as finite element. Then it was possible to describe the zone of conflict with the supraspinatus. Here’s the seventh article. (article 7)

Les prothèses totales d’épaule ont une survie limitée due essentiellement au descellement de l’implant scapulaire. Le but de ce travail de recherche est la contribution à la mise au point d’un nouvel implant scapulaire à fixation sans ciment.Une première partie a concerné la caractérisation de l’anisotropie et des hétérogénéités de l’os spongieux de la glène par une expérimentation en compression, cette partie a abouti à l’élaboration d’une loi de comportement de l’os spongieux de la glène. La seconde partie de ce travail s’est focalisée sur la modélisation par éléments finis des contraintes aux points d’ancrage de l’implant.Les résultats des tests de simulation montrent l’incapacité du spongieux à assurer un effet press-fit dans le plan transversal, car on observe le dépassement des contraintes maximales pour un déplacement minime. Ce résultat met en question les modes de fixation primaire utilisés ce jour dans les prothèses sans ciment. Nos résultats montrent que la modification de la direction de chargement serait susceptible d’améliorer la fixation primaire ce qui ouvre des perspectives nouvelles pour le dessin d’une prothèse sans ciment. / Total shoulder prostheses have a limited survival due mainly to the loosening of the glenoid implant. The purpose of this research is the contribution to the development of a new glenoid implant with cementless fixation.The first part concerned the characterization of the anisotropy and heterogeneity of cancellous bone of the glenoid by a compression experimental tests, this part has led to the drafting of a law of behavior of cancellous bone of the glenoid . The second part of this work has focused on finite element modeling of stress around the anchors of the glenoid implant.Simulation test results show the inability of the transversal plane of the glenoid to ensure effective press-fit fixation with stresses above strength properties of the cancellous bone with a minimal displacement. This calls into question the current modes of primary fixation of cementless implant. However, it appears that a change in the direction of loading would be beneficial for the primary fixation, which opens new perspectives for the design of a cementless prosthesis.

RÉSUMÉ Le degré de rétention de l’arboricolisme dans le répertoire locomoteur des hominines fossiles du Pliocène est toujours matière à débat, les études ayant principalement porté sur la courbure des phalanges et la proportion des membres. Vu la récente découverte de DIK-1-1 (A. afarensis) et de la scapula qui lui est associée, l’étude de cet os d’un point de vue fonctionnel est intéressante, puisqu’il est directement impliqué dans la locomotion de presque tous les hominoïdes. Le but de cette étude est de tenter d’établir un lien entre l’orientation supéro-inférieure (SI) et antéro-postérieure (AP) de la cavité glénoïde de la scapula et les comportements locomoteurs chez les grands singes et l’humain moderne. Des analyses comparatives sur les adultes ont été réalisées pour 1) voir s’il existe des différences dans la morphologie étudiée entre les espèces et 2) voir si ces différences peuvent être expliquées par la taille corporelle. Des analyses ontogéniques ont aussi été réalisées pour voir si un accroissement de la taille corporelle pendant le développement et les changements locomoteurs qui y sont associés correspondent à un changement d’orientation de la cavité glénoïde. Les résultats montrent que les humains ont une cavité glénoïde qui est orientée moins supérieurement que les grands singes, mais que Pongo, bien qu’étant le plus arboricole, n’a pas l’orientation la plus supérieure. Les « knuckle-walkers » (Pan et Gorilla) se distinguent des autres hominoïdes avec une orientation de la surface glénoïde relative à l’épine plus inférieure. La taille corporelle ne semble pas influencer la morphologie étudiée, sauf parfois chez le gorille. Seuls l’humain et les mâles Pongo montrent un changement ontogénique dans l’orientation de la cavité glénoïde relativement à l’épine. Sur la base de ces résultats, l’orientation de la cavité glénoïde semble refléter partiellement la fonction du membre supérieur dans la locomotion, mais des recherches plus poussées sont nécessaires. Mots-Clés : Scapula, cavité glénoïde, grands singes, humains, locomotion, arboricolisme. / ABSTRACT The degree to which Pliocene fossil hominins have retained some form of arborealism in their locomotor repertoire is still matter of debate, in part because studies linking upper limb morphology to locomotor behaviors in primates mostly focused on phalangeal curvature and limb proportions. Given the recent discovery of DIK-1-1 (A. afarensis) and its associated scapula, investigation of this bone from a functional perspective seemed of interest since it is directly involved in almost every hominoid’s locomotion. The purpose of this study is to try to establish a link between the superoinferior and anteroposterior orientation of the glenoid cavity of the scapula and locomotor behaviors in living great apes and modern humans. Comparative analyses were performed on adult individuals to 1) establish if there were differences across species and 2) verify that those differences, if any, could be linked to overall body size. Ontogenetic analyses were also performed at the intraspecific level to see if a change in body size during development, which is often associated with changes in locomotor behaviors, is related to a change in the orientation of the glenoid cavity. These results show that humans have a more inferiorly oriented glenoid cavity than great apes, but Pongo, even if it is the most arboreal species, does not have the most superiorly oriented glenoid cavity. Knuckle-walkers (Pan and Gorilla) differ from other hominoids, exhibiting a more inferiorly oriented glenoid cavity relative to the spine. Body size does not seem to influence the orientation of the articulation, with a few exceptions for gorillas. Only humans and male Pongo show a significant ontogenetic change in the orientation of the glenoid cavity relative to the spine. On the basis of these results, the orientation of the glenoid cavity seems to reflect only in part the use of the upper limb in locomotion, however, it will need to be investigated further. Keywords : Scapula, glenoid cavity, great apes, humans, locomotion, arboreality.

Die vorliegende Studie befasste sich mit zwei Fragestellungen. Im ersten Teil wurde die Projektionsabhängigkeit von radiologischen Landmarken im konventionellen Röntgenbild der Schulter und damit deren klinische Anwendbarkeit untersucht. Im zweiten Teil wurde das Auftreten von sog. röntgenhellen Linien (RLL) bei Glenoidersatz im konventionellen Röntgen und im CT untersucht. Beide Fragestelllungen sind in der Beurteilung von Landmarken von Glenoidkomponenten in der Endoprothetik der Schulter von Bedeutung. Zur Beantwortung der ersten Frage wurden 6 mit Markierungen versehene humane Scapula-Leichenpräparate in 25 Projektionen geröntgt und der Einfluss der Projektionen auf gängige Landmarken gemessen. Die Landmarken wurden an der Margo lateralis, Margo medialis, knöchernen Glenoid, Coracoidbasis, Fossa supraspinata und oberen Linie der Spina scapulae festgelegt. Zur Beantwortung der zweiten Frage wurden 10 humane Glenoid-Leichenpräparate mit einzementierter Glenoidkomponente im konventionellen Röntgen und im CT untersucht. Alle gewonnenen radiologischen Bilder wurden von zwei Untersuchern vermessen und die Interobserverreliabilität errechnet. Die Ergebnisse des ersten Teiles sowohl der Messwerte der Landmarken als auch der Interobserverreliabilität zeigten, dass die Margo medialis des Schulterblattes die zuverlässigsten Ergebnisse bei der Robustheit gegen Verkippung zur Beurteilung des Kunststoff Glenoids aufwiesen. Im klinischen Alltag ist diese Landmarke jedoch auf vielen Röntgenbildern der Schulter nicht mit abgebildet. Es zeigte sich, dass die am wenigsten projektionsabhängige Landmarke, die regelmässig auf Schulteraufnahmen abgebildet ist, die Margo lateralis scapulae ist. Als Ergebnis des zweiten Teiles zeigte sich, dass im konventionellen Röntgen sichtbare RLL im CT nicht alle zur Darstellung kamen und somit als Artefakte zu werten waren. Aufgrund der klinisch schwierig durchzuführenden Röntgentechnik kann nicht immer eine exakte AP Aufnahme im konventionellen Röntgen gewonnen werden, wodurch auch projektionsbedingt Doppellinien erscheinen können. Diese wurden vermutlich durch die konvexe Form des PE Glenoids und Zementfehlern verursacht. Zur Beurteilung einer Lockerung sollte also eine Computertomografie angefertigt werden. Weiterhin zeigte sich aber auch im CT, dass frisch implantierte Glenoidkomponenten trotz optimaler Bedingungen RLL aufweisen. Dies zeigte deutlich, dass die Zementiertechnik auch in ihrer modernen Form noch nicht voll ausgereift war und deshalb weiterhin nach Verbesserungsmöglichkeiten gesucht werden sollte. / The aim of this study was to evaluate the reliability of different bony landmarks on radiographs after implantation of a total shoulder arthroplasty when the scapula is tilted compared with the ideal ap view. To assess loosening of the glenoid component, serial evaluation of ap radiographs of the scapula has been established as the 'gold standard. This study also verified the incidence of radiolucent lines (RLL) in radiographs and on CTscans to show different measurements of localization and appearance of the RLL. For the first aim of this study glenoid components were implanted into 6 human cadaveric scapulae. Radiographs were taken exactly anterior-posterior in the frontal plane, as well as craniocaudal tilted (±15° and ±30°) and mediolateral tilted (±10° and ±20°). The following landmarks were evaluated: lateral margin of the scapula, medial margin of the scapula, floor of the fossa supraspinatus line, spine of the scapula line, glenoid fossa line, and coracoid base line. In the second part of this study, 10 glenoid components were implanted into human cadaveric glenoids and a CT-scan as well as radiographs were made in an exact anteriorposterior view. The images were compared to evaluate the localization, incidence and form of the RLL. Every X-ray was measured by two different examiners to show the interobserver reliability. Regarding robustness against glenoid tilt, the medial margin of the scapula had the best intraobserver and interobserver reliability, whereas the lateral margin of the scapula had an acceptable intraobserver and interobserver reliability. In measuring medial migration, the glenoid fossa line had a significantly lower intraobserver and interobserver reliability than the coracoid base line. Because conventional radiographs were hardly done in exact ap direction despite the laboratory within, RLL were seen on X-ray although no RLL actually existed. The CT-scans highlighted the existence of artefacts, which looked like RLL on conventional radiography. The curved form of the glenoid component can cause double lines, which look like RLL on X-rays. However, the conventional radiography can still be used to detect an increase of RLL in postoperativ control X-rays. To be absolutely sure whether RLL do exist a CT-scan has to be done. This study shows that, even under best conditions for an implantation of glenoid components RLL can be viewed due to false cementation technique. The results underline that the cement implantation can still be improved to minimize the incidence of RLL.

Introdução: A trilha da glenoide é determinada pelo contato que a cartilagem da cavidade glenoidal promove na superfície articular da cabeça do úmero em abdução e rotação lateral. É considerada importante parâmetro na tomada de decisão do tipo de tratamento cirúrgico da instabilidade glenoumeral anterior. Os limites da trilha da glenoide foram definidos por meio de estudos em cadáveres ou por exames de imagem, que não contemplam as forças articulares fisiológicas envolvidas no contato articular. Modelos numéricos de elementos finitos têm a capacidade de simular essas forças articulares e seus efeitos no contato entre as superfícies articulares. Objetivo: Avaliar a trilha da glenoide em modelo numérico de elementos finitos do ombro. Métodos: Será construído um modelo numérico de elementos finitos do ombro baseado em exames de imagem de um voluntário. O modelo contemplará o úmero, a escápula, suas respectivas cartilagens articulares e os músculos do manguito rotador e deltóide. O modelo será validado quanto a sua anatomia e fisiologia e terá liberdade de translação em três eixos. A trilha da glenoide será avaliada nas seguintes posições: 0º, 60º, 90º e 120º de abdução, todas a 90º de rotação lateral. Para cada posição serão avaliadas as características de contato articular e medida a trilha da glenoide conforme referências da literatura. Resultados: O valor da trilha da glenoide em 90º de abdução, segundo parâmetros de Yamamoto, foi de 86% do comprimento máximo anteroposterior da cavidade glenoidal antes do carregamento das forças, e de 79% após. A trilha da glenoide em 60º, 90º e 120º de abdução, segundo parâmetros de Omori, correspondeu respectivamente a 71%, 88% e 104% do comprimento anteroposterior de Omori antes do carregamento das forças, e, após, de 76%, 84% e 103%. Conclusão: Foi construído um modelo numérico validado de elementos finitos do ombro adequado para estudo do contato articular. A análise do contato articular desse modelo ratifica o conceito da trilha da glenoide e contribui para sua evolução / Introduction: The glenoid track is determined by the contact of the glenoid on the articular surface of the humeral head in abduction and external rotation. It is considered an important parameter in decision-making on the type of surgical treatment for anterior glenohumeral instability. The limits of the glenoid track were defined through cadaver studies, or by imaging exams, which do not take into account the physiological articular forces involved in the articular contact. Finite elements numerical models are able to simulate these articular forces and their effects on the contact between the articular surfaces. Objective: To evaluate the glenoid track in a finite elements numerical model of the shoulder. Methods: A finite elements numerical model of the shoulder will be made, based on imaging exams of a volunteer. The model will include the humerus, scapula, their respective articular cartilages, and the rotator cuff and deltoid muscles. The model will have its anatomy and physiology validated, and will have freedom of translation in three axes. The glenoid track will be evaluated in the following positions: 0º, 60º, 90º and 120º of abduction, all at 90º external rotation. For each position, characteristics of articular contact will be evaluated, and the glenoid track measured according to the literature references. Results: The value of the glenoid track at 90º abduction, according to the parameters of Yamamoto, was 86% maximum anteroposterior length of the glenoid before loading of forces, and 79% afterwards. The glenoid track at 60º, 90º and 120º of abduction, according to Omori\'s parameters, corresponded, respectively, to 71%, 88% and 104% of Omori\'s anteroposterior length before loading of forces, and 76%, 84% and 103% afterwards. Conclusion: A validated finite elements numerical model of the shoulder suitable for the articular contact evaluation was made. The articular contact analysis ratifies the glenoid track concept and contributes to its evolution

Deux méthodes d’assistance opératoire, pour le positionnement du composant glénoïdien d’une prothèse d’épaule, sont explorées. Elles ont pour dénominateur commun une reconstruction 3D première de la glène pathologique à implanter. Une approche essentiellement clinique, avec des travaux d’application pratique, est proposée pour la technologie des Patients Specific Implants (PSI), dont l’utilisation en orthopédie est croissante. Une approche davantage technologique est ensuite proposée, de type Réalité Augmentée, jusqu’à maintenant encore inexploitée dans le champ de la chirurgie orthopédique. La faisabilité de cette approche, les conditions d’emploi des technologies inhérentes, ont été étudiées. En amont, un nouveau type d’information pour implémenter, sur le support connecté (lunettes électroniques), l’application de réalité, est proposé, avec la modélisation mathématique par régression linéaire multiple d’une glène normale. L’objectif secondaire est d’obtenir une banque de données dites de glènes génériques normales, pouvant servir de référence à la reconstitution d’une glène pathologique à traiter, après un processus de morphing. / In this thesis, two methods of operating assistance for the positioning of the glenoid component of a shoulder prosthesis, are addressed. They have in common a preliminary 3D reconstruction of the pathological glenoid to implant. A main clinical approach, with practice studies, is proposed for the Patient Specific Implants technology, which is currently used in orthopaedics. Then a main prospective and technological approach is proposed with the Augmented Reality, while it is so far untapped in the field of orthopaedic surgery. The feasibility of this last technology, as well as the tools and the manual for its use, were studied. Upstream, a new type of information to implement the augmented reality connected application support is offered, with mathematical modeling by multiple linear regression of a normal glenoid. The second goal is to build a normal generic glenoids database. It can be used as reference to the reconstruction of a pathological glenoid to treat, after a morphing process step.