Les arthroplasties totales de la hanche (ATH) et du genou (ATG) sont souvent offertes aux patients atteints de dégénérescence articulaire sévère. Bien qu’efficace chez la majorité des patients, ces interventions mènent à des résultats sous-optimaux dans de nombreux cas. Il demeure difficile d’identifier les patients à risque de résultats sous-optimaux à l’heure actuelle. L’identification de ces patients avant la chirurgie pourrait permettre d’optimiser la gamme de soins et de services offerts et de possiblement améliorer les résultats de leur chirurgie. Ce mémoire a comme objectifs : 1) de réaliser une revue systématique des déterminants associés à la douleur et aux incapacités fonctionnelles rapportées par les patients à moyen-terme suivant ces deux types d’arthroplastie et 2) de développer des modèles de prédiction clinique permettant l’identification des patients à risque de mauvais résultats en terme de douleur et d’incapacités fonctionnelles suivant l’ATH et l’ATG. Une revue systématique de la littérature identifiant les déterminants de la douleur et de la fonction suivant l’ATH et l’ATG a été réalisée dans quatre bases de données jusqu’en avril 2015 et octobre 2014, respectivement. Afin de développer un algorithme de prédiction pouvant identifier les patients à risque de résultats sous-optimaux, nous avons aussi utilisé des données rétrospectives provenant de 265 patients ayant subi une ATH à l’Hôpital Maisonneuve-Rosemont (HMR) de 2004 à 2010. Finalement, des données prospectives sur 141 patients recrutés au moment de leur inclusion sur une liste d’attente pour une ATG dans trois hôpitaux universitaires à Québec, Canada et suivis jusqu’à six mois après la chirurgie ont permis l’élaboration d’une règle de prédiction clinique permettant l’identification des patients à risque de mauvais résultats en terme de douleur et d’incapacités fonctionnelles. Vingt-deux (22) études d’une qualité méthodologique moyenne à excellente ont été incluses dans la revue. Les principaux déterminants de douleur et d’incapacités fonctionnelles après l’ATH incluaient: le niveau préopératoire de douleur et de fonction, un indice de la masse corporelle plus élevé, des comorbidités médicales plus importantes, un état de santé générale diminué, une scolarité plus faible, une arthrose radiographique moins sévère et la présence d’arthrose à la hanche controlatérale. Trente-quatre (34) études évaluant les déterminants de douleur et d’incapacités fonctionnelles après l’ATG avec une qualité méthodologique moyenne à excellente ont été évaluées et les déterminants suivant ont été identifiés: le niveau préopératoire de douleur et de fonction, des comorbidités médicales plus importantes, un état de santé générale diminué, un plus grands niveau d’anxiété et/ou de symptômes dépressifs, la présence de douleur au dos, plus de pensées catastrophiques ou un faible niveau socioéconomique. Pour la création d’une règle de prédiction clinique, un algorithme préliminaire composé de l’âge, du sexe, de l’indice de masse corporelle ainsi que de trois questions du WOMAC préopératoire a permis l’identification des patients à risque de résultats chirurgicaux sous-optimaux (pire quartile du WOMAC postopératoire et percevant leur hanche opérée comme artificielle avec des limitations fonctionnelles mineures ou majeures) à une durée moyenne ±écart type de 446±171 jours après une ATH avec une sensibilité de 75.0% (95% IC: 59.8 – 85.8), une spécificité de 77.8% (95% IC: 71.9 – 82.7) et un rapport de vraisemblance positif de 3.38 (98% IC: 2.49 – 4.57). Une règle de prédiction clinique formée de cinq items du questionnaire WOMAC préopratoire a permis l’identification des patients en attente d’une ATG à risque de mauvais résultats (pire quintile du WOMAC postopératoire) six mois après l’ATG avec une sensibilité de 82.1 % (95% IC: 66.7 – 95.8), une spécificité de 71.7% (95% IC: 62.8 – 79.8) et un rapport de vraisemblance positif de 2.9 (95% IC: 1.8 – 4.7). Les résultats de ce mémoire ont permis d’identifier, à partir de la littérature, une liste de déterminants de douleur et d’incapacités fonctionnelles après l’ATH et l’ATG avec le plus haut niveau d’évidence à ce jour. De plus, deux modèles de prédiction avec de très bonnes capacités prédictives ont été développés afin d’identifier les patients à risque de mauvais résultats chirurgicaux après l’ATH et l’ATG. L’identification de ces patients avant la chirurgie pourrait permettre d’optimiser leur prise en charge et de possiblement améliorer les résultats de leur chirurgie. / Total joint arthroplasties (TJA) are commonly performed procedures for patients afflicted with hip and knee osteoarthritis (OA), and although successful, these surgeries can yield suboptimal results in a non-negligible proportion of patients. In order to improve surgical outcomes, patients at risk of poor results could be targeted with focused interventions. However, the evidence regarding the ability to identify which patients are at risk of poor outcomes is scarce. The objectives of this memoir were 1) to systematically review the literature of preoperative determinants of medium-term patient-reported pain and physical function after total hip arthroplasty (THA) and total knee arthroplasty (TKA) and 2) to develop clinical prediction models allowing the individual identification of patients at risk of poor outcomes following THA and TKA. Systematic literature searches targeting studies evaluating all studied determinants of pain and function following THA and TKA were performed in four important databases until April 2015 and October 2014 respectively. Moreover, retrospective data from 265 patients having undergone THA at the Hôpital Maisonneuve-Rosemont from 2004 to 2010 was used to develop a preliminary prediction algorithm (PA) to identify patients at risk of poor surgical results. Finally, prospective data from 141 patients recruited at their inclusion on a preoperative waitlist for TKA in three hospitals in Québec City, Canada and followed 6 months postoperatively was used to develop a clinical prediction rule (CPR) to identify patients at risk of poor outcomes Twenty-two (22) studies evaluating determinants of poor pain and function after THA with moderate-to-excellent methodological quality found that preoperative levels of pain and function, higher body mass index (BMI), greater medical comorbidities, worse general health, lower education level, lower OA radiographic severity and contralateral hip OA were consistently associated with poor THA outcomes. Thirty-four (34) studies evaluating determinants of poor pain and function after TKA with moderate-to-excellent methodological quality identified preoperative levels of pain and function, greater medical comorbidity, lower general health, greater levels of depression and/or anxiety, presence of back pain, greater pain catastrophizing and greater socioeconomic deprivation as consistently associated with worse outcomes. A preliminary PA consisting of age, gender, BMI and three items of the preoperative Western Ontario and McMaster Universities Osteoarthritis Index (WOMAC) was able to identify patients at risk of suboptimal outcomes (worst quartile of the postoperative WOMAC score and perceiving their operated hip as artificial with minor or major limitations) on an average±standard deviation (SD) of 446±171 days after THA with a sensitivity of 75.0% (95% CI: 59.8 – 85.8), a specificity of 77.8% (95% CI: 71.9 – 82.7) and a positive likelihood ratio of 3.38 (98% CI: 2.49 – 4.57). A CPR consisting of five items of the preoperative WOMAC was able to predict the identity of patients awaiting TKA at the highest risk of poor outcomes (worst quintile of the postoperative WOMAC score) six months postoperatively with a sensitivity of 82.1 % (95% CI: 66.7 – 95.8), a specificity of 71.7% (95% CI: 62.8 – 79.8) and a positive likelihood ratio of 2.9 (95% CI: 1.8 – 4.7). This memoir led to the identification of a list of determinants of pain and disability following TKA and THA with the highest level of evidence to date. Moreover, two clinical prediction models with good predictive capabilities were developed in order to allow the identification of patients at risk of poor outcomes following TKA and THA. These findings could help target the patients most likely to benefit from interventions aimed at diminishing their risk profile and improving surgical outcomes of hip or knee arthroplasties. External validation of these rules is warranted before clinical implementation.

La santé du constitue une préoccupation croissante pour les éleveurs, propriétaires, et le grand public, plusieurs rapports ayant récemment souligné les potentiels impacts négatifs des pratiques d'élevage sur la santé des chiens de race (APGAW 2009, Nicholas 2011), au travers de la diffusion d’affections héréditaires par exemple. Ainsi, l’OFA (Orthopedic Foundation for Animals, http://www.offa.org) considère que la dysplasie de la hanche affecte au moins 163 races de chiens, avec des prévalences allant de 1,2 à 72,1%. La mise en œuvre de stratégie d'élevage afin de réduire l'incidence des maladies héréditaires et leur impact sur le bien-être constitue une priorité pour les éleveurs et les organisations d'élevage. L'efficacité de ces stratégies dépend toutefois fortement de facteurs tels que leur déterminisme génétique, la disponibilité de diagnostics cliniques ou génétiques efficaces, ainsi que les conditions spécifiques au contexte (la prévalence, la démographie, l'existence d'autres affections, la coopération des éleveurs ...). Par exemple, il a été montré que pour une maladie monogénique récessive, à fréquence égale, l'impact d’une stratégie sur la variabilité génétique sera extrêmement différent en fonction de la race (Leroy et Rognon 2012). Il est important de souligner également que le contexte et le cadre réglementaire de l'élevage varient beaucoup en fonction des pays. A titre d'exemple, en Suède, la proportion importante d'animaux de compagnie assurés (environ 50%) permet la mise en place d’enquêtes sur la santé des chiens à grande échelle (Bonnett et al., 2005), facilitant l'identification des affections impactant le bien-être. En fonction des pays, des mesures différentes de luttes contre les affections héréditaires ont pu être mises en place, pouvant aller de l’incitation à utiliser des reproducteurs sains, à l’interdiction de reproduction pour des individus atteints d’affection problématiques. Dans le cas de dysplasie de la hanche, un système d'évaluation génétique a été mis en œuvre dans certains pays (Allemagne, Suède, Royaume-Uni) pour quelques races, alors que dans certains autres pays, il est encore en cours de développement. Notons qu’un projet préliminaire à la thèse sera mise en place à l’échelle des kennels clubs nordiques (KNU) pour s’intéresser à la valeur ajoutée des échanges internationaux de données généalogiques et de santé. / Dog health constitutes a major concern for breeders, owners, as well as the general public, all the more since several study and reports have recently underlined potential impacts of breeding practices on dog health and fitness (APGAW 2009, Nicholas 2011). According to Online Mendelian Inheritance in Animals (OMIA, omia.angis.org.au) more than 586 disorders/traits have been reported in dogs, with various prevalence and consequences for canine health (Collins et al. 2011, Nicholas et al. 2011). As an exemple, Orthopedic Foundation for Animals (OFA 2011, http://www.offa.org) consider that Hip Dysplasia, a polygenetic trait affected by environmental factors, with variable impact on welfare, affects at least 163 dog breeds, with prevalence ranging from 1.2 to 72.1%. Implementation of breeding plans in order to reduce incidence of inherited disorders and their impact on welfare should be a priority for breeders and breeding organizations. Efficiency of such strategies is however highly dependant on several factors such as inheritance pattern, availability of efficient clinical/genetic test, and specific context conditions (prevalence, demography, existence of other disorders, cooperation of breeders…). For instance, it has been showed that for a monogenic recessive disorder with the same frequency, impact of a given strategy on genetic diversity will be completely different depending on the breed (Leroy and Rognon 2012). It is also important to underline that breeding context and breeding rules are very different according to countries. As an exemple, in Sweden the large proportion of pets insured (about 50%) allows the settlement of large surveys on dog health (Bonnett et al. 2005), leading to the identification of disorders critical to breed welfare. Depending on countries, the control of inherited disorders is implemented through various measures, from breeding recommandations to mating ban. In the case of hip dysplasia, a genetic evaluation system has been implemented in some countries (Germany, Sweden, UK) for a few breeds, while in some other countries, it is still under development. The fact that for many breeds there is an exchange of breeding animals between several countries with different breeding policies constitutes also a critical point to be taken into account, when settling a breeding strategy. Moreover it has been showed that efficiency of genetic evaluation for a polygenic trait such a hip dysplasia could be improved by joint evaluation between different countries (Fikse et al. 2012). For this purpose, a preliminary project, starting 2013 in Sweden, will investigate the interest of exchanging pedigree and health data within the framework of Nordic Kennel Union. The aim of this project is to provide operational tools to improve breed health in an international context, concerning both genetic evaluation and implementation of breeding policies.

La performance des mécanismes est intimement liée à la précision des surfaces qui composent les liaisons. La démarche habituelle de l'analyse de ces surfaces est basée sur des hypothèses fortes concernant leurs comportements. Ainsi, les défauts de forme et de rugosité sont négligés et les surfaces sont supposées infiniment rigides. L'objectif principal de ces travaux est de développer une méthode permettant d'étudier l'influence des défauts de forme sur les performances des assemblages. Elle repose sur une méthodologie et des outils pour l'identification des défauts qui vont optimiser ou pénaliser les exigences fonctionnelles de l'assemblage. Dans ce manuscrit, deux cas d'étude sont proposés.Dans un premier temps, un montage de type bride (centrage court, appui plan) est étudié afin de valider l'ensemble de la démarche développée. Les outils utilisés reposent essentiellement sur la décomposition et composition modale des défauts, le concept de surface écarts, la recherche de zone d'appui stable ainsi que la quantification des déformations de surfaces de contact basées sur des modèles analytiques ou numériques. L'influence des défauts de forme sur la précision de mise en position est quantifiée par un domaine écart de liaison. Une confrontation entre la démarche théorique et un dispositif expérimental permet de valider l'approche. Par la suite, une liaison sphérique est considérée constituant une prothèse totale de hanche en matériau céramique. Pour ce cas d'étude, l'objectif est d'identifier, au regard des typologies de défauts, leurs conséquences sur l'apparition d'un phénomène sonore assimilable à du grincement appelé le squeaking. La démarche reprend les mêmes étapes que celles utilisées avec l'étude de la bride. Différents dispositifs expérimentaux sont mis en place confirmant la pertinence de cette approche. Des mesures spécifiques apportent des éléments d'analyse et de compréhension sur le comportement dégradé de la liaison. Ce travail de thèse s'inscrit dans une collaboration entre 3 laboratoires : SYMME d'Annecy, I2M-IMC de Bordeaux-Talence, et la société Tural localisée à Marignier (74), laboratoire de recherche industrielle qui travaille sur des implants médicaux.

Le conflit fémoro-acétabulaire (femoroacetabular impingement, FAI) est une pathologie mécanique de la hanche qui peut causer des douleurs et limitations fonctionnelles. Le but de cette thèse était d’étudier la fonction musculaire au niveau de la hanche chez des patients présentant un FAI symptomatique. La fonction musculaire de la hanche a été évaluée, dans un premier temps, chez des patients avant qu’ils ne subissent une opération. Ces patients démontraient un déficit de force qui pourrait être expliqué par de l’inhibition musculaire. Cependant, ce déficit de force n’était pas associé à une plus grande fatigabilité musculaire. Dans un deuxième temps, les altérations de force musculaire ont été évaluées chez des patients ayant subi une arthroscopie de la hanche. Après l’opération, les patients récupéraient un niveau de force normal au niveau de tous les groupes musculaires de la hanche excepté les fléchisseurs. Le cas d’un joueur de hockey sur glace ayant subi une chirurgie ouverte aux deux hanches pour traiter un FAI bilatéral a aussi été décrit. On a démontré que la déhiscence de la bandelette iléo-tibiale pouvait survenir après chirurgie, empêcher l’augmentation de force musculaire des abducteurs de la hanche, et retarder la reprise du sport. Enfin, un protocole d’évaluation du taux de développement de la force normalisé, variable permettant d’estimer l’inhibition musculaire de la hanche, a été proposé chez des sujets sains. La fiabilité et reproductibilité des résultats ont été montrées au niveau des adducteurs, rotateurs externes, et fléchisseurs de la hanche. Ces résultats montrent que ces patients ont une fonction musculaire altérée au niveau de la hanche, qui est toutefois récupéré après une opération. / Femoroacetabular impingement (FAI) is a pathomechanical process of the hip joint, which could lead to hip pain and functional disability. Aim of this thesis was to investigate hip muscle function in patients with a symptomatic FAI. Hip muscle function was first investigated before patients underwent any surgical treatment for managing FAI. It was shown that they present with reduced hip muscle strength (i.e., muscle weakness), probably due to hip muscle inhibition. Nevertheless, hip muscle weakness was not associated with exaggerated hip muscle fatigue. Hip muscle strength recovery was then evaluated in a series of patients after hip arthroscopy to treat FAI. These patients demonstrated a good recovery for all hip muscle groups, except for hip flexors. The case of a professional ice hockey player who underwent bilateral hip open surgeries for treating bilateral FAI was also documented. This report showed that iliotibial band dehiscence could occur after hip open surgery, thereby preventing hip abductor strength increase during rehabilitation and delaying the return to sport. In addition, the assessment of the rate of force development scaling factor for the hip muscles was evaluated in a group of healthy adults. This parameter seems to be promising for the evaluation of hip muscle inhibition. The testing protocol was feasible and reproducible for hip adductors, external rotators and flexors. Taken as a whole, these findings show that patients with symptomatic FAI demonstrate an impaired hip muscle function, which is however mainly resolved after surgical treatment.

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Cette thèse se situe dans le cadre de la chirurgie de la prothèse totale de la hanche (PTH) assistée par ordinateur. Le but de ce travail est l'obtention d'un modèle 3D du bassin du patient à partir de données incomplètes. <br />Actuellement dans un processus conventionnel, la planification de la PTH se fait avec une radiographie tandis que les systèmes d'assistance chirurgicale de la PTH, utilisent un volume 3D du bassin construit à partir d'images médicales IRM, TDM ou Scanner. Néanmoins la reconstruction du volume 3D s'avère limitée par plusieurs facteurs : (i) le temps d'attente de rendez vous pour l'examen de ce type est trop long, (ii) les appareils sont peu accessibles pour les cliniques, (iii) la difficulté de la segmentation automatique pour l'obtention du volume 3D et (iv) l'impossibilité de l'exposition aux études IRM, Scanner ou TDM pour certains patients. <br />A partir de cette problématique, ce travail de thèse apporte deux contributions principales : <br />– une étude des principales caractéristiques du bassin et du fémur utiles pour la reconstruction d'un modèle 3D, <br />– une méthodologie pour l'obtention d'un volume 3D du bassin à partir d'une radiographie et quelques images échographiques. <br />La méthode proposée est composée de trois étapes : (i) obtention des données radiographiques et échographiques du bassin du patient, (ii) inférence de l'atlas du bassin du patient et (iii) obtention du modèle 3D par la déformation d'un maillage s'adaptant à l'atlas inféré. Dans ce travail un atlas est constitué par un ensemble de points caractéristiques du bassin. Pour résoudre les problèmes liés à la représentation d'un atlas générique, à l'inférence et au traitement de l'information des données radiographiques et échographiques nous avons fait appel aux techniques bayésiennes.