L'ostéoporose est une maladie du squelette caractérisée par une perte de la qualité osseuse qui entraîne un risque de fracture accru, notamment au niveau vertébral. Des modèles en éléments finis basés sur la tomodensitométrie permettent d'estimer la résistance vertébrale, et donc le risque de fracture, mais leur utilisation en routine clinique est limitée par le coût et l'irradiation engendrée par la tomodensitométrie. L'estimation la résistance vertébrale à partir d'un modèle en éléments finis basés sur l'imagerie basse dose, telle que l'absorptiométrie biphotonique à rayons X, ou la stéréo-radiographie EOS en double énergie, permettrait une utilisation en routine clinique. Cette thèse contribue au développement de la modélisation à partir de l'imagerie basse dose pour la prédiction du risque de fracture. Un modèle en éléments finis de résistance vertébrale y est évalué par rapport à un modèle basé sur la tomodensitométrie, et une étude de sensibilité identifie les facteurs importants du modèle sont analysés. Des méthodes de maillage hexaédrique morpho-réalistes à partir de la reconstruction 3D, et d'estimation de la distribution de densité à partir d'image 2D de densité y sont développées. De plus, profitant des possibilités du système EOS qui permet de radiographier le patient de la tête aux pieds, une méthode préliminaire est proposée pour estimer l'effort exercé sur les vertèbres in vivo. Nous espérons que nos méthodes pourront être utilisées très prochainement in vivo, et contribuer à l'estimation du risque de fracture ostéoporotique, et à la prise en charge des patients à risque de fracture. / Osteoporosis is a bone disease which decreases bone quantity and quality, and increases fracture risk, notably at the vertebral level. CT-scan-based finite element models allow predicting vertebral strength, and thus fracture risk, but their use in routine clinical practice is limited by the cost and accessibility of CT-scan. However, vertebral strength prediction from a finite element model based on low dose images, such as dual X-ray absorptiometry or EOS stereo-radiography in dual energy, would allow a wider use. This PhD thesis contributes to develop fracture risk estimation by such a model. The low dose approach is evaluated in comparison to CT-based finite element model, and a sensitivity study is performed to identify the most important parameters of the model. Hexahedral morpho-realistic meshing techniques from 3D reconstruction and estimation methods for the 3D bone mineral density distribution from low dose images are developed and evaluated. Moreover, taking advantage of EOS system's possibility to take full body radiographs in standing position, a preliminary method is proposed to estimate the load applied to vertebra in vivo. We hope those methods will be used soon in vivo, and will contribute to estimating osteoporotic fracture risk estimation in clinical situations.

La dégénérescence discale lombaire (DDL) est caractérisée par un vieillissement prématuré du disque intervertébral (DIV) et une déshydratation progressive du nucleus pulposus (NP) entrainant in fine des lombalgies. L'objectif général de ce travail est d'établir des données précliniques afin de régénérer le DIV en cas de DDL modérée. Dans un premier chapitre, nous avons déterminé une association de facteur de croissance et un mode de culture visant à obtenir une prédifférentiation nucléopulpogénique de cellules stromales mésenchymateuses (CSMs) humaines issues de la moelle osseuse. Nos résultats montrent que la culture tridimensionnelle des CSMs en billes d'alginate en présence de TGF-β3, GDF-5 et BMP-7 les oriente vers un phénotype cartilagineux. Dans un deuxième chapitre, nous avons élaboré un modèle porcin de DDL induite par cryolésion et nous l'avons comparé aux techniques de référence. L'évaluation de l'importance de la DDL a été effectuée par scanner, IRM et histologiquement. Un score histologique de DDL porcine a été décrit et validé. La cryolésion a permis d'obtenir une DDL plus importante que les autres techniques. Dans un troisième chapitre, nous avons injecté les CSMs préorientées dans les DIV lésés. L'analyse IRM a montré une amélioration de l'intensité du signal et de la surface du NP après injection des cellules. L'analyse immunohistologique a montré une survie des CSMs dans les DIV porcins à 2 mois. Dans un quatrième chapitre, nous avons comparé les taux de fusion et de complication pour la RhBMP-2 et la greffe spongieuse autologue dans les arthrodèses lombaires par voie antérieure dans une même cohorte de patients. La RhBMP-2 était associée à un taux de fusion inférieur et un taux de complications radiologiques supérieur à l'autogreffe spongieuse. / Degenerative disc disease (DDD) is characterized by premature aging of the intervertebral disc (IVD) and gradual dehydration of the nucleus pulposus (NP), ultimately causing back pain. The general objective of this work is to establish preclinical data to regenerate the IVD in moderate DDD. In the first chapter, we have identified a growth factor association and a culture method to achieve nucleopulpogenic prédifférentiation of mesenchymal stromal cells (MSCs) derived from human bone marrow. Our results show that the three-dimensional culture of MSCs in alginate beads in the presence of TGF-β3, GDF-5 and BMP-7 directs them to a cartilaginous phenotype. In the second chapter, we developed a porcine model of DDD, induced by cryoinjury, and compared it to reference techniques. Assessing the importance of DDD was performed by CT, MRI and histologically. A histological score of porcine DDD has been described and validated. Cryoinjury yielded a higher DDD that other techniques. In a third chapter, we injected preoriented MSCs in cryo-injured IVDs. MRI analysis showed an improvement in the signal intensity and the surface of the NP after the injection. The immunohistological analysis showed a survival of the MSCs in the porcine IVD 2 months after injection. In a fourth chapter, we compared the rate of fusion and complication for rhBMP-2 and autologous cancellous graft in the anterior lumbar interbody fusion, in the same cohort of patients. RhBMP-2 was associated with a lower fusion rate and a higher rate of radiological complications than the cancellous autograft.

L'objectif de ce travail de thèse est de compléter le diagnostic et le suivi des patients lombalgiques chroniques par l'analyse biomécanique de leurs comportements moteurs lors de la réalisation de différents mouvements du tronc et lors de l'initiation de la marche. Ainsi, afin de participer à l’optimisation de la prise en charge de ce type de patient, trois études sont réalisées.Dans l'étude 1, la comparaison des paramètres cinématiques du tronc entre une population saine et une population de patients lombalgiques chroniques révèle non seulement la présence d’un déconditionnement physique, mais aussi d'un déconditionnement moteur, chez les patients réalisant différents mouvements du tronc à vitesse rapide. Dans l'étude 2, le suivi des patients à court et à long terme après un programme de restauration fonctionnelle du rachis (fin programme, 3 mois, 6 mois et 1 an) montre que ce déconditionnement moteur est résistant au traitement malgré des améliorations importantes au niveau des capacités physiques (souplesse, force, endurance). Dans l'étude 3, l'évaluation spatiotemporelle, cinématique et dynamique de l'initiation de la marche confirme la présence d'un déconditionnement moteur lors de l'initiation de la marche qui est, lui aussi, résistant au programme de restauration fonctionnelle du rachis.En conclusion, ce travail de thèse montre que la résolution du problème croissant de la lombalgie chronique ne consiste pas uniquement en la lutte contre le déconditionnement physique mais, aussi, en la lutte contre le déconditionnement moteur Il est possible que la prise en charge de ce déconditionnement moteur permette d'avoir de meilleurs résultats à long terme favorisant alors le retour des patients à la vie active. / The main aim of this PhD thesis is to complete the diagnosis and the monitoring of chronic low back pain patients by analyzing their motor behaviors during different trunk movements and during gait initiation. Then, in order to take part in the optimization of the care proposed to this type of patients, three studies are then conducted.Study 1 shows that, in addition to a physical deconditioning, chronic low back pain patients exhibit a motor deconditioning when asked to move there trunk as fast as possible. In Study 2, short-term and long-term monitorings following a functional restoration program (end of the program, 3 months, 6 months and 1 year) show a preservation of this motor deconditioning in chronic low back pain patients, despite improvements in physical abilities (flexibility, strength, endurance). Study 3 highlights that chronic low back pain affects the motor control during gait initiation and, as observed in Study 2, this motor deconditioning is preserved following functional restoration program.In conclusion, this PhD thesis shows that the resolution of the growing problem of chronic low back pain cannot be reached by only resolving the physical deconditioning but, also, by resolving the motor deconditioning detected within this research work. The reduction or annihilation of this motor deconditioning would allow better long-term results, promoting the return of patients to active life.

Les orthèses de propulsion mandibulaire sont fréquemment utilisées en orthopédie-dento-faciale pour stimuler le développement de ce maxillaire. Le déplacement antérieur de son centre de gravité et les tensions musculaires et viscérales (appareil aéro-digestif) qui apparaissent alors sont susceptibles d’influer sur la posture du sujet debout. Pour le déterminer, une étude stabilométrique a été menée. Elle permet de mettre en évidence les variations de position de la projection au sol du centre de gravité du corps (PGv). Les effets du port de trois orthèses imposant une quantité de propulsion différente ont été analysés, comparés entre eux et à la situation sans orthèse portée. Ces résultats ont été complétés par ceux issus d’une étude électromyographique, menée pour détecter les muscles mis en jeu dans le contrôle de l'équilibre. L’ensemble de ces expérimentations montre principalement une perte du contrôle postural (augmentation des oscillations de PGv) et un repositionnement plus postérieur du centre de gravité corporel lors d’avancement mandibulaire important, et ce d’autant plus que l’orthèse portée provoque peu de désocclusion inter-maxillaire. Une activité accrue des muscles fléchisseurs dorsaux du pied, de la hanche, du cou et extenseurs du rachis lombaire accompagne ces variations de position de PGv. Une hypothèse d'adaptation posturale en réaction à l'avancement de la mandibule est formulée ainsi qu’une critique et une évolution du protocole d’étude. / Mandibular propulsion splints are frequently used in dento-facial orthopedics so as to stimulate the development of this maxilla. Consequently, we can notice that its centre of gravity moves forward but also that visceral (the aerodigestive apparatus) and muscle tensions appear. These elements are likely to have an influence on the position of a person standing. A stabilometric study was carried out to highlight the changes in the projection onto the ground of the body centre of gravity (PGv). We analysed and compared the effects of the wearing of three different splints (each of which required a different level of propulsion). But a comparison between these results and the normal situation (no splint worn) was also drawn. Moreover, an electromyographic study was carried out to find out which muscles were stimulated in the balance control. Its results were then added to those of the stabilometric study. These experiments mainly show that we lose control of the postural equilibrium (increase of the PGv oscillations). It also shows that when the mandible is significantly moved forward, the body center of gravity goes back into a more posterior position. This is all the more true as the splint worn does not cause much inter-maxillar disocclusion. The back flexor muscle of the foot, of the hip, of the neck and the extensor muscle of the lumbar rachis are greatly stimulated in the variations of the PGv. A postural adaptation to the mandibular advancement is hypothetically expressed, together with a criticism and an evolution of the study procedure.

Le rachis cervical est une structure anatomique complexe et compacte du corps humain. Il se compose, anatomiquement, de sept vertèbres, de disques intervertébraux et de systèmes ligamentaires et musculaires. Cette structure assure plusieurs fonctions biomécaniques: il supporte le poids de la tête et maintient sa posture stable; il permet une mobilité importante de la tête; il contient et protège la moelle épinière du système nerveux central. Ce sujet est destiné à l'amélioration de la compréhension du fonctionnement du rachis cervical in-vivo. L'objectif à terme est le diagnostic et la classification des pathologies du cou. Cette étude explicite une méthodologie de modélisation du mouvement intersegmentaire continu de flexion/extension du rachis cervical basée sur des données expérimentales in-vivo. Un protocole expérimental est proposé en utilisant simultanément deux techniques: les images radiographiques et les marqueurs externes du mouvement, ce qui permet l'acquisition couplée des données géométriques et cinématiques. Puis, deux modèles mécaniques du rachis cervical, modèle ostéo-articulaire et modèle musculo-squelettique, sont développés en se basant sur les hypothèses de modélisation. Ces hypothèses sont justifiées et les réponses des modèles sont confrontés avec les données expérimentales in-vivo ainsi la littérature. Les résultats des études permettent la détermination non seulement des paramètres cinématiques, cinétiques associés au mouvement continu de flexion/extension, mais aussi des comportements mécaniques des segments et des composantes du rachis cervical pendant ce mouvement in-vivo.

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But de l'étude: Nos connaissances anatomiques sur le rachis lombaire reposent sur des dissections cadavériques rares, comprenant peu de sujets, très agés. La précision du scanner fait référence pour la morphologie articulaire. Une base de données scannographique (Lombonice 2005) a été crée puis 400 patients ont été mesurés. L'objectif est d'élaborer un Atlas biométrique de référence. Nous chercherons également à décrire la forme afin de concevoir une prothèse anatomique. Enfin, nous espérons dégager un dimorphisme sexuel et ainsi prédire l'âge ou le sexe d'un sujet en se basant ses articulations lombaires. Patients et méthodes : Nous avons mesuré 217 hommes et 183 femmes d'âge moyen 59 ans. Les coupes natives font 1,25 mm d'épaisseur (de L1 à S1). Nous crérons chaque plan de coupe puis nous positionnons des points de repères sur ces plans. Les coordonnées de ces points nous permettront de calculer des distances, des angles et le rayon des cercles mécaniques. Nous comparons ensuite les mesures obtenues avec l'âge, le côté, le sexe ou le niveau étudié. Résultats : De L1 à S1, les articulaires se rapprochent du mur postérieur mais s'éloignent l'une de l'autre. L'angle d'étrave postérieure augmente vers la caudalité. Le rayon des cercles mécaniques droit et gauche ne sont symétriques que dans 50% des cas et se confondent dans moins de 10 % des cas. Les mesures réalisées ne permettent pas de déterminer le sexe ou l'âge du sujet. Les mesures centrées sur le corps vertébral semblent plus discriminantes. Conclusion: La forme en 3D des articulaires postérieures est plus complexe qu'un fragment de sphère. / Aim of the study: Our anatomical knowledge about lumbar spine is based on few cadaveric dissections with very few specimens of very old. The CT scan is very informative concerning about bony facets morphology. We have first created a database of lumbar CT called « Lombonice 2005 » and then we have made differents measureson 400 subjects. The aim of this study is to obtain a biometric atlas. Then, we wanted to create a new anatomic lumbar facet prosthesis. At least, we would like to determine the age or the sex of a sunject only with anatomic measures. Patients and methods : We have measured 217 men and 183 women of 59 years old on average. The native slices was 1,25 mm thick and goes from L1 to S1. We have created each cutting plan and we have placed many landmarks on them. The coordonates of these landmarks let us calculate differents distances, angles or mechanical circle radius which describe well the shape of the facets. We have compared then the measures obtained and the age, sex, side or level studied. Results : From L1 to S1, on transversal plan, the facets are getting closer to posterior wall but are getting away from each other. The posterior angle like a boat's bow increase from L1 to S1. The mechanical circle radius of each sides are symmetrical just in 50% of cases and unique in less than 10 % of cases. All the measures even in 3 dimensions does'nt let us determine the sex or the age of subjects. Measures on vertebral body seems to be more discriminant. Conclusion: We found that 3D shape of lumbar facets is more complicated than a spere fragment as expected. The side asymmetry makes it difficult to reproduce an anatomical facet's prosthesis.

No description available.

Cette étude a été subventionnée par le Fonds de recherche du Québec - Santé (FRQ-S, grant # 21230 – 2) / Les infiltrations foraminales cervicales sont associées à un risque de complications neurologiques majeures. Cette étude compare l’efficacité des infiltrations facettaires, plus sécuritaires, à celle des infiltrations foraminales dans le traitement de la cervico-brachialgie secondaire à une spondylose et/ou à une hernie discale, à 4 semaines post traitement. Cinquante-six sujets ont été randomisés pour recevoir une infiltration foraminale (15 hommes, 13 femmes ; âge moyen 52 ans) ou facettaire (8 hommes, 20 femmes ; âge moyen 44 ans). L’issue principale était l’intensité de la douleur mesurée sur une échelle visuelle analogique (0 – 100). Les issues secondaires étaient le Neck Disability Index et le Medication Quantitative Scale. Suivant les analyses en intention-de-traiter et en intention-du-protocole, pour un score de douleur initial moyen, une réduction significative de l’intensité de la douleur a été observée avec les infiltrations facettaires [45.3% (95%CI: 21.4; 69.2) et 37.0% (95%CI: 9.2; 64.7)] contrairement aux infiltrations foraminales [9.8% (95%CI: +11.5; 31.2) et 17.8% (95%CI: +6.6; 42.2)]. Les infiltrations facettaires ont procuré une amélioration cliniquement (mais non statistiquement) significative du Neck Disability Index [24.3% (95%CI: +2.9; 51.5) et 20.7% (95%CI: +6.2; 47.6),], contrairement aux infiltrations foraminales [9.6% (95%CI: +15.2; 34.4) et 12.8% (95%CI: +11.2; 36.7)]. Les infiltrations facettaires étaient au moins aussi efficaces que les infiltrations foraminales pour un score initial de douleur ≤ 60, alors que l’analyse de non infériorité n’était pas concluante pour un score initial ≥ 80, de même que pour le Neck Disability Index. Les infiltrations n’ont pas été associées à une réduction du score de Medication Quantitative Scale. Les infiltrations facettaires sont efficaces dans le traitement de la névralgie cervico-brachiale et représentent une alternative valable et plus sécuritaire aux infiltrations foraminales. / Transforaminal corticosteroid injections can be performed in the management of cervical radiculopathy but carry the risk of catastrophic complications. This study compares the efficacy of transforaminal and facet corticosteroid injections at 4 weeks post treatment. We randomly assigned 56 subjects to receive CT-guided transforaminal (15 men, 13 women; mean age 52 years; range 28 – 72 years) or facet (8 men, 20 women; mean 44 years; range 26 – 60 years) injections. The primary outcome was pain severity rated on a visual analog scale (0-100). Secondary outcome measures were the Neck Disability Index and the Medication Quantitative Scale. In the intention-to-treat and as-treated analyses, for a mean baseline score, facet injections demonstrated a significant pain score reduction of 45.3% (95%CI: 21.4; 69.2) and 37.0% (95%CI: 9.2; 64.7), while transforaminal injections showed nonsignificant pain score reduction of 9.8% (95%CI: +11.5; 31.2) and 17.8% (95%CI: +6.6; 42.2). While facet injections demonstrated an improvement in Neck Disability Index score of [24.3% (95%CI: +2.9; 51.5); 20.7% (95%CI: +6.2; 47.6),] as opposed to transforaminal injections [9.6% (95%CI: +15.2; 34.4); 12.8% (95%CI: +11.2; 36.7)], the results did not reach statistical significance. Noninferiority of facet to transforaminal injections was demonstrated for baseline pain score ≤ 60, while noninferiority analysis was inconclusive for baseline pain score ≥ 80 and for the Neck Disability Index score. Neither intervention showed a significant medication intake score reduction over time. Facet injections are effective for the treatment of cervical radiculopathy and represent a valid and safer alternative to transforaminal injections.