Le rachis est une structure ostéo-disco-ligamentaire complexe jouant un rôle majeur dans la stabilité et la mobilité du corps humain. Dans certaines conditions, des blessures traumatiques ou de fatigue peuvent survenir. Chaque année, plus de 700000 nouveaux traumas rachidiens sont comptabilisés au niveau mondial. Les blessures de fatigue, résultant d’une sur-sollicitation des structures vertébrales, sont fréquentes dans le domaine sportif. La spondylolyse est la blessure la plus commune parmi les blessures de fatigue dues au sport, notamment chez les adolescents. Cette thèse vise à améliorer la compréhension des mécanismes de blessures du rachis lombaire dans des conditions traumatiques et sportives en tenant compte des facteurs intrinsèques (posture, propriétés mécaniques des ligaments) et extrinsèques (conditions de chargement). Le volet expérimental décrit la caractérisation des ligaments du rachis thoracique et lombaire humain en traction uni-axiale dynamique. Le volet numérique porte sur l’analyse par éléments finis des pathomécanismes du rachis lombaire en conditions traumatiques, d’une part, et pour l’étude des risques de spondylolyse dans le domaine sportif d’autre part. Cette thèse a été réalisée en cotutelle entre Polytechnique Montréal et le Laboratoire de Biomécanique Appliquée (UMRT21 Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux/ Aix-Marseille Université) et s’inscrit dans les travaux de recherche du Laboratoire international – Imagerie et biomécanique du rachis (iLab-Spine) et de la Chaire de recherche industrielle CRSNG/Medtronic en biomécanique de la colonne vertébrale. / The spine is an osteo-disco-ligamentous structure playing a major role in the human body’s stability and mobility. In some conditions, traumatic or stress injuries may happen. Each year, more than 700,000 new traumatic injuries are diagnosed worldwide. Stress injuries result from overuse of spinal structures because of repetitive movements and sport practice is a common cause. The spondylolysis is the most common stress injuries due to sport activities, particularly in adolescents. The objective of this thesis was to improve the understanding of the lumbar injury mechanisms in traumatic and sport-related conditions taking into account intrinsic (posture, ligament mechanical properties) and extrinsic factors (loading conditions). The experimental part deals with the lumbar and thoracic ligament characterization under uni-axial dynamic tensile tests. The numerical part was performed to assess the pathomechanisms of the lumbar spine in traumatic conditions and related to the risk of spondylolysis in sport-related conditions. This project was done as a joint program between Ecole Polytechnique de Montreal and the Laboratoire de biomécanique appliquée (UMRT21 Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux/ Aix-Marseille Université) and was a part of the research work of the iLab-Spine (International Laboratory - Spine Imaging and Biomechanics) and the Industrial Research Chair program CRSNG/Medtronic on the spinal biomechanics.

La spondylolyse et le spondylolisthésis sont une déformité bien connue dans le domaine de l’orthopédie. Par contre, il persiste des confusions et des débats sur différents aspects de cette pathologie incluant l’étiologie, l’histoire naturelle et le traitement. Récemment, deux études ont démontré l’influence significative de la morphologie du sacrum dans le spondylolisthésis par Inoue et al. et Whitesides et al.4,5 Ces trouvailles ont renouvelé l’intérêt dans l’évaluation radiologique de la balance sagittale de cette condition. L’objectif principal de ce travail est d’évaluer l’influence de la forme et l’orientation du sacrum chez les patients atteints de spondylolisthésis. Pour ce faire, nous avons construit une base de données de patients présentant un spondylolisthésis et d’un groupe contrôle. Par la suite les radiographies de ces sujets ont été analysées par un programme d’ordinateur afin de calculer tous les paramètres pertinents. Ce travail nous a tout d’abord permis de déterminer à partir des radiographies de 120 volontaires pédiatriques et plus de 130 patients pédiatriques atteints de la spondylolisthésis, les valeurs moyennes et la variation des paramètres angulaires qui influencent l’équilibre sagittal du rachis. Cette base de données est la première existante dans la population pédiatrique. Ces données seront d’une grande utilité pour le futur lors d’études concernant diverses conditions spinales. Nous avons remarqué une différence significative de la morphologie sacrée chez les sujets présentant le spondylolisthésis. Par ailleurs, l’étude de corrélation nous a également permis d’établir une forte relation entre le sacrum, le bassin et la colonne dans le profil sagittal. Finalement, ce travail a permis une meilleure compréhension globale de la posture sagittale chez les sujets normaux et chez les sujets atteints du spondylolisthésis qui pourra servir pour mieux analyser cette condition et pour ajuster les traitements selon l’analyse. / Developmental spondylolysis and spondylolisthesis is a well known and described sagittal spinal deformity in the literature. However, there is still an ongoing debate on different aspects about this pathology including its etiology, pathophysiology, natural evolution and preferred treatment. Numerous parameters and radiologic measures have been described in order to precisely quantify the abnormal relationship between L5 and S1. So far none of these parameters have been proven reliable to predict the evolution in the spinal deformity. Recently, two interesting studies showed that sacral morphology has a significant influence on spondylolisthesis.4,5 These findings have a direct implication to the evaluation and treatment of spondylolisthesis. This also renews our scientific interest in the sagittal morphology in this condition. The principal objective of this work is to evaluate the influence of the sacral form and orientation in patients with spondylolisthesis. First of all, we constructed a large database of all patients with spondylolisthesis with a comparable control group. After the radiographs are analyzed by computer to calculate all possible sagittal parameters described in the current literature. This project has first of all allowed us to establish an ongoing database of all patients with spondylolysis and spondylolisthesis. So far this database is the largest in the literature and consists of more than 120 subjects. This database allows us to analyze retrospectively and prospectively on the influence of sacropelvic sagittal morphology in subjects with spondylolisthesis.

La spondylolyse et le spondylolisthésis sont une déformité bien connue dans le domaine de l’orthopédie. Par contre, il persiste des confusions et des débats sur différents aspects de cette pathologie incluant l’étiologie, l’histoire naturelle et le traitement. Récemment, deux études ont démontré l’influence significative de la morphologie du sacrum dans le spondylolisthésis par Inoue et al. et Whitesides et al.4,5 Ces trouvailles ont renouvelé l’intérêt dans l’évaluation radiologique de la balance sagittale de cette condition. L’objectif principal de ce travail est d’évaluer l’influence de la forme et l’orientation du sacrum chez les patients atteints de spondylolisthésis. Pour ce faire, nous avons construit une base de données de patients présentant un spondylolisthésis et d’un groupe contrôle. Par la suite les radiographies de ces sujets ont été analysées par un programme d’ordinateur afin de calculer tous les paramètres pertinents. Ce travail nous a tout d’abord permis de déterminer à partir des radiographies de 120 volontaires pédiatriques et plus de 130 patients pédiatriques atteints de la spondylolisthésis, les valeurs moyennes et la variation des paramètres angulaires qui influencent l’équilibre sagittal du rachis. Cette base de données est la première existante dans la population pédiatrique. Ces données seront d’une grande utilité pour le futur lors d’études concernant diverses conditions spinales. Nous avons remarqué une différence significative de la morphologie sacrée chez les sujets présentant le spondylolisthésis. Par ailleurs, l’étude de corrélation nous a également permis d’établir une forte relation entre le sacrum, le bassin et la colonne dans le profil sagittal. Finalement, ce travail a permis une meilleure compréhension globale de la posture sagittale chez les sujets normaux et chez les sujets atteints du spondylolisthésis qui pourra servir pour mieux analyser cette condition et pour ajuster les traitements selon l’analyse. / Developmental spondylolysis and spondylolisthesis is a well known and described sagittal spinal deformity in the literature. However, there is still an ongoing debate on different aspects about this pathology including its etiology, pathophysiology, natural evolution and preferred treatment. Numerous parameters and radiologic measures have been described in order to precisely quantify the abnormal relationship between L5 and S1. So far none of these parameters have been proven reliable to predict the evolution in the spinal deformity. Recently, two interesting studies showed that sacral morphology has a significant influence on spondylolisthesis.4,5 These findings have a direct implication to the evaluation and treatment of spondylolisthesis. This also renews our scientific interest in the sagittal morphology in this condition. The principal objective of this work is to evaluate the influence of the sacral form and orientation in patients with spondylolisthesis. First of all, we constructed a large database of all patients with spondylolisthesis with a comparable control group. After the radiographs are analyzed by computer to calculate all possible sagittal parameters described in the current literature. This project has first of all allowed us to establish an ongoing database of all patients with spondylolysis and spondylolisthesis. So far this database is the largest in the literature and consists of more than 120 subjects. This database allows us to analyze retrospectively and prospectively on the influence of sacropelvic sagittal morphology in subjects with spondylolisthesis.

De multiples études ont rapporté une prévalence augmentée de spondylolyse et de spondylolisthésis chez certains groupes d’athlètes, en particulier les gymnastes, pouvant atteindre jusqu’à 40 à 50%. À cela s’ajoute le fait que plusieurs études récentes ont démontré une association entre le spondylolisthésis et une morphologie et orientation sacro-pelviennes déviante de la normale. La morphologie et l’orientation sacro-pelviennes chez les gymnastes ainsi que leur relation avec le spondylolisthésis n’ont jamais été analysées. L’objectif de cette étude était donc d’évaluer la prévalence du spondylolithésis au sein d’une cohorte de gymnastes ainsi que les caractéristiques démographiques et paramètres de morphologie et orientation sacro-pelviennes associés. Afin d’atteindre cet objectif, une évaluation des caractéristiques démographiques et des paramètres radiologiques d’une cohorte de 92 jeunes gymnastes a été menée. Les deux études présentées ont démontré une prévalence de spondylolisthésis chez les jeunes gymnastes de 6.5%, similaire à celle retrouvée dans la population générale. Le nombre d’heures d’entraînement hebdomadaire a été le seul facteur statistiquement différents entre les gymnastes avec et ceux sans spondylolisthésis. Nos résultats ont aussi démontré que les gymnastes atteints d’un spondylolisthésis présentent une morphologie et une orientation sacro-pelviennes sagittales différentes, en terme d’incidence pelvienne (p = 0.02) et d’angle de table sacrée (p = 0.036), de celles des gymnastes sans spondylolisthésis. Nos observations supportent donc l’importance du rôle de la morphologie et de l’orientation sacro-pelviennes dans le développement du spondylolisthésis. / Multiple studies have reported an increased prevalence of spondylolysis and spondylolisthesis in certain groups of athletes, including gymnasts, where it can reach as high as 40 to 50%. Numerous studies have shown that sagittal sacro-pelvic morphology and orientation is different in spondylolisthesis. Sacro-pelvic morphology and orientation in gymnasts and their relationship with spondylolisthesis have never been analyzed. The purpose of this study was to evaluate the prevalence of spondylolisthesis in a cohort of gymnasts, as well as the associated demographic characteristics and sacro-pelvic morphology and orientation. In order to achieve our goal, an evaluation of different demographic characteristics and radiological parameters was performed on a cohort of 92 young gymnasts. A 6.5 % prevalence of spondylolisthesis was found. The weekly training schedule was the only statistically significant different demographic characteristic between the two groups, with and without spondylolisthesis. Our results have also shown that sagittal sacro-pelvic morphology and orientation, in terms of pelvic incidence (p = 0.02) and sacral table angle (p = 0.036), is different between gymnasts with and without spondylolisthesis. In conclusion, our observations support the importance of sacro-pelvic morphology and orientation in spondylolisthesis.

De multiples études ont rapporté une prévalence augmentée de spondylolyse et de spondylolisthésis chez certains groupes d’athlètes, en particulier les gymnastes, pouvant atteindre jusqu’à 40 à 50%. À cela s’ajoute le fait que plusieurs études récentes ont démontré une association entre le spondylolisthésis et une morphologie et orientation sacro-pelviennes déviante de la normale. La morphologie et l’orientation sacro-pelviennes chez les gymnastes ainsi que leur relation avec le spondylolisthésis n’ont jamais été analysées. L’objectif de cette étude était donc d’évaluer la prévalence du spondylolithésis au sein d’une cohorte de gymnastes ainsi que les caractéristiques démographiques et paramètres de morphologie et orientation sacro-pelviennes associés. Afin d’atteindre cet objectif, une évaluation des caractéristiques démographiques et des paramètres radiologiques d’une cohorte de 92 jeunes gymnastes a été menée. Les deux études présentées ont démontré une prévalence de spondylolisthésis chez les jeunes gymnastes de 6.5%, similaire à celle retrouvée dans la population générale. Le nombre d’heures d’entraînement hebdomadaire a été le seul facteur statistiquement différents entre les gymnastes avec et ceux sans spondylolisthésis. Nos résultats ont aussi démontré que les gymnastes atteints d’un spondylolisthésis présentent une morphologie et une orientation sacro-pelviennes sagittales différentes, en terme d’incidence pelvienne (p = 0.02) et d’angle de table sacrée (p = 0.036), de celles des gymnastes sans spondylolisthésis. Nos observations supportent donc l’importance du rôle de la morphologie et de l’orientation sacro-pelviennes dans le développement du spondylolisthésis. / Multiple studies have reported an increased prevalence of spondylolysis and spondylolisthesis in certain groups of athletes, including gymnasts, where it can reach as high as 40 to 50%. Numerous studies have shown that sagittal sacro-pelvic morphology and orientation is different in spondylolisthesis. Sacro-pelvic morphology and orientation in gymnasts and their relationship with spondylolisthesis have never been analyzed. The purpose of this study was to evaluate the prevalence of spondylolisthesis in a cohort of gymnasts, as well as the associated demographic characteristics and sacro-pelvic morphology and orientation. In order to achieve our goal, an evaluation of different demographic characteristics and radiological parameters was performed on a cohort of 92 young gymnasts. A 6.5 % prevalence of spondylolisthesis was found. The weekly training schedule was the only statistically significant different demographic characteristic between the two groups, with and without spondylolisthesis. Our results have also shown that sagittal sacro-pelvic morphology and orientation, in terms of pelvic incidence (p = 0.02) and sacral table angle (p = 0.036), is different between gymnasts with and without spondylolisthesis. In conclusion, our observations support the importance of sacro-pelvic morphology and orientation in spondylolisthesis.