L’implication d’un facteur circulant et des dysfonctions du système immunitaire entrainant les altérations de la barrière de filtration glomérulaire a été suggérée dans la pathogénèse de la hyalinose segmentaire et focal récidivante. Nous avons identifié par spectrométrie de masse la présence de la protéine CASK dans des sérums de patients après immunoadsoroption sur une colonne de protéine A. CASK recombinante est capable d'induire des modifications de l’architecture des podocytes in vitro, tels qu’une redistribution de la protéine de diaphragme de fente ZO-1 et de la protéine régulatrice d’actine synaptopodine, et une perte de fibres de stress d’actine. Ces podocytes acquièrent ainsi un phénotype motile et une perméabilité accrue à l’albumine en présence de CASK recombinante in vitro. L’injection de CASK chez des souris entraine une protéinurie et l’effacement des pédicelles de podocytes. L’interaction entre CASK et son récepteur CD98 dans les podocytes a été mise en évidence par l’expérience de pontage covalent et co-immunoprécipitation. L’inhibition de l’expression de CD98 par ARNi a permis de préserver l’architecture des podocytes en présence de CASK. Nous avons remarqué la surexpression de CASK dans les monocytes chez les patients atteints de la HSF récidivante par rapport aux témoins. In vitro, CASK est surexprimée dans les macrophages ayant une polarité M2 et est retrouvée dans le surnageant de la culture de ces cellules. La sécrétion de CASK est associée aux exosomes qui sont des microvésicules d’origine endosomale. Dans les cellules, CASK est partiellement co-distribuée avec ALIX, un marqueur exosomal, et leur interaction a été mise en évidence par co-immunoprécipitation. CASK est fortement exprimée dans les exosomes de patients atteints de HSF récidivante comparé aux donneurs sains. Le traitement des podocytes par des exosomes issus des macrophages de type M2 induit des altérations du cytosquelette et augmente la motilité des podocytes comme cela avait été observé en présence de CASK recombinante. Pour conclure, nous avons identifié CASK comme nouveau facteur soluble qui pourrait jouer un rôle au cours de la HSF récidivante après transplantation rénale. Ces découvertes ouvrent de nouvelles orientations pour le traitement des malades atteints de SNI récidivant. / Focal segmental glomerulosclerosis (FSGS) is often associated with a high rate of progression to end-stage renal disease. The idiopathic form has a high recurrence rate (rFSGS) after transplantation suggesting the presence of a systemic circulating factor that causes the glomerular permeability. This factor can be removed by plasmapheresis or immunoadsorption using protein-A columns. We used mass spectrometry to analyze the proteins eluted from protein-A columns, taken from patients with rFSGS after immunoadsorption. A serum form of calcium/calmodulin-dependent serine/threonine kinase (CASK) was identified in rFSGS patients but not in controls. In cultured podocytes, recombinant CASK induced reorganization of the actin cytoskeleton. We also demonstrated the interaction of CASK with CD98 at the cell surface. Injection of recombinant CASK in mice induced proteinuria and foot process effacement on podocytes. We identified that CASK is produced by monocytes in patients with rFSGS. CASK is also expressed and secreted by M2 polarized macrophages but not by M1 subset. CASK was associated with exosomes produced by these cells. CASK has a partial codistribution with ALIX, an exosomal component involved in their development. We’ve also demonstrated that CASK interacts with ALIX in M2 macrophages. Moreover exosomes derived from M2 macrophages cause podocytes cytoskeleton alterations and increase of podocyte motility as observed previously with recombinant CASK. In conclusion, a serum form of CASK secreted by macrophages acts as a permeability factor in patients with rFSGS suggesting its involvement in the physiopathology of rFSGS.

Les maladies glomérulaires sont une des principales causes d'insuffisance rénale terminale de nos jours et constituent un problème de santé publique. Le concept classique dans les glomérulopathies accorde à l'agression systémique immune, toxique ou hypertensive le rôle principal dans la formation des lésions glomérulaires. L'hypothèse développée dans ce manuscrit est que épithélium et endothélium, deux composants principaux du parenchyme rénal sont des acteurs majeurs dans la formation des lésions glomérulaires. Trois modèles expérimentaux de glomérulopathie (inflammatoire, toxique et hypertensive) chez la souris nous ont permis d'étudier une voie de signalisation épithéliale γC/JAK/STAT classiquement décrite dans les cellules immunitaires et le système de réponse à l'hypoxie endothéliale afin d'étayer cette hypothèse. Après avoir discuté le rôle principal classiquement attribué aux lymphocytes T dans le modèle anti-membrane basale glomérulaire, un modèle animal de glomérulonéphrite inflammatoire, nous avons démontré le rôle protecteur de la chaîne γ commune (γC) glomérulaire et de sa protéine d'aval STAT5 dans le podocyte au cours du modèle anti-MBG et de la néphropathie à l'adriamycine. Enfin, nous avons étudié le rôle protecteur de EPAS1 (HIF-2α), une sous-unité régulatrice du complexe HIF, dans l'endothélium au cours des lésions glomérulaires hypertensives. Au total, ce travail met en évidence le rôle majeur de l'épithélium et l'endothélium rénal, étroitement liés, dans la formation des lésions glomérulaires. Le parenchyme rénal représente un acteur à part entière dans la physiopathologie de ces lésions comme le montrent les travaux sur les systèmes γC/STAT5 et HIF. / Glomerular diseases are a leading cause of kidney failure and represent a public health problem. Classically, systemic effectors such as the immune system, drug toxicity or hypertension are thought to be the main drivers of glomerular diseases. The hypothesis developed in this manuscript is that epithelium and endothelium, the two main components of the renal parenchyma, are major players in the formation of glomerular lesions. Three experimental models of glomerular disease (inflammatory, toxic and hypertensive) in mice allowed us to study epithelial γC / JAK / STAT signaling classically described in immune cells and the endothelial hypoxia inducible system in order to support this hypothesis. After discussing the main role traditionally assigned to T cells in the anti- glomerular basement membrane model, an animal model of inflammatory glomerulonephritis, we demonstrated the protective role of the glomerular interleukin common γ chain (γC) receptor and its dependent podocyte-specific STAT5 during the anti-GBM model and adriamycin nephropathy. We then showed the protective role of endothelial EPAS1 (HIF-2α), a regulatory subunit of HIF complex in focal segmental glomerulosclerosis (FSGS) induced by angiotensin II. In total, this work highlights the important role of the closely linked renal epithelium and endothelium in the formation of glomerular lesions using three experimental models of glomerular diseases. The renal parenchyma is a full player in the pathophysiology of these lesions as shown by the works studying γC / JAK / STAT and HIF systems.

La hyalinose segmentaire et focale (HSF) est une maladie rénale sévère dont la physiopathologie est complexe. La récidive de la maladie après transplantation rénale et l’obtention de sa rémission après un traitement par immunoadsorption (IA) illustre l’implication d’un facteur circulant dans sa physiopathologie, capable de se fixer à la protéine A. Récemment, suPAR a été rapporté comme agent causal et marqueur de la HSF. Le premier objectif de notre travail a été de vérifier si suPAR se fixe à la protéine A. Le deuxième objectif a été d’identifier le facteur circulant responsable de la récidive de la HSF après transplantation rénale, à partir de l’analyse par spectrométrie de masse des protéines liées à la colonne de protéine A après (IA). Premièrement, nous avons mesuré la concentration de suPAR par un test ELISA parmi les protéines fixées à la colonne de protéine A après IA chez 7 patients atteints de HSF récidivantes et dans le sérum de 13 patients atteints de HSF récidivantes et de 11 contrôles sains. Le sérum des patients a été immunoadsorbé in vitro sur bille de protéine A sépharose. Nous avons quantifié suPAR avant et après la procédure et dans l’éluat des protéines fixées à la protéine A. La concentration de suPAR est plus élevée chez les patients atteints de HSF récidivantes par rapport aux groupes contrôles. La concentration de suPAR est très faible dans les proteines éluées à partir de la colonne de protéine A, indiquant que suPAR ne se lie pas à la protéine A et n’est pas le facteur circulant élué par les colonnes de protéines A. Deuxièmement, nous avons identifié le FC à partir des protéines fixées à la colonne de protéine A par une caractérisation des protéines par spectrométrie de masse chez des patients traités pour récidive de HSF et chez un patient contrôle. Nous avons recherché le FC dans le sérum de patient atteint de HSF, de patient ayant une néphropathie diabétique et chez des contrôles sains. L’effet de la protéine recombinante du FC a été testé in vitro sur une culture de podocytes et in vivo chez la souris. Nous avons identifié une forme sérique de CASK (calcium calmoduline sérine thréonine kinase), à partir des protéines fixées à la colonne de protéine A après IA. CASK est présente uniquement dans le sérum de patients atteints de HSF et non dans les groupes contrôles. In vitro, la protéine recombinante de CASK (CASKr) induit une redistribution de l’actine du cytosquelette des podocytes en culture par une interaction avec CD98. CASKr altére la perméabilité des podocytes à l’abumine et induit in vivo une protéinurie chez la souris associé à un effacement des pédicelles.En conclusion, suPAR ne se fixe pas à la protéine A ni in vivo ni in vitro. Une forme sérique de CASK est impliqué dans la récidive de la HSF avec comme cible potentiel CD98 sur le podocyte. / Focal and segmental glomerulosclerosis (FSGS) is a serious disease, the pathogenesis of which is unknown. Its recurrence after transplantation (Tx) and its partial remission after treatment with immunoadsorption (IA) on a protein A column indicate the existence of a circulating factor (CF) responsible for the disease that is able to bind to a protein A column. Recently, the soluble receptor of urokinase (suPAR) was described as the factor responsible for FSGS. The first aim of my work was to test the capacity of suPAR to bind to protein A and to be eliminated by IA. The second aim was to identify the CF responsible of the recurrence of the disease after renal transplantation from the analysis of proteins eluted from protein-A columns from patients with rFSGS who had undergone therapeutic (IA). First, we measured suPAR in eluates of protein A columns from 7 patients with recurrent FSGS after Tx (rFSGS) treated with IA, and in the serum of 13 patients with rFSGS and 11 healthy donors (HD). Additionally, the plasma of these patients was immunoadsorbed in vitro on a protein A Sepharose column and we quantified suPAR in the eluates and in pre- and post-column samples. The concentration of suPAR was higher in the plasma of patients with rFSGS than in the plasma of HD patients. However, the concentration of suPAR was similar before and after IA on protein A for the rFSGS and HD samples. The suPAR concentration was very low in the eluates from protein A columns incubated with plasma from HD or rFSGS patients. However, 85% of rFSGS patients showed a decrease in immunoglobulin G and proteinuria. Secondly, we analyzed proteins eluted from protein-A columns from patients with rFSGS who had undergone therapeutic immunoadsorption. Compared to control a differential band was identified by mass spectrometry. The expression of this protein was tested by immunochemical methods in sera from healthy controls, from patients with proteinuria caused by diabetic nephropathy, and from rFSGS patients. The effect of the recombinant protein was evaluated in vitro (podocytes) and in vivo experiments (mice). A soluble form of calcium/calmodulin-dependent serine/threonine kinase (CASK) eluted from protein-A columns was identified by mass spectrometry. CASK was immunoprecipitated only in the sera from patients with rFSGS. Recombinant CASK induced reorganization of the actin cytoskeleton of cultured podocytes through an interaction with CD98 at the cell surface. In vitro, CASK increased the permeability of podocyte monolayers, and induced proteinuria and foot-process effacement in miceIn conclusion, suPAR does not significantly bind to protein A in vitro or in vivo. Soluble CASK acts as a permeability factor in patients with rFSGS bindinding CD98 on podocytes.

Les Artefacts de Tissus Mous (ATM) sont actuellement une des limitations principales pour la mesure du mouvement du membre supérieur avec les techniques actuelles d'analyse du mouvement. L'optimisation multi-segmentaire (OMS) a déjà prouvé son efficacité pour la mesure du mouvement du membre inférieur. Afin d'avoir la meilleure correction possible, il est nécessaire d'utiliser des modèles d'articulation proches de l'anatomie. L'objectif de cette thèse a donc été de développer et de valider un modèle du membre supérieur qui pourrait être utilisé pour la correction des ATM par OMS. De nouveaux modèles en boucle fermée de l'avant-bras et de la ceinture scapulaire ont ainsi été développés accompagnés d'un nouveau modèle de l'articulation scapulo-thoracique imposant à la scapula d'être tangente à un ellipsoïde modélisant le thorax. Ces nouveaux modèles ont été confrontés aux modèles courants de la littérature à travers une étude avec vis intra-corticales sur cadavre et in vivo sur sujets asymptomatiques. Des niveaux d'erreur similaires ont été observés pour tous les modèles quant à leur capacité de corriger les ATM et d'imiter la cinématique osseuse. Les nouveaux modèles semblent cependant beaucoup plus intéressants dans une perspective de développement d'un modèle musculo- squelettique. En effet, le modèle d'avant-bras autorise à la fois d'avoir le mouvement du radius et de l'ulna tandis que le modèle scapulo-thoracique représente mieux la contrainte existant entre le thorax et la scapula. En résumé, cette thèse a permis de développer un modèle complet proche de l'anatomie du membre supérieur permettant de corriger les ATM en utilisant une OMS. Bien que la correction des ATM obtenue n'est pas aussi satisfaisante qu'espérée, l'utilisation de cette approche pour le développement de futurs modèles musculo-squelettique a été validée / Soft Tissue Artefact (STA) is one of the most important limitations when measuring upper limb kinematics through marker-based motion capture techniques, especially for the scapula. Multi Body Optimisation (MBO) has already been proposed to correct STA when measuring lower limb kinematics and can be easily adapted for upper limb. For this purpose, the joint kinematic constraints should be as anatomical as possible. The aim of this thesis was thus to define and validate an anatomical upper limb kinematic model that could be used both to correct STA through the use of MBO and for future musculoskeletal models developments. For this purpose, a model integrating closed loop models of the forearm and of the scapula belt have been developed, including a new anatomical-based model of the scapulothoracic joint. This model constrained the scapula plane to be tangent to an ellipsoid modelling the thorax. All these models were confronted to typical models extracted from the literature through cadaveric and in vivo intracortical pins studies. All models generated similar error when evaluating their ability to mimic the bones kinematics and to correct STA. However, the new forearm and scapulothoracic models were more interesting when considering further musculoskeletal developments: The forearm model allows considering both the ulna and the radius and the scapulothoracic model better represents the constraint existing between the thorax and the scapula. This thesis allowed developing a complete anatomical upper limb kinematic chain. Although the STA correction obtained was not as good as expected, the use of this approach for a future musculoskeletal models has been validated

La neurostimulation périphérique (en anglais transcutaneous electrical nerve stimulation ou TENS) est une modalité thérapeutique fréquemment utilisée en réadaptation pour diminuer la douleur. À ce jour, cependant, l’efficacité analgésique du TENS chez les aînés demeure peu documentée. La majorité des études effectuées jusqu’à présent ont été réalisées chez les jeunes adultes ou chez des populations d’âge hétérogènes. La présente étude, un essai croisé randomisé à double insu, avait pour objectif de documenter l’efficacité analgésique du TENS conventionnel et du TENS acupuncture chez les aînés et d’observer si la réponse analgésique de ces deux modalités de TENS entre les aînés et les jeunes adultes est différente. Quinze aînés et quinze jeunes adultes ont participé à l’étude. Les participants étaient évalués à trois occasions distinctes pour recevoir en alternance un TENS conventionnel, un TENS acupuncture et un TENS placebo. Une douleur expérimentale était créée à l’aide d’une thermode de type Peltier, appliquée au niveau de la colonne lombaire pendant deux minutes, période durant laquelle les participants devaient évaluer l’intensité de leur douleur avec une échelle visuelle analogue reliée à un ordinateur (CoVAS). Les mesures de douleur ont été prises avant, pendant et après l’application de chaque type de TENS. Chez les jeunes adultes, lorsque comparée au niveau de douleur initiale, une diminution significative de la douleur a été observée pendant et après l’application du TENS conventionnel et acupuncture. Le TENS conventionnel et acupuncture étaient supérieurs au traitement placebo (toutes les valeurs de p < 0,05). Cependant, chez les aînés, le TENS conventionnel et acupuncture n’ont pas permis de diminuer significativement la douleur. De plus, aucune modalité TENS ne se démarquait du traitement placebo (toutes les valeurs de p > 0,05). Bien que le TENS conventionnel et le TENS acupuncture soient efficaces chez les jeunes adultes, les présents résultats suggèrent que le TENS n’est pas la meilleure option de traitement pour diminuer la douleur chez les aînés, du moins lorsqu’il est utilisé seul (monothérapie). Des études futures, visant à déterminer des façons de bonifier l’effet du TENS chez les aînés, sont nécessaires.

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La technique des membranes induites par un conformateur en polymethylmethacrylate (PMMA) et greffe d’os spongieux autologue a été décrite par Masquelet pour la régénération des pertes de substance osseuse segmentaire des os longs. Cette technique en deux temps pourrait avantageusement être utilisée pour la reconstruction des pertes de substances osseuses segmentaires mandibulaires en cancérologie en cas d’échec ou de contre-indication des greffes osseuse revascularisées. Le premier objectif de ce travail était d’évaluer les propriétés histologiques et biologiques des membranes induites par un conformateur en PMMA avec radiothérapie, et de les comparer avec celles induites par un conformateur en silicone. Ce matériau plus souple que le PMMA a été choisi comme alternative au PMMA dans le but de faciliter l’ablation du conformateur. Les membranes induites par le PMMA ou le silicone en sous-cutané chez des rats Wistar avaient une structure histologique et des propriétés biologiques comparables mais les résultats étaient plus stables pour les membranes induites par le silicone. Le second objectif de ce travail était de proposer un procédé d’ingénierie tissulaire en alternative à la greffe d’os spongieux autologue. La néoformation osseuse au sein d’une membrane induite par un conformateur en silicone avec greffe de différentes combinaisons de céramique phosphocalcique biphasique macroporeuse (MBCP+™), de moelle osseuse totale, de simvastatine et de rhBMP-2 a été évaluée chez des rats Wistar en sous-cutané puis en site osseux fémoral. Les résultats n’ont pas permis de montrer de néoformation osseuse significative dans les groupes avec simvastatine. Par contre, une néoformation osseuse significative a été montrée dans les groupes avec rhBMP-2, avec ou sans radiothérapie. Un effet substantiel de l’adjonction de moelle osseuse totale a également été retrouvé. / Induced membrane technique with a polymethylmethacrylate (PMMA) spacer and autologous cancellous bone graft has been proposed by doctor Masquelet for segmental long bone reconstruction. This two stage technique could be proposed for segmental mandibular bone reconstruction in oncological situations in case of failure or contraindication of revascularized autologous bone graft. The first objective of this study was to evaluate the histological and biological properties of membranes induced by PMMA with radiotherapy, and to compare them to membranes induced by silicone. This material smoother than PMMA has been chosen to facilitate spacer removal. Membranes induced by both materials in subcutaneous models in rats had similar histological and biological properties, but membranes induced by silicone were less affected by radiotherapy. The second objective of this study was to propose a tissue engineering procedure as an alternative to autologous bone graft. The new bone formation inside silicone induced membranes has been analyzed after implantation of different combinations of macroporous biphasic phosphocalcic ceramic (MBCP+™), total bone marrow, simvastatine and rhBMP-2 in subcutaneous and femoral osseous models in rats. No significant new bone formation has been demonstrated in simvastatin groups. However, a significant new bone formation has been demonstrated in rhBMP-2 groups, with or without radiotherapy. An increased new bone formation has also been demonstrated with total bone marrow.

Objectif: Nous avons effectué une étude chez 135 patients ayant subis une chirurgie lombo-sacrée avec vissage pédiculaire sous navigation par tomographie axiale. Nous avons évalué la précision des vis pédiculaires et les résultats cliniques. Méthodes: Cette étude comporte 44 hommes et 91 femmes (âge moyen=61, intervalle 24-90 ans). Les diamètres, longueurs et trajectoires des 836 vis ont été planifiés en préopératoire avec un système de navigation (SNN, Surgical Navigation Network, Mississauga). Les patients ont subi une fusion lombaire (55), lombo-sacrée (73) et thoraco-lombo-sacrée (7). La perforation pédiculaire, la longueur des vis et les spondylolisthesis sont évalués par tomographies axiales postopératoires. Le niveau de douleur est mesuré par autoévaluations, échelles visuelles analogues et questionnaires (Oswestry et SF-36). La fusion osseuse a été évaluée par l’examen des radiographies postopératoires. Résultats: Une perforation des pédicules est présente pour 49/836 (5.9%) des vis (2.4% latéral, 1.7% inférieur, 1.1% supérieur, 0.7% médial). Les erreurs ont été mineures (0.1-2mm, 46/49) ou intermédiaires (2.1 - 4mm, 3/49 en latéral). Il y a aucune erreur majeure (≥ 4.1mm). Certaines vis ont été jugées trop longues (66/836, 8%). Le temps moyen pour insérer une vis en navigation a été de 19.1 minutes de l΄application au retrait du cadre de référence. Un an postopératoire on note une amélioration de la douleur des jambes et lombaire de 72% et 48% en moyenne respectivement. L’amélioration reste stable après 2 ans. La dégénérescence radiologique au dessus et sous la fusion a été retrouvée chez 44 patients (33%) and 3 patients respectivement (2%). Elle est survenue en moyenne 22.2 ± 2.6 mois après la chirurgie. Les fusions se terminant à L2 ont été associées à plus de dégénération (14/25, 56%). Conclusion: La navigation spinale basée sur des images tomographiques préopératoires est une technique sécuritaire et précise. Elle donne de bons résultats à court terme justifiant l’investissement de temps chirurgical. La dégénérescence segmentaire peut avoir un impact négatif sur les résultats radiologique et cliniques. / Objective: The authors studied 135 consecutive patients following a lumbo-sacral fixation using pedicle screws and CT-based navigation to evaluate pedicle screw accuracy and clinical outcomes. Methods: The series included 44 men and 91 women (mean age 61 years, range 24-90 years). All 836 screws were planned with pre-operative CT-Scans in a navigation system (SNN, Surgical Navigation Network, Mississauga, Ontario, Canada) for diameter, length and direction. Fixation included the lumbar spines only (55), the lumbo-sacral spine (73) or the thoraco-lumbo-sacral spine (7). Pedicle perforation, screw length and spondylolisthesis were assessed on post-operative CT-Scan. Pain was surveyed using self-rated scales, visual analogue scales, Oswestry and SF-36 questionnaires. Bony union was assessed on post-operative follow-up radiographs. Results: Pedicle perforation was found in 49/836 (5.9%) screws (2.4% laterally, 1.7% inferiorly, 1.1% superiorly, 0.7% medially). The errors were minor (0.1-2mm, 46/49) or intermediate (2.1 – 4 mm, 3/49). All intermediate errors were lateral. There were no major errors (≥ 4.1mm). Some screws were judged too long (66/836, 8%). The average time to insert one screw with navigation was 19.1 minutes from application to removal of the reference frame. The amount of improvement at one year post-operation for self-rated leg and back pain were 72% and 48% respectively. The improvement was stable over 2 years. Above-level and below-level radiological degenerations were found in 44 patients (33%) and 3 patients respectively (2%) and occurred on average 22.2 ± 2.6 months after the surgery. Fusions ending at L2 had the most degenerations (14/25, 56%). Conclusion: CT-based preoperative navigation for lumbo-sacral pedicle screw insertion is accurate and associated with a good short term outcome, making it worth the investment of the additional time required. Segmental degeneration may have a negative effect on radiological and clinical outcomes.

L'analyse du mouvement humain s'appuie généralement sur des techniques de suivi de marqueurs cutanés pour reconstruire la cinématique articulaire. Cependant, ces techniques d'acquisition présentent d'importantes limites dont les " artefacts de tissus mous " (i.e., le mouvement relatif entre les marqueurs cutanés et le squelette sous-jacent). La méthode d'optimisation multi-segmentaire viseà compenser ces artefacts en imposant aux trajectoires de marqueurs les degrés de liberté d'un modèle cinématique prédéfini. Les liaisons mécaniques modélisant classiquement les articulations empêchent toutefois une estimation satisfaisante de la cinématique articulaire. Cette thèse aborde des perspectives d'amélioration de la méthode d'optimisation multi-segmentaire pour l'estimation de la cinématique articulaire du membre inférieur,à travers différentes approches : (1) la reconstruction de la cinématique par suivi de la vitesse angulaire, de l'accélération et de l'orientation de centrales inertiellesà la place du suivi de marqueurs, (2) l'introduction d'un modèle articulaire élastique basé sur la matrice de raideur du genou, permettant une estimation physiologique de la cinématique articulaire et (3) l'introduction d'un modèle des artefacts de tissus mous " cinématique-dépendant ", visantà évaluer et compenser les artefacts de tissus mous simultanément avec l'estimation la cinématique articulaire. Ce travail a démontré la polyvalence de la méthode d'optimisation multi-segmentaire. Les résultats obtenus laissent espérer une amélioration significative de cette méthode qui devient de plus en plus utilisée en biomécanique, en particulier pour la modélisation musculo-squelettique / Human movement analysis generally relies on skin markers monitoring techniques to reconstruct the joint kinematics. However, these acquisition techniques have important limitations including the "soft tissue artefacts" (i.e., the relative movement between the skin markers and the underlying bones). The multi-body optimization method aims to compensate for these artefacts by imposing the degrees of freedom from a predefined kinematic model to markers trajectories. The mechanical linkages typically used for modeling the joints however prevent a satisfactory estimate of the joint kinematics. This thesis addresses the prospects of improvement of the multi-body optimization method for the estimation of joint kinematics of the lower limb through different approaches: (1) the reconstruction of the kinematics by monitoring the angular velocity, the acceleration and the orientation of magneto-inertial measurement units instead of tracking markers, (2) the introduction of an elastic joint model based on the knee stiffness matrix, enabling a physiological estimation of joint kinematics and (3) the introduction of a "kinematic-dependent" soft tissue artefact model to assess and compensate for soft tissue artefact concurrently with estimating the joint kinematics. This work demonstrated the versatility of the multi-body optimization method. The results give hope for significant improvement in this method which is becoming increasingly used in biomechanics, especially for musculoskeletal modeling

Objectif: Nous avons effectué une étude chez 135 patients ayant subis une chirurgie lombo-sacrée avec vissage pédiculaire sous navigation par tomographie axiale. Nous avons évalué la précision des vis pédiculaires et les résultats cliniques. Méthodes: Cette étude comporte 44 hommes et 91 femmes (âge moyen=61, intervalle 24-90 ans). Les diamètres, longueurs et trajectoires des 836 vis ont été planifiés en préopératoire avec un système de navigation (SNN, Surgical Navigation Network, Mississauga). Les patients ont subi une fusion lombaire (55), lombo-sacrée (73) et thoraco-lombo-sacrée (7). La perforation pédiculaire, la longueur des vis et les spondylolisthesis sont évalués par tomographies axiales postopératoires. Le niveau de douleur est mesuré par autoévaluations, échelles visuelles analogues et questionnaires (Oswestry et SF-36). La fusion osseuse a été évaluée par l’examen des radiographies postopératoires. Résultats: Une perforation des pédicules est présente pour 49/836 (5.9%) des vis (2.4% latéral, 1.7% inférieur, 1.1% supérieur, 0.7% médial). Les erreurs ont été mineures (0.1-2mm, 46/49) ou intermédiaires (2.1 - 4mm, 3/49 en latéral). Il y a aucune erreur majeure (≥ 4.1mm). Certaines vis ont été jugées trop longues (66/836, 8%). Le temps moyen pour insérer une vis en navigation a été de 19.1 minutes de l΄application au retrait du cadre de référence. Un an postopératoire on note une amélioration de la douleur des jambes et lombaire de 72% et 48% en moyenne respectivement. L’amélioration reste stable après 2 ans. La dégénérescence radiologique au dessus et sous la fusion a été retrouvée chez 44 patients (33%) and 3 patients respectivement (2%). Elle est survenue en moyenne 22.2 ± 2.6 mois après la chirurgie. Les fusions se terminant à L2 ont été associées à plus de dégénération (14/25, 56%). Conclusion: La navigation spinale basée sur des images tomographiques préopératoires est une technique sécuritaire et précise. Elle donne de bons résultats à court terme justifiant l’investissement de temps chirurgical. La dégénérescence segmentaire peut avoir un impact négatif sur les résultats radiologique et cliniques. / Objective: The authors studied 135 consecutive patients following a lumbo-sacral fixation using pedicle screws and CT-based navigation to evaluate pedicle screw accuracy and clinical outcomes. Methods: The series included 44 men and 91 women (mean age 61 years, range 24-90 years). All 836 screws were planned with pre-operative CT-Scans in a navigation system (SNN, Surgical Navigation Network, Mississauga, Ontario, Canada) for diameter, length and direction. Fixation included the lumbar spines only (55), the lumbo-sacral spine (73) or the thoraco-lumbo-sacral spine (7). Pedicle perforation, screw length and spondylolisthesis were assessed on post-operative CT-Scan. Pain was surveyed using self-rated scales, visual analogue scales, Oswestry and SF-36 questionnaires. Bony union was assessed on post-operative follow-up radiographs. Results: Pedicle perforation was found in 49/836 (5.9%) screws (2.4% laterally, 1.7% inferiorly, 1.1% superiorly, 0.7% medially). The errors were minor (0.1-2mm, 46/49) or intermediate (2.1 – 4 mm, 3/49). All intermediate errors were lateral. There were no major errors (≥ 4.1mm). Some screws were judged too long (66/836, 8%). The average time to insert one screw with navigation was 19.1 minutes from application to removal of the reference frame. The amount of improvement at one year post-operation for self-rated leg and back pain were 72% and 48% respectively. The improvement was stable over 2 years. Above-level and below-level radiological degenerations were found in 44 patients (33%) and 3 patients respectively (2%) and occurred on average 22.2 ± 2.6 months after the surgery. Fusions ending at L2 had the most degenerations (14/25, 56%). Conclusion: CT-based preoperative navigation for lumbo-sacral pedicle screw insertion is accurate and associated with a good short term outcome, making it worth the investment of the additional time required. Segmental degeneration may have a negative effect on radiological and clinical outcomes.