OMM01
Les principaux angles
Pour l’alignement du membre inférieur
Angle fémoro-tibial mécanique (AFTm) ou HKA (pour Hip-Knee-Ankle) ou « déviation angulaire frontale ». C’est l’angle formé entre l’axe mécanique du fémur et l’axe mécanique du tibia mesuré en dedans (Figure 21). Cet angle permet d’évaluer le genu valgus/varus dans le plan frontal et le genu flessum/recurvatum dans le plan sagittal. D’après la littérature, il semble exister physiologiquement un varus très minime chez le sujet sain, évalué à 180° ± 5.8° (Moy ± 2ET) par Cooke (Cooke et al. 1991), à 179.2° ± 5.2° par Levigne (Levigne 1991) et à 178.5° ± 4° pour le membre inférieur droit ou 178.9° ± 4.2° pour le membre inférieur gauche par Moreland (Moreland et al. 1987). Lorsqu’un genou est normalement aligné, l’axe mécanique global passe par le massif des épines tibiales ou à peine en dedans (Moreland et al. 1987).
• Angle fémoral mécanique (AFm) ou angle de la composante condylienne. C’est l’angle compris entre l’axe mécanique du fémur et l’axe bicondylien fémoral distal. Il est mesuré en haut et en dedans (Figure 21). Il est de 94° ± 4.2° pour Cooke (Cooke et al. 1991), de 92° ± 4° pour Levigne (Levigne 1991) et de 93° ± 4.6° chez l’homme ou 94° ± 3.8° chez la femme pour Yoshioka (Yoshioka et al. 1987).
Conclusion partielle
Plusieurs facteurs peuvent induire une variabilité dans la mesure des angles décrits plus haut. La rotation du membre est le premier de ces facteurs. Sachant que celle-ci est réglée de manière très subjective par le manipulateur, le problème est toujours le même : placer le genou de « face ».
Cependant, personne jusqu’ici n’a vraiment défini ce qu’était un « genou de face », faute de repères cliniques ou radiologiques indiscutables (Catonné et al. 2006). Plusieurs auteurs (Kawakami et al. 2004, Krackow et al. 1990, Swanson et al. 2000, Wright et al. 1991) ont montré la variabilité de l’AFTm en fonction de la rotation du membre lors de la prise ducliché radiographique de face. Kawakami trouve une variation de 0.9° sur le calcul de l’AFTm tous les 5° de rotation du fémur. Swanson a observé un effet statistiquement significatif sur la mesure de l’AFTm pour des sujets ayant des déformations sévères en valgus ou en varus et en présence d’une rotation interne ou externe de 10°. Jiang (Jiang and Insall 1989) a montré l’influence de la rotation du fémur sur la projection de son axe mécanique dans le plan frontal. Quand il existe 20° de rotation externe ou 20° de rotation interne, l’axe mécanique du fémur voit sa projection radiographique varier de 8° par rapport au plan bicondylien inférieur.
Deltour (Deltour et al. 2005) souligne la cause d’erreur que crée un flessum. Ainsi, sur une gonométrie prise de face, un flessum radiographié en rotation externe du membre inférieur induira un varus, tandis que la rotation interne réalisera un valgus. Il préconise donc la nécessité de réaliser ces clichés en extension maximale et de considérer avec prudence les valeurs angulaires obtenues lorsqu’il existe un flessum irréductible.
Des auteurs tels que Siu (Siu et al. 1991) proposent un système sophistiqué qui standardise les gonométries afin de permettre la mesure fiable des longueurs et des angles. Ce système n’est pas encore entré dans la pratique courante du fait de sa complexité, mais surtout du fait que le matériel indispensable à sa réalisation n’est pas encore facilement disponible. (Deltour et al. 2005, Floyd 1988, Wright et al. 1991) quant à eux, pensent qu’en positionnant le membre inférieur avec soin – en utilisant toujours le même critère de positionnement comme «la rotule au zénith» ou «la rotule au centre du genou» – les erreurs dues à la rotation pourraient être réduites.
Une deuxième source d’erreur provient de la localisation des repères anatomiques essentiels au calcul des axes. Sariali dans (Catonné et al. 2006) montre qu’une erreur de 3 mm sur la localisation du centre de la hanche, entraine une erreur de 0.4° sur le calcul de l’AFTm. Une erreur de 3 mm sur le centre du genou entraine une erreur de 0.9°. Enfin, une erreur globale de 1.7° peut être engendrée s’il existe une erreur de localisation de 3 mm au niveau de la hanche, du genou et de la cheville.
Pour finir, notons une autre limite à la gonométrie : la nomenclature. En effet, à travers la littérature, les mêmes appellations peuvent correspondre à des angles différents : le valgus physiologique correspond pour Duparc et Massare (Duparc J. and Massare 1967) à l’angle formé entre l’axe mécanique du fémur et l’axe mécanique du tibia, alors que pour Moreland (Moreland et al. 1987) il correspond à l’angle compris entre l’axe mécanique et l’axe anatomique du fémur. Le varus et le valgus sont déterminés par les auteurs américains en se servant des axes anatomiques, tandis que les auteurs français les déterminent en se servant des axes mécaniques.
La confusion est encore accrue lorsque le même angle est mesuré en interne ou en externe, par sa valeur minimale ou par sa valeur complémentaire.
Toutes ces incertitudes de mesure ont un impact clinique direct. En effet, les études réalisées sur la tenue des implants dans le temps mènent à la conclusion qu’un alignement anormal du genou dans le plan frontal est l’une des causes majeures de descellement et d’usure précoce de la prothèse(Bargren et al. 1983, Hood et al. 1981, Moreland 1988, Tew and Waugh 1985).
Aussi, et étant donné que l’ostéotomie tibiale de valgisation est un acte chirurgical très approprié pour les patients atteints de gonarthroses tibiale interne, une technique de mesure précise et robuste de l’HKA doit être disponible car l’alignement postopératoire correct du membre inférieur est une condition importante pour un soulagement à long terme des symptômes aprèsuneostéotomie (Hernigou et al. 1987). De plus, une bonne estimation de l’alignement du membre inférieur a un impact direct sur la survie des ostéotomies sur le long terme. Une réussite de 87100% sur une période de 5 à 10 ans a été observée dans le cas d’une bonne estimation de l’angle HKA,contre une réussite de 26-63% sur la même durée pour une mauvaise estimation du même angle (Kawakami et al. 2004). Coventry (Coventry et al. 1993) note qu’il existe un risque considérable d’échec d’une ostéotomie tibiale proximale (survie de 19%, 10 ans après l’opération) si l’alignement n’est pas corrigé au moins à 8 degrés d’angulation en valgus et si le patient est sujet à une surcharge pondérale.
Pour les paramètres de la hanche
La connaissance précise de la géométrie de l’extrémité supérieure du fémur est d’un intérêt majeur pour le diagnostic et le choix thérapeutique liés à la fracture du col du fémur, aux pathologies de la hanche et à la pose de prothèses. La radiographie conventionnelle est encore utilisée pour récupérer les informations relatives à la géométrie de la hanche et du fémur proximal. Cependant, cette dernière ne fournit que des paramètres géométriques 2D avec ses limites. Sont donc calculés:
• L’angle cervico-diaphysaire (ACD) ou NSA (pour Neck-Shaft-Angle). C’est l’angle compris entre l’axe du col fémoral et l’axe anatomique du fémur (Figure 22). Comme nous l’avions mentionné précédemment, le calcul de ces deux axes n’est pas très clair dans la littérature (Tableau 2, Figure 18). Néanmoins, nous retrouvons les valeurs moyennes de cet angle (Tableau 5). Ainsi, pour des sujets non pathologiques, il est de l’ordre de 131° en moyenne pour Cooke (Cooke et al. 1991), de 128 ± 15.2° pour Pajarinen (Pajarinen et al. 2004) et de 129 ± 14.6° chez la femme ou 133 ± 13.2° chez l’homme pour Yoshioka (Yoshioka et al. 1987). Yasmina CHAIBI Thèse de doctorat
• La longueur de l’axe du col fémoral ou FNAL (pour Femoral-Neck-Axis-Length ). C’est une distance le long d’un axe traversant le centre de la tête fémorale, le fût du col fémoral et unepartie de l’épiphyse fémorale proximale (Figure 22). Cette distance est de 104 ± 14 mm pour Pajarinen (Pajarinen et al. 2004), de 93.3 ± 6.6 mm chez la femme pour Bergot (Bergot et al. 2002) et de 100.3 ± 17.6 mm pour Kukla (Kukla et al. 2002) (Tableau 5).
• L’offset fémoral. Ce paramètre est défini comme étant la distance entre le centre de la tête fémorale (Ctf) et l’axe anatomique fémoral proximal en projection orthogonale (Figure 22). Cette distance vaut en moyenne 40.2 mm pour Pouget (Pouget 2006) et 42.5 ± 17.2 mm pour Pajarinen (Pajarinen et al. 2004) (voir plus de détails Tableau 5).
Comme pour les paramètres d’alignement du membre inférieur, le chirurgien a besoin de valeurs d’angles et de distances précises et reproductibles afin de planifier son acte chirurgical. Il existe dans la littérature des études validant la fiabilité des mesures radiographiques de ces paramètres. Ainsi, pour le FNAL nous retrouvons dans la littérature des études de reproductibilité interopérateurs. Dans l’étude de Bergot (Bergot et al. 2002), un coefficient de variation inter-observateurs de 1.45% (erreur réelle = 0.3 mm) a été observé pour le calcul du FNAL. Dans l’étude de Faulkner (Faulkner et al. 1993), le coefficient de variation calculé était inférieur à 1% (Tableau 5). En ce qui concerne l’ACD, il existe des études validant la fiabilité des mesures radiographiques. Nelitz(Nelitz et al. 1999) réalise une étude de reproductibilité inter-opérateurs (3 opérateurs). L’ICC (pour Intraclass Correlation Coefficient) obtenu est de 0.79 (2ET = 17.1°). Broughton (Broughton et al. 1989) évalue l’incertitude inter-opérateurs (2 opérateurs) à 2ET = 12.6°. Pouletaut (Pouletaut et al. 2005) obtient un ICC pour 3 observateurs de 0.5. Ces résultats montrent que la mesure de ce paramètre semble poser des problèmes de reproductibilité (Tableau 5).
Conclusion partielle
Comme pour le calcul des angles relatifs au membre inférieur, ici aussi les radiographies conventionnelles fournissent uniquement des paramètres géométriques 2D, sensibles à l’orientation ainsi qu’à la structure tridimensionnelle complexe du fémur (Burr et al. 1981). Concrètement, pour le FNAL, l’ACD et l’Offset, l’antéversion du col fémoral et la torsion de la diaphyse peuvent engendrer des erreurs dans les mesures 2D. Ainsi, dans une étude de Cheng (Cheng et al. 1997) sur 64 spécimens, des modifications significatives ont été observées sur les mesures du FNAL faites en sur images DXA (erreurs allant de -7.6% à 4.3%), dues au changement imposé à l’angle d’antéversion.
Kay (Kay et al. 2000) montre qu’une rotation externe de 7° du fémur peut causer une variation de plus de 10° sur la valeur réelle de l’ACD. Meyer (Meyer 2007) a mesuré les valeurs de l’Offset sur des radiographies frontales d’un fémur prises pour différentes rotations internes et externes de ce dernier. Il montre ainsi que la valeur de l’offset change avec la modification de l’angle de rotation : l’offset est le plus grand quand le fémur est en rotation interne de 15°. Michelotti (Michelotti and Clark 1999) a également souligné l’influence du positionnement du patient sur la précision de la mesure 2D réalisée.
Cliniquement parlant, la surestimation du calcul de l’Offset fémoral sur un cliché radiographique occasionné lors d’une présence de rotation interne de la hanche peut être suffisante pour compromettre le résultat clinique lors d’une arthroplastie totale de hanche (Meyer 2007). Dans un objectif diagnostic, des paramètres géométriques structuraux tels que la longueur de l’axe du col fémoral, le diamètre de la tête fémorale et l’angle cervico-diaphysaire fournissent des données intéressantes sur le risque de fracture de l’extrémité supérieure du fémur (Le Bras 2004) ainsi que de l’information pertinente pour la planification chirurgicale pour la pose de prothèse. Ainsi, dans le cadre de cette thèse, nous attacherons de l’importance, non seulement à reconstruire le membre inférieur en trois dimensions, mais également à rechercher les définitions d’axes de références robustes et reproductibles.
Evaluation des torsions et rotations
Généralités
Comme mentionné à la section 3.2, la torsion est une déformation de l’os autour de son axe longitudinal tandis que la rotation est le mouvement possible du fémur ou du tibia autour de leurs axes respectifs. La tomodensimètrie (CT-Scan) est considérée comme l’examen de référence servant à les mesurer. Leur détermination a pour but d’évaluer les déformations tridimensionnelles, tant au niveau global qu’au niveau local, afin de permettre au chirurgien de planifier l’action thérapeutique.
• La torsion fémorale : mesurée entre l’axe du col fémoral et l’axe des condyles. Cette torsion atteint 40° à la naissance et 30° a l’âge de 1 an, diminue progressivement et aboutit à une torsion moyenne de 15° à l’âge adulte (Catonné et al. 2006 , Gray et al. 2002). Elle est de-14° ± 12° (moy ± 2SD) chez l’adulte avec des extrêmes entre 0° et -40° (Lerat et al. 1982).
• La torsion tibiale : mesurée entre l’axe passant par les deux plateaux tibiaux et l’axe joignant les malléoles. Cette torsion passe de 0° à la naissance à une moyenne de 25° à l’âge adulte avec des limites normales de 0° à 40° (Catonné et al. 2006). Elle est de 34°± 16° chez l’adulteavec des extrêmes de 15° à 48° (Lerat et al. 1982). Finalement, elle est de 19.5° en moyenne à l’âge adulte avec une importante marge de variation de 20° (Gray et al. 2002).
• La rotation fémoro-tibiale : à distinguer d’une torsion, qui traduit la rotation des plateaux tibiaux par rapport aux condyles fémoraux. Cet angle est de 3° en moyenne à l’âge adulte pour un sujet sain (Lerat et al. 1982).
Choix des coupes, des repères anatomiques et problématiques associées
Bien que dans la littérature tous les auteurs s’accordent sur les principes de base du calcul des angles de torsions et de rotations du membre inférieur, des divergences restent importantes quant au choix des coupes et des repères anatomiques associés pour le calcul des principaux axes. Nous allons àprésent faire un survol des différentes définitions rapportées dans la littérature. Il est à noter qu’elles sont diverses et variées et les citer toutes dans ce document n’est pas envisageable. Toutefois, nous allons décrire les plus pertinentes. Yasmina CHAIBI Thèse de doctorat
Pour la torsion fémorale (TF)
Au fil des ans, diverses méthodes de mesure de la TF ont été développées et les résultats de ces méthodes diffèrent les unes des autres (Tableau 7). La torsion fémorale est le plus souvent définie comme l’angle entre l’axe du col fémoral et l’axe bicondylien fémoral, tous deux projetés sur un plan orthogonal à l’axe diaphysaire (Hoiseth et al. 1989). Dès 1957, la définition de ces grands axes a été
mentionnée par Billing (Billing 1954). Comme nous l’évoquions précédemment, au cours des dernières années, la tomodensitométrie a obtenu une large popularité en raison de sa mise en œuvre facile. Néanmoins, les méthodes classiques de détermination de la TF basées sur la superposition de coupes 2D ont démontré de nombreuses lacunes.
Axe du col
La première source du problème est la détermination de l’axe du col fémoral. En effet, la définition la plus répandue est que l’axe du col coïncide avec la ligne reliant le centre de la tête fémorale et l’axe longitudinal du fémur. Toutefois, et en pratique, l’axe du col fémoral ne coupe pas l’axe longitudinal du fémur tel que décrit par Henriksson (Henriksson 1980) et Reikeras (Reikeras et al. 1985). De plus, et déjà en 1948, Kingsley (Kingsley and Olmsted 1948) a montré que l’axe du col fémoral ne passait pas par le centre de la tête fémorale en raison de sa forme recourbée. Cette observation a été confirmée par Sugano (Sugano et al. 1998) qui a montré que la distance moyenne entre l’axe « réel du col fémoral » et l’axe « centre-tête-axe-fémur » était de 1.5 mm. Murphy (Murphy et al. 1987), quant à lui, note que la torsion fémorale est l’angle entre l’axe bicondylien fémoral – défini par une coupe transversale de la partie distale du fémur – et une approximation de l’axe du col fémoral – déterminée sur une seule coupe qui est tracée « quelque part » le long du col fémoral. Il mentionne qu’en théorie, un axe défini sur une seule coupe dans le plan transversal ne devrait pas être utilisé pour déterminer un axe tridimensionnel qui passe généralement de façon oblique à travers cette section. Le problème fondamental, d’après l’auteur, est que l’axe utilisé n’est pas le « vrai axe » du col du fémur. Par conséquent, la TF réelle n’est donc pas mesurée (Figure 24).
Axe bicondylien distal
Une autre source d’erreur est la détermination de l’axe longitudinal du fémur. La plupart des CT-Scan sont supposés fournir des acquisitions de coupes successives perpendiculaires à l’axe longitudinal du fémur. Toutefois sa définition n’est pas claire : s’agit-il de l’axe mécanique ou anatomique ? Finalement, il est pratiquement impossible, en routine clinique et avec des patients présentant de fortes déviations axiales, d’obtenir des coupes sériées parfaitement perpendiculaires à cet axe.
La dernière source d’erreur est la détermination de l’axe bicondylien fémoral distal. Nous savons qu’au moment de l’acquisition tomographique, une série de coupes est réalisée au regard des condyles fémoraux jusqu’à la tubérosité tibiale antérieure ; il faut en choisir une pour tracer l’axe qui nous intéresse. Ce choix est encore une fois très aléatoire et varie d’un technicien en radiologie à un autre.
Une fois cette coupe choisie, il faut définir l’axe à proprement dit. Ici aussi nous retrouvons dans la littérature des définitions diverses et variées (Hernandez et al. 1981, Moussa 1994, Peterson et al.1981, Schneider et al. 1997, Seber et al. 2000, Song et al. 2006, Tomczak et al. 1997, Weiner et al. 1978).
Murphy (Murphy et al. 1987) a réalisé une étude de reproductibilité sur 10 fémurs cadavériques. Il mentionne quatre façons différentes de définir cet axe (Figure 27). Sur la même tranche, il a tracéles axes bicondyliens distaux (dix fois chacun) d’après les schémas suivants :
• Methode A (Moussa 1994, Seber et al. 2000, Song et al. 2006, Tomczak et al. 1997) : L’axe passe par les extrémités postérieures, médiale et latérale, des condyles fémoraux.
• Methode B (Peterson et al. 1981) : L’axe passe par les épicondyles fémoraux.
• Methode C (Weiner et al. 1978) : L’axe passe par le barycentre de la région condylienne médiale et par le barycentre de la région condylienne latérale.
• Methode D (Hernandez et al. 1981) : Est d’abord tracé l’axe tangent aux bords postérieurs des condyles (Figure 27-a), suivi d’un autre axe tangent aux bords antérieurs des condyles (Figure 27-b). La droite bissectrice de l’angle formé entre ces deux droites est considérée comme l’axe bicondylien fémoral.
Les résultats de cette étude ont montré que les méthodes A et D étaient les plus reproductibles (A : 2SD = 0.6° ; D : 2SD = 0.8°) contre 2SD = 3.2° et 2SD = 2.6° pour les méthodes B et C respectivement.
Pour finir, nous devons noter que même si les méthodes A et D sont les plus reproductibles d’après l’étude de Murphy, il reste que ces deux axes se basent sur la détermination des bords postérieurs et antérieurs des condyles fémoraux sur une seule coupe. Néanmoins, en pratique, les bords postérieurs des condyles ne sont pas alignés sur la même coupe, ce qui peut être aussi une source d’erreur.
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