Dissertations / Theses on the topic 'Articulation scapulo-humérale'

L'existence d'une lésion transfixiante de la coiffe des rotateurs est très fréquente dans la population générale avec une prévalence de près de 20%. Cette prévalence augmente avec l'âge tout comme l'existence de lésions asymptomatiques. Comment explique-t-on l'existence de lésions tendineuses qui ne provoquent pas de symptômes ?Le rôle essentiel de la coiffe des rotateurs est de center la tête humérale en face de la glène pour permettre une action optimale du deltoïde. Cette action de centrage est toujours possible en cas de lésion du supra-spinatus et l'épaule peut conserver une fonction satisfaisante à condition que l'équilibre soit conservé entre la coiffe antérieure (Sub-Scapularis) et la coiffe postérieure (Infra-Spinatus et Teres Minor). Comment expliquer alors que des lésions, même petites du supra-épineux peuvent-être à l'origine d'une impotence fonctionnelle de l'épaule ?Il existe une réelle dissociation anatomo-clinique des ruptures de la coiffe des rotateurs et l'expression clinique des lésions de la coiffe est multifactorielle et inconstante. Elle dépend de la taille de la lésion et de son évolutivité, de l'existence d'une bursite sous-acromiale et de l'existence d'une tendinopathie du long biceps.La comparaison de sujets symptomatiques et de sujets asymptomatiques présentant une rupture de coiffe a permis de pointer du doigt l'importance des muscles péri-scapulaires dans la compréhension du retentissement des lésions de coiffe des rotateurs. En effet, ces muscles péri-scapulaires ont pour fonction d'orienter la scapula et la glène lors des mouvements du bras. Lorsque ceux-ci sont altérés, les anomalies d'orientation de la scapula sont appelés dyskinésies scapulaires.Lors de précédents travaux, nous avons étudié la faisabilité d'étude pseudo-cinématique de la scapula par rapport au thorax lors d'un mouvement d'élévation du bras à l'aide de stéréoradiographies basse-dose EOS®. Cependant cette technique basée sur la localisation de points précis de la scapula sur les différentes vues radiographiques s'est montrée peu reproductible et difficile à utiliser en routine clinique.L'objectif de ce travail de Thèse était tout d'abord d'optimiser cette technique d'analyse prometteuse et peu-irradiante afin d'obtenir une analyse fonctionnelle quantitative fiable et reproductible de la scapula. Ensuite, nous avons souhaité utiliser cette technique in-vivo, sur une cohorte de sujets pour évaluer le comportement de la scapula dans différentes situations pathologiques
Existence of a full thickness rotator cuff tear is really common in the general population with prevalence near 20%. This prevalence increases with age as the existence of asymptomatic cuff tear. How can we explain that tendinous injuries do not cause symptoms?The essential action of the rotator cuff is to center the humeral head in front of the glenoid cavity in order to enable a maximal action of the deltoid muscle. This centering action is still possible in case of supra-spinatus tendon tear and the shoulder can keep a satisfying function if equilibrium is conserved between the anterior cuff (Sub-scapularis muscle) and the posterior cuff (Infra-spinatus and Teres Minor muscles). How can we explain that supra-spinatus tears, even small, can induce functional impairment of the shoulder?There is a real dissociation between anatomy and clinic for the rotator cuff tears and the clinical expression of cuff tears is multifactorial and variable. It depends of the size of the tear and its evolution, of the existence of a sub-acromial bursitis and of the existence of a long head biceps tendinopathy.Comparison between symptomatic and asymptomatic subjects which present a rotator cuff tear permitted to show the importance of the periscapular muscles for the understanding of the rotator cuff tears. Indeed, the function of the periscapular muscles is to orientate the scapula and the glenoid during arm movements. When periscapular muscles are altered, there are anomalies in the scapular orientation which are called scapular dyskinesis.In previous works, we studied the feasibility of pseudo-kinematic studies of the scapula during arm elevation according to the thorax coordinate system derived from low-dose EOS® stereoradiographs. However, this method which was based on the location of specific scapular bony landmarks on each stereoradiographs, presented a low reproducibility and was difficult to use in clinical conditions.The aim of this Thesis was first to optimize this promising method In order to obtain a functional quantitative analysis of the scapula reliable and reproducible. Then, we would like to use this method in-vivo in order to assess the orientation of the scapula during arm elevation on pathologic subjects

Dans la première partie, nous décrivons en détail la technique de mesure 3D de la mobilité de l’épaule à l’aide d’un appareil électromagnétique après une revue des autres techniques de mesure de la mobilité de ce complexe articulaire. Nous exposons également le protocole standardisé international de la mesure de la mobilité du membre supérieur que nous appliquons dans ce travail, permettant ainsi de comparer nos résultats à ceux d’autres équipes internationales. Nous présentons, ensuite, les résultats de la cinématique de la scapula chez des volontaires sains, puis chez des patients ayant une épaule raide. Enfin, nous décrivons la participation du tronc à la chaîne cinématique du membre supérieur en situation normale et chez les patients ayant une épaule raide. Dans la deuxième partie, nous présentons les instruments d’évaluation de l’incapacité fonctionnelle de l’épaule à partir d’une revue exhaustive de la littérature puis, nous argumentons le choix de l’instrument (auto-questionnaire « DASH » d’incapacité fonctionnelle de l’épaule) utilisé dans ce travail. Ensuite, nous exposons les résultats de 3 études qui ont permis la validation des 2 versions françaises (longue et courte) de cet auto-questionnaire dans les pathologies dégénératives et traumatiques de l’épaule. La dernière partie étudie la corrélation de la cinématique de la scapula et de l’articulation glénohumérale (mesurée par un appareil électromagnétique) avec la fonction mesurée par l’auto-questionnaire validé. Nous présentons les résultats de cette étude qui met en évidence le rôle de la scapula dans la fonction du membre supérieur.

Dans le cadre de la protection des automobilistes, le but de la simulation est d'aboutir à un modèle prédictif des lésions de l'être humain quelle que soit la direction de la sollicitation. La modélisation se heurte à un certain nombre de difficultés liées à un manque de données biomécaniques concernant le complexe épaule / membre supérieur. L'objectif de ce travail était de déterminer des lois de comportement (efforts / déplacements) en butées et de proposer un modèle cinématique pour le complexe épaule / membre supérieur. Un protocole expérimental a été mis au point afin d'extraire des données à partir de sujets d'anatomie. Ce protocole permet une localisation et une reconstitution des repères et marqueurs osseux dans l'espace. L'analyse des données et la méthode d'optimisation ont permis d'estimer les centres de rotation global et scapulo-huméral du complexe épaule / membre supérieur pour les sujets volontaires et anatomiques. Par ailleurs une méthode de mesure des efforts et moments appliqués tant globalement qu'au niveau de l'articulation scapulo-humérale du complexe / épaule membre supérieur a été développé afin d'estimer les butées globales et scapulo-humérale. Enfin, un modèle cinématique du complexe de l'épaule représenté comme un mécanisme comprenant deux chaînes distinctes : une chaîne fermée à 2 degrés de liberté (sternum - clavicule - omoplate - thorax) et une chaîne ouverte à 3 degrés de liberté (thorax - omoplate - humérus) est proposé
In order to create a biomechanical model of the human body for injury prediction, in relation with road users protection, the laws of movements of skeletal parts under passive loading must be known as well as the resistive forces developed by the structure that limit movement amplitude. For the shoulder complex, very few 3D data on mobility are available and most of the work was done on volunteers with external markers. The objective of this work was to collect data on the relative movement of skeletal components of the shoulder complex, on resistive moment of the shoulder joints versus angular movements and to develop a kinematic model of the shoulder complex. A experimental device was develop to collect data with post mortem human subject. The protocol will be used to re-constitute co-ordinate systems and measurement points materialized by metallic implants inserted in the bones. The data analysis and numerical methods was used to estimate global and scapulo-humeral rotation center for voluntary and post mortem subjects. A measurement system for resistive moment of the shoulder joints was develop to estimate limit force. A kinematic model of the shoulder complex corresponds by two mechanism : a closed chain (sternum - clavicula - scapula - torso) with 2 degree of freedom and an open chain (torso - scapula - humerus) with 3 degree of freedom

L'objectif de cette etude est l'analyse tridimensionnelle de la biomecanique du complexe articulaire de l'epaule lorsque le patient realise une tache. Des etudes ulterieures avaient decrit la cinematique des os de l'epaule, clavicule, humerus et omoplate par l'intermediaire de radiographies et en se placant dans l'hypothese ou les mouvements osseux etaient plans. D'autres etudes avaient privilegie des techniques non invasives en decrivant le mouvement de marqueurs fixes en regard de points osseux dans la position de depart. La premiere partie de ce travail analyse les techniques d'investigation. Nous avons mis au point une methode de traitement de cliches plans. Elle apporte des informations sur les deplacements tridimensionnelles des os dans le cas ou ces derniers comportent une composante principale plane et des perturbations spatiales d'amplitude reduite. Cette methode a ete validee par des simulations numeriques avec des resultats encourageants. La methode de reconstruction tridimensionnelle a partir des radiographies a pu etre validee experimentalement. Des sujets ont ete radiographies en portant des marqueurs externes radio-opaques, alors qu'ils realisaient une tache. Les deplacements de ces memes marqueurs au cours de l'execution de la meme tache ont ete enregistres grace a un systeme optoelectronique d'analyse du mouvement. Les zones de localisation optimales de marqueurs sur la peau ont ete definies. La fonction de transfert entre les deplacements des marqueurs externes et les mouvements articulaires a ete calculee. Une seconde partie decrit la constitution d'une banque de donnees numeriques des os de l'epaule et les operations mathematiques utilisees pour les adapter a la taille et a la morphologie du sujet analyse. La derniere partie decrit les choix retenus pour construire un outil de simulation des mouvements de l'epaule d'un sujet vivant. Nous avons choisi d'animer des os moyens adaptes a sa taille par une cinematique observee reellement chez lui lorsqu'il executait une tache

L'extrémité proximale de l'humérus est une structure anatomique et anthropologique fondamentale. Elle porte, en effet la surface articulaire du versant distal de l'articulation scapulo-humérale et les surfaces d’insertion d'une partie des muscles moteurs de cette articulation. Elle représente la plus importante et la plus mobile des articulations du complexe de l'épaule. L'extrémité proximale de l'humérus est le reflet du mode de fonctionnement de l'articulation scapulo-humérale, articulation libre chez l'homme de toute fonction locomotrice. L'échantillon que nous avons étudié est divisé en deux groupes. Un groupe ancien constitué de pièces osseuses issues de squelettes de patients décédés lors des épidémies de peste à Marseille en 1720 et un groupe constitué de patients vivants actuellement à Marseille. L'utilisation de l'imagerie médicale (tomodensitométrie) a permis de réaliser les mêmes mesures ostéologiques sur des pièces osseuses et sur des sujets vivants. Elle rend possible sur le sujet vivant la confrontation entre l'ostéologie et les structures musculaires et tendineuses. Les résultats de notre travail anatomique portent donc sur la mesure et l'étude de la variabilité de la tête humérale, du sillon inter-tuberculaire, de l'orientation et de la superficie de l'insertion des différents muscles. Elle nous a permis à partir de confrontations avec les travaux de bio-mécanique de mieux comprendre l'action des différents muscles. Les corrélations existantes entre les mesures nous ont également permis de mettre en évidence les liens qui existent entre les structures anatomiques et leur implication sur le développement et l'équilibre existant entre les différentes structures de l'extrémité proximale de l'humérus. Du point de vue anthropologique, les comparaisons ont mis en évidence, au sein de la population marseillaise une micro-évolution des structures anatomiques de l'extrémité proximale de l'humérus entre le début du XVlllème et l'époque actuelle. La base de données que nous avons constitué permettra des études d'anatomie comparée ou d'anatomie évolutive ultérieure. Au sein de la population actuelle, nous avons mis en évidence un facteur ostéologique de lésions des tendons qui nous permet d'envisager un nouveau mécanisme physiopathologique non publié à notre connaissance.

Objectif : Proposer une alternative fiable, et plus proche de la réalité fonctionnelle, en utilisant une approche isocinétique sectorielle représentée par le calcul de ratios agonistes/antagonistes par plage angulaire de 10°. Matériel et Méthode : Trois études ont été menées, chaque étude portant sur des sites articulaires particulièrement impliqués dans la motricité humaine, et également très concernés par la survenue de blessure en lien avec la balance musculaire des principaux groupes stabilisateurs. Il s'agit respectivement de l'articulation scapulo-humérale (muscles rotateurs interne/externe), de l'articulation fémoro-tibiale (muscles fléchisseurs/extenseurs), et du rachis lombaire (muscles fléchisseurs/extenseurs). Les sujets étaient des volontaires sains, non spécialistes d'une pratique sportive. Les ratios par plage angulaire de 10° étaient comparés entre les plages angulaires et également par rapport aux ratios classiques associés aux valeurs "pic". La reproductibilité était évaluée pour l'ensemble des ratios. Résultats : Nos études ont montré que les ratios par plage angulaire étaient évolutifs au cours du mouvement et significativement différents des ratios classiques. De plus, nos résultats ont mis en exergue une bonne reproductibilité absolue des ratios associés aux plages angulaires de 10°. Conclusion : La méthode sectorielle associée aux plages angulaires de 10° permet une évaluation fiable et pertinente de la balance musculaire
Objective : The general objective was to propose a reliable alternative to assess agonists-antagonists muscle balance in dynamic perspective by using a sector approach: the angular range method. Material and method : Three studies were conducted, each study involving joint particularly involved in human motion, and also in injury occurence related to the muscle balance between the main joint stabilizers. These are respectively scapulohumeral joint (internal ans external rotator muscles), femoro-tibial joint (flexor and extensor muscles), and lumbar spine (flexor and extensor muscles). Subjects were healthy volunteers, not specialists in a sport. The ratios by angular range of 10° were compared between the angular ranges and also compared to the classical ratios associated with the peak torques. Reliability was evaluated for all ratios. Results : All studies have shown that angular range ratios were signicantly different between angular ranges and also significantly different to the classical peak torque ratios. In addition, the results have highlighted a good absolute reliability of the ratios associated with the angular ranges of 10°. Conclusion : The sector method associated with angular ranges of 10° allows a reliable and relevant assessment of the muscle balance by a finer analysis of a major parameter of muscle function involved in physiopathology and motor performance

Le but de ce travail est de déterminer les liens éventuels existant entre la force et l'équilibre agoniste / antagoniste des muscles rotateurs médiaux et latéraux de l'articulation scapulohumérale, et la stabilité scapulo-humérale. La première partie de ce travail est un rappel d'anatomie fonctionnelle, de physiologie articulaire et de biomécanique de l'articulation scapulo-humérale, ainsi que des aspects pathologiques en rapport avec la problématique de sa stabilité et de son exploration. La deuxième partie propose une analyse critique de la technique d'exploration de la force musculaire par dynamométrie isocinétique, afin de déterminer un protocole d'évaluation fiable et reproductible. Ainsi, nous choisissons d'utiliser la position d'évaluation la plus reproductible et la plus adaptée pour l'évaluation de sujets pathologiques : la position assise avec 45° d'abduction dans le plan de la scapula avec correction de la gravité. La troisième partie a pour objet de rechercher, à partir d'études cliniques originales, les liens existant entre la force musculaire des rotateurs médiaux et latéraux de l'épaule et l'instabilité antérieure chronique post-traumatique d'une part, et les adaptations de cette force avec certaines sollicitations sportives d'autre part. Bien qu'un déficit de la force musculaire des rotateurs médiaux et latéraux soit associé à l'instabilité antérieure chronique, nos études ne rapportent pas d'association entre le déséquilibre agoniste/antagoniste et l'instabilité antérieure chronique. Dans le cadre de la pratique de sports sollicitant les membres supérieurs, les adaptations de la force, avec une augmentation de la force des muscles rotateurs médiaux et latéraux du côté dominant, sont inconstantes, et surtout, nos résultats ne rapportent aucun déséquilibre agoniste/antagoniste induit par la pratique sportive. En conclusion, notre travail de thèse met en évidence des adaptations de la force musculaire sans perturbation de l'équilibre agoniste/antagoniste des rotateurs médiaux et latéraux de l'articulation scapulo-humérale, associées à l'instabilité scapulo-humérale ou induites par la pratique de sports sollicitant cette articulation. Prenant en compte les limites de notre expérimentation, on peut faire l'hypothèse que les adaptations physiologiques induites par la pratique sportive n'interviendraient pas comme un mécanisme de désadaptation, ou un facteur de risque prédisposant, à l'origine des pathologies de l'articulation scapulo-humérale. Ainsi, notre conclusion serait que l'équilibre agoniste / antagoniste aurait un rôle protecteur de la stabilité articulaire ; la survenue d'un déséquilibre musculaire agoniste / antagoniste serait alors secondaire à une lésion anatomique et marquerait le signe de son évolution longue et/ou péjorative

Le but de ce travail est de déterminer les liens éventuels existant entre la force et l’équilibre agoniste / antagoniste des muscles rotateurs médiaux et latéraux de l’articulation scapulohumérale, et la stabilité scapulo-humérale. La première partie de ce travail est un rappel d’anatomie fonctionnelle, de physiologie articulaire et de biomécanique de l’articulation scapulo-humérale, ainsi que des aspects pathologiques en rapport avec la problématique de sa stabilité et de son exploration. La deuxième partie propose une analyse critique de la technique d’exploration de la force musculaire par dynamométrie isocinétique, afin de déterminer un protocole d’évaluation fiable et reproductible. Ainsi, nous choisissons d’utiliser la position d’évaluation la plus reproductible et la plus adaptée pour l’évaluation de sujets pathologiques : la position assise avec 45° d’abduction dans le plan de la scapula avec correction de la gravité. La troisième partie a pour objet de rechercher, à partir d’études cliniques originales, les liens existant entre la force musculaire des rotateurs médiaux et latéraux de l’épaule et l’instabilité antérieure chronique post-traumatique d’une part, et les adaptations de cette force avec certaines sollicitations sportives d’autre part. Bien qu’un déficit de la force musculaire des rotateurs médiaux et latéraux soit associé à l’instabilité antérieure chronique, nos études ne rapportent pas d’association entre le déséquilibre agoniste/antagoniste et l’instabilité antérieure chronique. Dans le cadre de la pratique de sports sollicitant les membres supérieurs, les adaptations de la force, avec une augmentation de la force des muscles rotateurs médiaux et latéraux du côté dominant, sont inconstantes, et surtout, nos résultats ne rapportent aucun déséquilibre agoniste/antagoniste induit par la pratique sportive. En conclusion, notre travail de thèse met en évidence des adaptations de la force musculaire sans perturbation de l’équilibre agoniste/antagoniste des rotateurs médiaux et latéraux de l’articulation scapulo-humérale, associées à l’instabilité scapulo-humérale ou induites par la pratique de sports sollicitant cette articulation. Prenant en compte les limites de notre expérimentation, on peut faire l’hypothèse que les adaptations physiologiques induites par la pratique sportive n’interviendraient pas comme un mécanisme de désadaptation, ou un facteur de risque prédisposant, à l’origine des pathologies de l’articulation scapulo-humérale. Ainsi, notre conclusion serait que l’équilibre agoniste / antagoniste aurait un rôle protecteur de la stabilité articulaire ; la survenue d’un déséquilibre musculaire agoniste / antagoniste serait alors secondaire à une lésion anatomique et marquerait le signe de son évolution longue et/ou péjorative
The aim of this work is to determine the possible links between strength and agonist/antagonist balance of the shoulder internal and external rotators muscle, and the glenohumeral stability. The first part of this work is a reminder of functional anatomy, joint physiology and biomechanics of the glenohumeral joint, and pathological aspects related to the problem of its stability and its exploration. The second part propose a critical analysis of technical exploration of muscular strength by isokinetic dynamometer to determine a reliable and reproducible protocol. We choose to use the more reliable and more suitable position for evaluation of pathological subject: the seated position with 45° of shoulder abduction in the scapular plane, with gravity corrected. The third part is aimed to research, from original clinical studies, the relationship between shoulder internal and external rotators muscle strength and balance, and shoulder instability on the one hand, and adaptations of this strength with sports practice on the other hand. Although a deficit in rotators muscle strength is associated with recurrent anterior instability, our work reporte no association between agonist/antagonist imbalance and recurrent anterior instability. In overhead sports and sports seeking the upper limbs, adaptations of strength, with a rotator strength increase on the dominant side, are inconsistent, and most importantly, our results reporte no agonist/antagonist imbalance induced by the sports practice. In conclusion, this work highlights adaptations in strength and balance of the shoulder internal and external rotators muscle associated with the glenohumeral joint instability, or induced by the sports practice. Tacking into account the limits of our experiment, we can hypothesis that any physiological adaptations induced by sport practice would not intervene as a pathophysiological mechanisms of desadaptation, or not be considered a risk factor predisposing, to glenohumeral joint diseases. Thus, our conclusion is that the agonist/antagonist balance would have a protective role of the joint stability; the occurrence of a muscle agonist / antagonist imbalance may be secondary to an anatomical lesion and mark the sign of its long and/or pejorative evolution

L'objectif de cette thèse est de déterminer l'influence du volley-ball sur les adaptations musculo-squelettiques de l'épaule. Les muscles rotateurs de l'épaule sont évalués avec le dynamomètre Kin Com ® afin de déterminer des ratios musculaires agonistes / antagonistes de cette population spécifique. Les évaluations ont été complétées par des variables issues de la performance sportive. Les résultats obtenus indiquent : différences de pics de moments de force des RI conc et des RE exc entre joueurs professionnels et jeunes joueurs de haut niveau, une position d'évaluation plus favorable dans le plan de la scapula, des différences d'évolution du ratio RI conc / RE exc entre l'amplitude totale et la fin d'amplitude selon le niveau de pratique, une évolution au cours de la saison sportive du ratio RI conc / RE exc des joueurs confirmés et d'une évolution des pics de moments de force des jeunes joueurs de haut niveau avec une stabilité de leur ratio RI conc / RE exc. Ces résultats confirment une influence de la pratique du volley-ball sur les muscles rotateurs du joueur en fonction de son niveau de pratique, de son âge et au cours de la saison sportive
The aim of this thesis is to determine the effect of volleyball practice on shoulder muscles' adaptation. Rotator cuff muscles of the shoulder are assessed with a Kin Com® dynamometer in order to establish agonists / antagonists muscular strength ratios of volleyball players. Isokinetic tests have been completed using tests of performance. Results indicate: a better position of assessment in the scapular plane, differences of peaks torque of IR conc and ER ecc between professional players and young high level volleyball players, differences of functional IR conc / ER ecc ratio between the full range of motion and the end of the range of motion according to the level of practice, an evolution of the IR conc / ER ecc ratio of confirmed volleyball players during the sport season and a stabilization of the IR conc / ER ecc ratio of young high level volleyball players. The results confirm the effects of the practice of volleyball on the rotator cuff muscles of a player according to his level of practice, his age and during the sport season

L'objectif de cette thèse a été de contribuer à l’amélioration des qualités métrologiques du mouvement scapulo-huméral recueilli par marqueurs cutanés dans un système optoélectronique. Le premier chapitre porte sur la mesure du mouvement scapulaire. Les techniques basées sur la pose de marqueurs directement sur les zones palpables de la scapula et les techniques dites acromiales présentent une erreur de 5 à 6°. Nous avons développé une méthode originale fondée sur une approche acromiale et une double calibration permettant d’obtenir une erreur de mesure globale de 3 à 4,5°. Le deuxième chapitre évalue la précision et la reproductibilité de 5 méthodes fonctionnelles pour la détermination du centre de rotation gléno-huméral. L’erreur est comprise entre 1l mm et 17 mm selon les méthodes. L’étude de reproductibilité montre une forte influence de l’amplitude du mouvement et de la méthode fonctionnelle. Le troisième volet de nos travaux consiste à développer et à évaluer une méthode d’analyse du mouvement scapulo-huméral de l’enfant sain et pathologique. La méthode est reproductible et précise à 5° près mais l’exploration de l’articulation gléno-humérale au cours du mouvement nécessite l’utilisation d’une autre séquence d’Euler que celle recommandée dans la littérature (XZY). Le dernier chapitre de cette thèse discute des résultats et des perspectives, en particulier, l’intérêt de modèles biomécaniques de l’épaule personnalisés à partir de l’imagerie
The aim of this thesis was to contribute to the improvement of metrological properties of the scapulo-humeral movement collected by skin markers in an optoelectronic system. The first chapter deals with shoulder movement assessment, Techniques based on the markers placed on the anatomical landmarks of the scapula and acromial method provide an error of 5 to 6°. We have developed an original method based on an acromial approach and a double calibration which allow decreasing the error to 3-4. 5°. The second chapter evaluates the accuracy and repeatability of five functional methods for determining the glenohumeral rotation center. The error is between 11 mm and 17 mm according to the methods. The reproducibility study showed a strong influence of the range of motion and functional method. The third component of our work was to develop and evaluate a method for analyzing the scapulohumeral movement of the healthy and pathological child. The method was repeatable and accurate close to 5° but the exploration of the gleno-humeral joint during movement required the use of another Euler sequence than recommended in the literature (XZY). The final chapter of this thesis discusses the outcome and perspectives in particular, the interests of biomechanical models of the shoulder from custom imaging

Le but de ce travail est d’améliorer les techniques de mesure cinématique tridimensionnelle (3D) afin d’étudier les schémas cinématiques du complexe de l’épaule et du rachis cervical chez des sujets sains et pathologiques. La première partie de ce travail propose un rappel d’anatomie fonctionnelle, une revue de la littérature de la cinématique du complexe scapulo-huméral et une mise au point sur les techniques de mesure de ces deux complexes articulaires. La deuxième partie de ce travail a pour objectif d’évaluer à partir d’études cliniques originales : - la reproductibilité des techniques de mesure des rotations des complexes scapulo-huméral et cervical et d’en proposer une amélioration par une analyse simultanée des translations du barycentre de la scapula ainsi que par la mesure couplée des deux complexes articulaire. - les schémas cinématiques de la scapula dans différents modèles de pathologies ostéo-articulaires au cours de gestes analytiques et fonctionnels. En conclusion, ce travail de thèse met en évidence : une variabilité intra-individuelle dans la capacité à reproduire un mouvement à l’identique avec le membre supérieur et à conserver la même précision dans le repositionnement de la tête. - des mouvements de translation 3D de la scapula, dont certains de grande amplitude, associés aux rotations des mouvements de faible amplitude du rachis cervical associés aux mouvements du membre supérieur en faveur de son rôle proprioceptif. - des schémas cinématiques scapulaires spécifiques : - de la lésion neurologique en cas de scapula alata dynamique. - de la nature fonctionnelle de la tâche en cas de pathologies ostéo-articulaires communes
The aim of this work was to improve the methods of kinematic assessment of the shoulder complex and of the cervical spine in order to improve understanding of scapular and cervical spine kinematics in asymptomatic and symptomatic subjects. The first part of this work provides a reminder of functional anatomy, a literature review of the 3D kinematics of the shoulder complex and issues relating to measurement techniques of both articular complexes. The second part is based on original clinical studies assessing: - the reliability of the measurement techniques of the rotations of both articular complexes and their enhancement by addition of scapular translations and the coupled mobility of the cervical spine and shoulder complexes. - the patterns of scapular kinematic in different ostéo-articular pathologies In conclusion, this work highlights: - intra-individual variability in the ability to reproduce a movement with the upper arm and in the accuracy of repositioning the head . -3D scapular translations (some with large ranges) associated with scapular rotations. - small movements of the cervical spine associated with upper limb movements relating to the proprioceptive role of the cervical. - spine specific scapular kinematic patterns depending on: - neurological lesions in the case of dynamic scapula alata, - the type of movement in common osteo articular pathologies

Cette thèse s’est d’abord voulue pratique. La chirurgie de l’épaule est en pleine expansion avec le vieillissement croissant de la population et la pratique de plus en plus généralisée du sport. L’épaule est une articulation complexe. Paradoxalement les progrès techniques en chirurgie sont sans cesse grandissants et renouvelés tandis que l’on tientpour acquis des données anatomiques démontrées il y a longtemps et rapportées jusqu’à nos jours. Nous avons voulu confronter l’anatomie avec les techniques diagnostiques actuelles et voir si cela pouvait avoir un impact sur les pratiques chirurgicales. Nous avons également voulu voir si certaines complications chirurgicales pouvaient s’expliquer par des données anatomiques. Ce qui a orienté nos recherches sont les principaux problèmes actuels en pathologie de l’épaule c’est-à-dire la coiffe des rotateurs et le syndrome sous-acromial. Les observations lors des nombreuses dissections de l’épaule nous ont conduit à ces réflexions : comment la glène est-elle vascularisée?, pourquoi est-elle si fragile?, que se passe-t- il dans l’espace sous acromial?, quelle est l’utilité du ligament coraco-acromial?, quels sont ses rapports avec lesuprapinatus?, pourquoi l’insertion du supraspinatus est-elle fragile et difficile à reconstituer ?, la qualité osseuse de la tête humérale a-t-elle un impact sur la géographie des fractures, les échecs des ostéosynthèses, les descellements prothétiques?, qu’est ce que la chape delto-trapézoidienne? Autant de questions que nous nous sommes posées endisséquant cette articulation très complexe qui est l’épaule. Par ailleurs, l’anatomie classique peut maintenant secompléter non seulement de l’histologie, mais aussi de techniques radiologiques modernes comme l’IRM l, le microCT, le synchrotron, la reconstruction 3D, la modélisation en éléments finis
I would like to make a practical thesis. Shoulder surgery is growing and growing as the population is ageing and people is doing more and more sports activities. A lot of technical progress were done but there are still a lot of surgical complications. On the other way some very old anatomical ideas are still alive. I want to see with the actual knowledge, if some surgical complications could be explained by anatomy. Subacromial pathology and bone quality remain the two mainproblems of shoulder surgery and pathology. That’s what had suggested to me this study about the shoulder. I was supposed to analyze glenoid bone first .The aim was to know more about arterial supply of glenoid. That was my firststudy (article 1). Then, I was interested in glenoid bone quality. And the second study had appeared. (article 2). During the shoulder dissection, I was looking for the fascia delto-trapezoidal which I didn’t found as described in books. It was my third study. (article 3). Going on I found the coraco-acromial ligament and I was surprised to see the constant portion under the acromial process. And that gave me the idea for the fourth study. (article 4).As I had discovered the very interesting technique of micro-Ct densitometry, I would like to apply it to the humeral head bone. There was the fifth study. (article 5)But, I want to know more and more about bone quality and I went on with the greater tuberosity and especially the area ofsupraspinatus insertion. The insertion and the sub-chondral bone were analyzed. There’s the last but not least study!(article 6). I was really interested in supraspinatus muscle and tendon and I want to follow the course of the muscle as the zone of conflict. I was the subject of study in life as I went through RMI . The muscle was reconstructed as finite element. Then it was possible to describe the zone of conflict with the supraspinatus. Here’s the seventh article. (article 7)

Le but de cette thèse a été de redéfinir le diagnostic d’hyperlaxité de l’épaule. Ce travail s’appui sur plusieurs études cliniques, chirurgicales et d’analyse du mouvement. Pour mener ce travail, nous avons tout d’abord défini l’hyperlaxité telle qu’elle est actuellement décrite dans la littérature, ainsi que ses liens avec l’instabilité de l’épaule et son traitement. Ce premier chapitre décrit également les moyens techniques d’analyse du mouvement qui seront utilisés dans cette thèse. Ensuite, plusieurs études ont été proposées. L’étude 2 est une étude chirurgicale, qui a cherché à corréler la laxité capsulaire étudiée en per opératoire et l’hyperlaxité clinique. L’étude 3 a ensuite rechercher les moyens de rendre plus reproductible la mesure de la rotation externe dans le cadre de l’hyperlaxité. Les études 4 et 5 sont des études utilisant l’analyse du mouvement. La première a cherché à fiabiliser la mesure clinique des amplitudes articulaires de l’épaule en tentant d’analyser les facteurs d’erreur de mesure. La deuxième étude a ensuite eut pour but de définir le volume articulaire global du complexe articulaire de l’épaule et de préciser la relation de ce volume avec les différents degrés de liberté de l’épaule. Une dernière étude (Etude 6) a enfin permis de corréler le volume articulaire de l’épaule et les signes cliniques d’hyperlaxité. Enfin, le chapitre « conclusions générales et perspectives » rassemble les éléments de conclusion de ces différents travaux et a pour ambition de redéfinir le diagnostic d’hyperlaxité de l’épaule. Ce chapitre ouvre plusieurs perspectives. La première est de proposer des modifications de l’examen clinique de l’épaule et notamment pour le diagnostic d’hyperlaxité. La seconde est d’utiliser la description volumétrique de l’épaule dans d’autres situations physiologiques ou pathologiques. Enfin, nous rapportons les résultats préliminaires d’une étude anatomique visant à identifier la place respective de chaque articulation dans cette définition volumétrique des amplitudes articulaires de l’épaule
The aim of this study was to give a new definition to shoulder hyperlaxity. This work was conduced with clinical, surgical andmotion capture experimentations. We first gave a definition of hyperlaxity, as described actually in the literature, and its link with shoulder instability and treatment. Chapter 1 described also motion capture technics used along this work. Then, several studies were proposed. Study n°2 was a surgical one, and tempted to correlate peroperative capsular laxity and hyperlaxity. Therafter, study n°3 looked for an optimized way to examine external rotation of the shoulder. Studies N° 4 and 5 used motion capture analysis to assess clinical shoulder examination patterns and global reachable shoulder space volume. This volume was finally correlated to shoulder sign of hyperlaxity in study n°6. The last chapter, « general conclusions and perspectives » gather together conclusions of each study and redefine hyperlaxity. Finally, we report our prospect, giving first results of an anatomical study exploring the volumetric definition of shoulder range of motion described previously

La caractérisation précise et quantifiée du mouvement humain est essentielle dans de nombreux domaines et particulièrement en pratique clinique et sportive pour exploiter, préserver ou rétablir les capacités motrices. L’anatomie complexe de l’épaule lui confère une capacité de mouvement fine et de grande amplitude, au détriment d’une stabilité fragile et exposée à des risques importants d’altérations pouvant compromettre sa mobilité. Pour estimer la cinématique articulaire du complexe de l’épaule, il est donc nécessaire de disposer d’un système de capture de mouvement qui soit rapide, précis, et applicable en routine. Parmi les nombreux outils utilisés, l’estimation de la cinématique de l’épaule par mesure directe est généralement invasive ou irradiante, et en tout cas non adaptée à l’évaluation systématique. Les méthodes d’estimation cinématique de l’épaule par mesure cutanée indirecte sont plébiscitées, notamment avec marqueurs, mais avec une précision moindre du fait des artefacts des tissus mous. De nombreuses stratégies expérimentales et numériques ont été développées pour en améliorer les performances, sans toutefois donner pleinement satisfaction. Récemment, des méthodes de capture de mouvement sans marqueurs sont apparues mais aucune ne propose à ce jour d’estimations compatibles avec la modélisation cinématique détaillée du complexe de l’épaule. L’objectif de cette thèse était alors de contribuer au développement des outils d’analyse cinématique de l’épaule par capture de mouvement avec et sans marqueurs. Un premier sous-objectif de ce travail de thèse était d’étudier l’influence de l’optimisation du modèle cinématique et du poids des marqueurs de la scapula sur la cinématique scapulaire dans une optimisation multi-segmentaire. Les résultats de cette première étude ont mis en évidence que la redondance des marqueurs, à savoir l’utilisation de plus de trois marqueurs sur la scapula, est recommandée pour l’estimation de la cinématique scapulaire par optimisation multi-segmentaire. Ces résultats ont aussi montré que les poids optimaux sont à la fois spécifiques au participant et au mouvement, mais qu’un jeu de poids moyen par mouvement pouvait améliorer l’estimation de la cinématique scapulaire. Le second sous-objectif de ce travail de thèse était de développer une méthode de capture de mouvement sans marqueurs par algorithme d’apprentissage profond permettant le suivi cinématique du membre supérieur incluant le complexe de l’épaule. Cette seconde étude a consisté à développer un algorithme d’estimation de pose 2D capable d’identifier 20 repères anatomiques sur cinq mouvements différents avec une précision médiane inférieure à 9 px. La méthode de capture de mouvement sans marqueurs développée sur la base de cet algorithme a permis des estimations 3D des repères anatomiques de l’épaule avec une précision moyenne inférieure à 15 mm, aboutissant à une précision cinématique articulaire de 14° pour l’articulation scapulo-thoracique. Les estimations ainsi obtenues sont équivalentes voire meilleures que pour la capture de mouvement avec marqueurs, pour un gain de temps considérable par l’absence de préparation. De futurs travaux sont nécessaires pour transformer la preuve de concept développée en véritable outil de capture de mouvement, et valider son potentiel à devenir la méthode la plus adaptée pour l’estimation cinématique du complexe de l’épaule en routine
The precise and quantified characterization of human movement is essential in many fields, particularly in clinic and sports, to enhance, preserve, or restore motor abilities. The complex anatomy of the shoulder gives it fine and large-range motion capability, at the cost of fragile stability, exposing it to significant risks of impairments that can compromise its mobility. To accurately estimate the kinematics of the shoulder complex, it is necessary to have a motion capture system that is fast, accurate, and suitable for routine use. Among the many tools employed, shoulder kinematic estimation via direct measurement is generally invasive or radiation-based, and in any case not suited for systematic evaluation. Indirect skin-based shoulder kinematic estimation methods, especially those using markers, are widely used but offer lower accuracy due to soft tissue artifacts. Numerous experimental and numerical strategies have been developed to improve their performance, though they have not yet fully satisfied expectations. Recently, markerless motion capture methods have emerged, but to date, none of them provide estimates compatible with the detailed kinematic modeling of the shoulder complex. The objective of this thesis was therefore to contribute to the development of shoulder kinematic analysis tools using both marker-based and markerless motion capture. A first sub-objective of this thesis was to study the influence of kinematic model optimization and scapular marker weight on scapular kinematics in a multibody kinematic optimization. The results of this first study highlighted that marker redundancy, meaning the use of more than three markers on the scapula, is recommended for scapular kinematic estimation in multibody kinematic optimization. These results also showed that the optimal marker weights are both participant- and movement-specific, but that an average weight set per movement could improve scapular kinematic estimation. The second sub-objective of this thesis was to develop a markerless motion capture method using a deep learning algorithm that allows for the kinematic tracking of the upper-limb, including the shoulder complex. This second study involved developing a 2D pose estimation algorithm capable of identifying 20 anatomical landmarks across five different movements with a median accuracy of less than 9 px. The markerless motion capture method developed based on this algorithm provided 3D estimates of the anatomical landmarks of the shoulder with an average accuracy of less than 15 mm, resulting in an articular kinematic accuracy of 14° for the scapulothoracic joint. These estimates were equivalent to, if not better than, those obtained using marker-based motion capture, with a significant time-saving due to the absence of preparation required. Further research is needed to transform this proof of concept into a fully functional motion capture tool and validate its potential to become the most suitable method for routine shoulder complex kinematic estimation

L'objectif de ce travail de doctorat étati d'examiner les modalités d'entrainement permettant de développer la vitesse de balle post impact en coup droit au tennis, tout en évaluant les risques potantiels d'hypersollicitation de l'épaule qui pourraient en résulter. Les résultats de nos différentes études ont montré que la puissance maximale développée lors d'un lancer de medecine-ball (MB) à 2 mains sur le côté expliquait 25% de la variation de la vitesse maximale de balle en coup droit et qu'elle était atteinte en utilisant une masse de MB de 5,7% du poids de corps du joueur. Toutefois, les relations entre les distances obtenues lors de ce type de lancer et la vitesse de balle en coup droit sont faibles. En revanche, les lancers de MB sur le côté à une main ont démontré une relation significative avec la vitesse maximale de balle en coup droit. Un entrainement de six semaines basé sur l'utilisation de ce type de lancers a augmenté la vitesse de balle de 11% mais la précision des coups tendait à diminuer. Finalement, un entraînement incorporant des frappes de balle avec une raquette lestée d'environ 12% a également amélioré la vitesse maximale de balle en coup droit (5%), tout en conservant la précision des coups. Enfi, la comparaison de la coordiantion musculaire entre lesles deux types de lancers de MB et la frappe en coup droit a montré que les muscles du tronc et du membre supérieur testés présentaient des modèles d'activité musculaire et des niveaux de sollicitations similaires. Ainsi, les craintes concernant un potentiel de blessure ne sembleraient pas justifiées. Ainsi, les résulats de ces tudes ont contribué à la périodisation de la préparation physique pour l'amélioration de la performance en coup droit chez le joueur de tennis compétiteur amateur
This work aimed at exploring the training modalities to develop maximal post impact ball velocity fo the tennis forehand drive, while assessing the potential risk of upper limb oeruse. The results of our studies showed that maximal power developed during a two-handed side medecine-ball(MB) throw explained 25% of the variation of maximal forehand ball velocitiy, and was achieved when using a MB mass of 5,7 % of player's body weight. However, the relationship between throwing distances and maximal ball velocity of forehand drive was weak. By contrast, a significant relationship was found between the performance for the one-handed side MB throw and the maximal velocity of the forehand drive. A six-week trainig program based on one-hand MB throws increased the ball velocity by 11%, but the shot accuracy tended to be reduced. In the same way, a six-week training program including forehand drives with an overweighted racketr about 12 % allowed the maximal forehand ball velocity to be improved (5%), without alteration in theshot accuracy. Finally, the comparison of muscular coordination between both MB throws and the forehand drive demonstrated that the trunk and upper limb muscles presented similar activity pattern and levels. The potentials for injury risk would thus not justify. In conclusion, the finding of this work contributed to the periodization of the strength and conditioning training in order to improve the forehand drive performance in nonprofessional competitive tennis players

La paralysie obstétricale du plexus brachial (POPB) est une paralysie du membre supérieur qui survient à la naissance et peut entraîner une déformation de l'articulation et un fonctionnement anormal de l'épaule. Bien que le traitement de la POPB tente de restaurer la fonction de l'épaule, la pathomécanique sous-jacente n'est pas encore clairement comprise. Les modèles computationnels sont efficaces pour fournir de telles informations, mais il n'existe aucun modèle d'articulation de l'épaule pédiatrique pour comprendre la POPB. Ainsi, ce travail de recherche a pour but de construire un framework combinant les avancées dans les domaines de la modélisation statistique de forme (MSF) et de la modélisation musculo-squelettique multi-corps (MCM). Due à l’insuffisance des données dans la cohorte pédiatrique, ce cadre a été mis en place pour l'articulation de l'épaule adulte. Pour cela, la précision de la MSF a été illustrée en prédisant 1) la forme de l'omoplate pré-morbide, et 2) les régions d'insertion musculaire sur l'omoplate et l'humérus. Cette méthode a ensuite été intégrée aux modèles MCM pour l'épaule adulte pour souligner l’importance des modèles spécifique-patient pour l’usage clinique. Pour le second objectif de cette thèse, j'ai développé un modèle MCM pédiatrique du complexe articulaire de l'épaule en utilisant le logiciel OpenSim. Grâce aux approches de cinématique et dynamique inverse, le modèle a permis de déterminer les différences de dynamique articulaires entre le côté sain et le côté pathologique. Les travaux futurs seront axés sur l’extension du travail réalisé pour la population pédiatrique afin de comprendre la pathomécanique de POPB
Obstetrician Brachial Plexus Palsy (OBPP) is a common birth injury in children leading to shoulder joint deformity and abnormal function. While the management of OBPP disorder focuses on restoring the shoulder joint function, the underlying pathomechanics is not clearly understood yet. Computational models are effective to provide such insights, however, there is no pediatric shoulder joint model to understand the OBPP disorder. Thus, the global aim of this research work was to build a computational framework combining the advances in statistical shape modeling (SSM) and multi-body musculoskeletal modeling (MSKM) domains. Due to a lack of sufficient data in the pediatric cohort, I first developed the framework for adult shoulder joint. For this, I illustrated the accuracy of SSM in predicting 1) missing part of the scapula, and 2) muscle insertion regions on scapula and humerus bones. This method was then integrated with adult shoulder MSKMs to show the differences between generic and subject specific constructs. For the second aim of this thesis, I developed a pediatric MSKM of the shoulder joint complex using OpenSim software. Pediatric MSKM represented scapulothoracic, sternoclavicular, acromioclavicular, and glenohumeral joints with 13 degrees of freedom, and actuated by 52 musculotendon actuators representing 14 shoulder muscles. Using inverse kinematics and inverse dynamics approaches, the model was used to determine the differences in joint kinematics, and joint dynamics between healthy and unhealthy side of a single OBPP subject. Future work is focused on completing the framework on pediatric population and understanding the pathomechanics of OBPP