Mouvements du membre supérieur chez les enfants hémiplégiques spastiques : analyse cinématique et électromyographique

Les enfants avec une hémiplégie spastique présentent des troubles sensorimoteurs à un de leurs membres supérieurs qui limitent leur fonction, surtout dans le mouvement d'extension et de supination du coude. Une analyse quantitative et objective des mouvements de ces enfants est nécessaire pour comprendre les causes de cette limitation fonctionnelle au niveau du coude, et ainsi cibler les muscles atteints avec des traitements et thérapies spécifiques. Grâce aux mesures cinématiques et électromyographiques et à l'utilisation d'un modèle musculo-squelettique fiable et précis, l'objectif de ce mémoire est d'analyser le comportement du bras atteint et du bras non atteint des enfants avec une hémiplégie spastique, lors de mouvements d'extension/flexion et de pronation/supination du coude, en étudiant les limitations d'amplitude articulaire et l'activation musculaire relative à ces mouvements. 15 enfants avec une hémiplégie spastique (huit garçons, moyenne d'âge 8.7 ans, écart-type 2.2 ans) et 15 enfants avec un développement normal (neuf garçons, moyenne d'âge 9.3 ans écart-type 2.0 ans) ont participé à cette étude. Un système d'analyse 3D du mouvement T40S, VICON, Oxford) a enregistré la cinématique de 29 capteurs rétro-réfléchissants placés d'un seul côté du corps des enfants sur des repères anatomiques de la main, de l'avant-bras, du bras, de l'épaule et du thorax, à une fréquence d'acquisition de 100Hz. La position de ces marqueurs était définie par le modèle musculo-squelettique raffiné du membre supérieur utilisé. L'activation musculaire de six muscles responsables de l'extension (triceps brachii), de la flexion (biceps brachii, brachioradialis, brachialis), de la pronation (pronateurs teres et quadratus) et de la supination (biceps brachii) a été enregistrée avec un système d'électromyographie de surface sans fil (BTS Bioengineering, Milan, Italy). Les enfants ont réalisé plusieurs cycles de huit tâches distinctes randomisées : des mouvements d'extension/flexion et de pronation/supination maximales à trois fréquences de mouvement différentes (0.35Hz,0.50Hz, 0.65Hz), ainsi que deux mouvements multidimensionnels à la fréquence spontanément choisie par le participant (main-bouche et main-hanche). Les amplitudes articulaires maximales ainsi que des variables normalisées d'activation musculaire ont été calculées. En termes de résultats, l'étude montre que les mouvements d'extension/flexion et de pronation/supination du coude sont adaptés à un protocole d'étude des mouvements du membre supérieur des enfants hémiplégiques spastiques, car ils sont répétables. L'étude de paramètres musculaires normalisés a permis de mettre en évidence des différences entre le bras atteint des enfants hémiplégiques et les bras des enfants avec un développement normal.

Abstract

Children with spastic hemiplegic cerebral palsy are restricted in their daily activities, specifically during the movements of elbow extension and supination, due to sensorimotor disorders at their involved upper limb. A quantitative and objective analysis of the movements of these children is required to understand the causes of elbow functional limitation at the elbow, and thus to target the affected muscles with specific treatments and therapies. Using kinematic and electromyographic measurements together with a reliable and accurate musculoskeletal model, the objective of this thesis is to analyze the behavior of the involved and non involved upper limbs of children with spastic hemiplegic cerebral palsy during elbow extension/flexion and pronation/supination movements and, in particular, to analyze the range of motion limitations and the muscle activation related to these movements. 15 children with spastic hemiplegic cerebral palsy (eight males, mean age=8.7 years, standard deviation=2.2 years) and 15 typically developing children (nine males, mean age=9.3 years, standard deviation=2.0 years) were recruited for this study. A 3D motion analysis system (T40S, VICON, Oxford) recorded the kinematics of 29 retro-reflective markers monolaterally placed on anatomical landmarks of the hand, forearm, arm, shoulder, and thorax. Their placement was defined according to the refined musculoskeletal model of the upper limb used for this study. The activation of superficial muscles responsible for extension (triceps brachii), flexion (biceps brachii, brachialis, brachioradialis), pronation (pronator teres, pronator quadratus) and supination (biceps brachii) was recorded using a wireless FREEEMG300 system (BTS, Milan, Italy). The participants performed consecutive cycles of eight distinct randomized tasks: maximum active extension/flexion and maximum active pronation/supination at three different movement frequencies (0.35Hz, 0.50Hz, 0.65Hz), and two multidimensional tasks consisting of hand-to-mouth and hand-to-back movements, at a self-chosen pace. Active ranges of motion and representative indicators of the muscle activation were computed. In terms of results, movements of elbow extension/flexion and pronation/supination are suitable for a study protocol of upper limb movements of children with spastic hemiplegic cerebral palsy, since they provide excellent kinematics repeatability. The normalized indicators of the muscle activation highlighted differences between the involved upper limb and the upper limbs of typically developing children. In particular, the impact of muscle activation on the limitation of extension and supination ranges of motion in the involved upper limb was