Analyse de la relation entre les déformations scoliotiques du tronc et celles des structures osseuses sous-jacentes

La scoliose idiopathique adolescente est une déformation tridimensionnelle complexe de la colonne vertébrale et de la cage thoracique qui entraine des déformations visibles à la surface du tronc. On remarque généralement une asymétrie des épaules, des omoplates, de la taille et du bassin ainsi qu'une bosse dans le dos. Ces déformations esthétiques constituent, d'une part, les premiers signes d'une scoliose, et d'autre part, la principale préoccupation des jeunes patients qui voient leur corps se développer différemment des jeunes de leur âge. Les outils cliniques utilisés pour quantifier les déformations du tronc, comme le scoliomètre ou le fil à plomb, sont peu fiables. C'est pourquoi, aujourd'hui, l'évaluation de la scoliose repose principalement sur des radiographies de face et de profil du tronc complet. Celles-ci permettent d'apprécier le type de courbure rachidienne et de quantifier son degré de sévérité, en fonction de quoi une stratégie de traitement sera décidée. Cependant, une exposition répétée des patients aux rayons X peut entrainer des effets indésirables sur leur santé. De plus, ces paramètres radiographiques ne permettent pas de documenter les déformations esthétiques. Cette différence notable entre ce que le patient perçoit, et ce que le clinicien est capable d'évaluer, peut mener à l'insatisfaction des patients suite au traitement. Comparativement aux radiographies, la surface du tronc reconstruite par les systèmes de numériseurs optiques 3D représente mieux les déformations que les patients observent et dont ils se soucient principalement, comme la gibbosité. De plus, l'absence de rayonnement ionisant est un avantage majeur de ces systèmes optiques, qui favorise une évaluation aussi fréquente que souhaité. Toutefois, l'absence de consensus sur un ensemble de mesures des déformations de la surface du tronc fait en sorte qu'elles restent encore considérées comme secondaires dans l'évaluation clinique; pourtant elles sont au coeur des préoccupations des patients. De cette double problématique, découle la question de recherche globale de cette thèse : comment compléter, voire remplacer, les évaluations clinique et radiographique actuelles de la scoliose par de l'information quantitative obtenue de manière non irradiante et qui permet de prendre davantage en considération les préoccupations des patients par rapport à leurs déformations esthétiques du tronc ? Parmi les premiers signes de scoliose, la gibbosité est une déformation esthétique qui ne peut être évaluée sur des radiographies, ni sur une reconstruction 3D de la colonne vertébrale.

Abstract

Adolescent idiopathic scoliosis is a complex three-dimensional deformation of the spine and rib cage which leads to visible deformations at the trunk surface. The first signs of scoliosis include a hump on the back, a lateral shift of the trunk and asymmetries of the shoulders, the scapula, the waist and the hips. These esthetic deformities constitute major concern of patients and the reason for which they seek treatment. Currently, the tools available in clinical practice to quantify trunk deformations have limited reliability. For this reason, current scoliosis assessment is mainly based on frontal and lateral radiographs of the entire spine. These images allow clinicians to determine the type of the spinal curvature and its severity, according to which the treatment strategy is decided. However, the repeated exposure of patients to X-ray radiation can be harmful. Moreover, these radiographic measures do not give an indication as to the esthetic deformities of the trunk. This significant difference between what patients perceive and what clinicians are able to evaluate can lead to patient dissatisfaction following treatment. Compared to X-rays, the trunk surface acquired and reconstructed in 3D using optical digitizers better represents the deformations that patients observe and are primarily concerned with, such as the rib hump. In addition, the major advantage of these optical systems is their lack of ionizing radiation, thus allowing for a more frequent scoliosis assessment when compared to X-rays. However, there is currently no consensus on a set of indices that optimally quantifies trunk surface deformations. For this reason, trunk surface indices are still considered as secondary in the clinical evaluation, even though they are at the heart of the patients' preoccupations. These problems lead to the main research question of this thesis: How can we complete, or even replace, the current clinical and radiographic evaluations of scoliosis with quantitative information obtained without ionizing radiation that takes more into account the patients' concerns about their cosmetic trunk deformities? Among the first signs of scoliosis, the rib hump is a cosmetic deformity that cannot be assessed on radiographs, nor on a 3D reconstruction of the spine. It is mainly associated with rib cage deformity. It is therefore intuitive to suppose that the axial rotations of the ribs and of the back surface are highly correlated. Nevertheless, previous works have failed to demonstrate a strong relationship between these measurements. This might be explained by the limited accuracy of the technique used for the 3D reconstruction of the ribs. Consequently, in this work, a novel method