Modélisation pour améliorer la prise de décision clinique pour les enfants atteints de paralysie cérébrale
La paralysie cérébrale est causée par une lésion dans le cerveau en développement des enfants, altérant les schémas neuronaux responsables de l’activation musculaire. Comme cela affecte progressivement la posture et le système musculo-squelettique, les activités routinières en deviennent plus difficiles. La spasticité ou tonicité musculaire anormale, un contrôle moteur réduit et un mauvais équilibre perturbent l’allure, rendant la marche difficile. Avec l’âge, ces anomalies augmentent en raison des forces musculaires déséquilibrées et des contractions musculaires qui incitent à l’adoption de postures de compensation, entraînant des difformités squelettiques progressives. Le projet NORMAL-LOAD, soutenu par l’UE, a étudié la manière dont le schéma de la marche des enfants atteints de paralysie cérébrale impacte les charges placées sur les os fémoraux de leurs cuisses. La recherche a utilisé la modélisation informatique. Elle a combiné l’analyse de la posture 3D, les simulations musculo-squelettiques et l’analyse des éléments finis pour en apprendre davantage sur le développement osseux chez ces enfants. «Qu’un chirurgien orthopédiste de l’hôpital universitaire de Louvain me demande quelles caractéristiques de la posture pourraient modifier le plus la géométrie fémorale sur la base des résultats de ma simulation m’a fait apprécier la valeur de notre travail», explique Hans Kainz de l’Université catholique de Louvain.
Simulations mécano-biologiques
Le traitement pour corriger les anomalies musculo-squelettiques et améliorer la marche des enfants souffrant de paralysie cérébrale implique souvent une chirurgie orthopédique très invasive. Toutefois, la réussite est très modeste, de nombreux patients n’expérimentant aucune amélioration. Avec le soutien du programme d’actions Marie Skłodowska-Curie, NORMAL-LOAD a tenté de répondre à deux questions de recherche clinique. Tout d’abord, comment se développent les difformités fémorales? Ensuite, les interventions cliniques de réduction de la spasticité peuvent-elles altérer la charge musculo-squelettique et éviter ces difformités? Un modèle de fémur a d’abord été créé à l’aide d’images de résonance magnétique. Ensuite, les angles d’articulation et différentes charges sur le fémur ont été calculés sur la base du schéma de marche de 10 enfants au développement sain et des enfants souffrant de paralysie cérébrale avant et après les interventions cliniques de réduction de la spasticité. Dans le dernier groupe, 14 enfants ont reçu le traitement standard d’injections de toxine botulique-A et 25 ont subi l’opération pour réduire la spasticité appelée rhizotomie dorsale sélective. La modélisation informatique connue comme «l’analyse des éléments finis» a été utilisée pour simuler la croissance fémorale sous différentes charges. La différence principale se trouvait dans le mouvement du bassin et de la hanche durant la mi-position du cycle de marche. Chez les enfants présentant une croissance fémorale anormale, leur mouvement entraîne une force moins orientée vers l’arrière entre l’articulation de la hanche et le fémur, empêchant l’extension de la hanche et du genou et perturbant une démarche fluide. L’équipe a en outre montré que les injections ont un impact mineur sur la croissance de l’os fémoral. La simulation a toutefois indiqué que la rhizotomie dorsale sélective a permis à l’os fémoral de se développer plus normalement.
Réduction de la souffrance et des coûts
La paralysie cérébrale est le trouble neurologique le plus courant chez les enfants, avec une occurrence de 2-3 cas sur 1 000. Il est estimé que les coûts de soins de santé à vie sont de 800 000 à 860 000 euros pour chaque personne touchée. «Les interventions cliniques précoces de modification de la charge pour améliorer la marche, comme la rhizotomie dorsale sélective, peuvent réduire les corrections chirurgicales et donc la souffrance des enfants atteints de paralysie cérébrale», explique Ilse Jonkers, superviseuse du projet. Certains des résultats du projet, comme les modèles et le flux de travail sont déjà disponibles gratuitement. Les données restantes (code, modèles et résultats) seront téléchargées sur la page du projet NORMAL-LOAD lorsque les articles de recherche auront été publiés, une priorité sur laquelle l’équipe travaille actuellement. Cependant, avant que le flux de travail de NORMAL-LOAD puisse être utilisé dans des études cliniques, il devra être validé à l’aide d’images médicales prises de la même personne à différents moments, afin de suivre la croissance osseuse réelle. Actuellement professeur assistant à l’Université de Vienne, Hans Kainz supervise un doctorant qui travaille sur cette question.
Mots‑clés
NORMAL-LOAD, paralysie cérébrale, allure, marche, rhizotomie dorsale sélective, chirurgie, bassin, hanche, fémur, musculo-squelettique, spasticité, analyse des éléments finis
