Thèse DOCTORAT. Système d aide à la décision pré-opératoire en chirurgie orthopédique de la scoliose

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1 Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis Thèse présentée à L UNIVERSITÉ DE VALENCIENNES ET DU HAINAUT-CAMBRÉSIS pour l obtention du Numéro d ordre : DOCTORAT Spécialité AUTOMATIQUE INDUSTRIELLE ET HUMAINE par Sébastien CHUSSEAU Maître ès-sciences Système d aide à la décision pré-opératoire en chirurgie orthopédique de la scoliose Soutenue le 21 Janvier 1999 devant la commission d examen : M. Alain MILLE Université de Lyon Rapporteur M. Alain PRUSKI Université de Metz Rapporteur M. Noël MALVACHE Université de Valenciennes Président de Jury M. François-Xavier LEPOUTRE Université de Valenciennes co-directeur de thèse M. Bernard HOURIEZ Université de Valenciennes co-directeur de thèse M. Daniel CHOPIN Institut Calot Examinateur Mme A.-P. MAQUINGHEN Université de Valenciennes Examinateur Laboratoire d Automatique et de Mécanique Industrielles et Humaines UMR CNRS 8530

2 Remerciements Le travail présenté dans cette thèse a été réalisé dans le Laboratoire d Automatique et de Mécanique Industrielle et Humaine de l Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis au sein du groupe de travail «Biomécanique» dirigé par Monsieur François-Xavier Lepoutre, Professeur de l Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis. Je tiens ici à lui témoigner toute ma reconnaissance pour la confiance qu il m a accordée au cours de ce long travail et pour son humilité quant à l encadrement impressionnant et pertinent qu il m a procuré pendant ces trois années. Je tiens à remercier Messieurs Alain Mille, Maître de Conférence et responsable du Groupe Raisonnement à partir de Cas de CPE de Lyon, et Alain Pruski, Professeur de l Université de Metz, pour m avoir fait l honneur d examiner ce mémoire et d en être rapporteurs. Mes remerciements s adressent aussi à Monsieur Bernard Houriez, Professeur de l Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis, co-directeur de thèse, pour la pertinence de ses remarques pendant ce travail et notamment pendant la rédaction de ce mémoire. Je remercie Monsieur Daniel Chopin, Directeur du Centre d Etude et de Traitement des Affections du Rachis de l Institut Calot (Berck-sur-mer), pour m avoir fait l honneur de travailler avec lui. Qu il trouve ici l expression de ma plus profonde gratitude. Je remercie très fortement Monsieur Noël Malvache, Professeur de l Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis, pour m avoir fait l honneur de présider ce jury. Mes remerciements tout particulièrement à Mme Anne-Pascale Maquinghen-Godillon, Maître de Conférence à l Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis, qui m a encadré et supporté, et sans qui ce travail n aurait jamais pu aboutir dans d aussi bonnes conditions. Qu elle trouve ici toute ma reconnaissance et mes remerciements les plus sincères. J exprime également ma gratitude au personnel de l Institut Calot, Bernard (profite de ta retraite!), Jean, Yvonne, Cathy, Sylviane, Chantal, Jean-Luc, Régis, Dr Paul Fayada, Dr Jean- Christophe Ruzick, Dr Pierre-Yves Plais, qui ont participé, à leur manière, au bon déroulement de ces travaux, ainsi que le Dr Pierre Roussouly pour sa collaboration. Je tiens à remercier les chercheurs et personnels du L.A.M.I.H., et en particulier Fabien DUFOUR, Raphaël FRÈRE, Manuel LAMBERT, Philippe POLET, Éric WATELAIN (pour leurs remarques pertinentes, sauf Manu ), sans qui les pauses cafés (sauf si Éric le prépare ) n auraient pas eu la saveur qu elles ont eue. Enfin, je remercie Virginie (pour m avoir supporté, surtout les derniers temps!), mes parents et toute ma famille, Tante Adèle (et sa Famille, pour la bonne humeur), tous les copains Vendéens (Éric, François, Capet, Joël, ), pour leur soutien moral de tous les jours et pour avoir su croire en l aboutissement de ce travail du début à la fin. Merci! Valenciennes, le 3 Décembre Page 2

3 Table des matières Table des Matières TABLE DES MATIÈRES... 3 GLOSSAIRE... 7 INTRODUCTION GÉNÉRALE CHAPITRE 1 : RAISONNEMENT MÉDICAL EXPERT ET AIDES AU MÉDECIN INTRODUCTION CHIRURGIE DE LA DÉFORMATION SCOLIOTIQUE Scoliose et correction Généralités sur la scoliose Classement des scolioses Corrections de la déformation scoliotique Faibles scolioses Scolioses moyennes Fortes scolioses Détermination des niveaux de fusion en pré-opératoire EXPERT ET EXPERTISE Quelques définitions Différences experts-spécialistes-novices DOMAINE MÉDICAL ET EXPERTISE Raisonnement Diagnostic et pronostic médical Modèles de raisonnement Systèmes d aide en médecine SYSTÈMES D AIDE EN ORTHOPÉDIE RACHIDIENNE Simulation de l'acte chirurgical à l'aide de modèles biomécaniques Simulation à l'aide d'un modèle mécanique à paramètres localisés Simulations à l'aide d'un modèle mécanique par éléments finis Simulation de "Rachis91 " [Hecquet 1992] Simulation de "Rachis3D" [Godillon 1991] Conclusion des simulations à l aide de modèles mécaniques Aide dans les choix des niveaux de fusion en pré-opératoire CONCLUSION CHAPITRE 2 : MÉTHODOLOGIE DE DÉVELOPPEMENT DES SYSTÈMES À BASE DE CONNAISSANCES ET CAPITALISATION ET RÉUTILISATION DE L EXPÉRIENCE INTRODUCTION RÉSOLUTION DE PROBLÈMES RAISONNEMENT À PARTIR DE CAS (RÀPC) Introduction au RàpC Etapes du RàpC Représentation d un cas Évaluation de la ressemblance Organisation en mémoire plate Organisation en réseau de discrimination Organisation en réseaux à traits partagés Adaptation de la solution proposée Amélioration de la solution en cas d échec Conclusion CYCLES DE DÉVELOPPEMENT D UN SYSTÈME À BASE DE CONNAISSANCES Analyse du problème Page 3

4 4-2 Spécification des connaissances Conception Réalisation Vérification, évaluation et validation ACQUISITION STRUCTURÉE DES CONNAISSANCES Recueil des données de l expertise Méthodes d acquisition des connaissances Catégories de Connaissances Techniques d extraction des connaissances Interviews Questionnaires Analyse de protocoles Tri conceptuel Tableau récapitulatif des méthodes Méthodes d acquisition structurée des connaissances Modélisation de l expertise : construction d un modèle conceptuel Approche ascendante de modélisation conceptuelle Approche descendante de modélisation conceptuelle Modèle de l Expertise CommonKADS CONCLUSION CHAPITRE 3 : APPLICATION À L AIDE PRÉ-OPÉRATOIRE DE LA CHIRURGIE DE LA DÉFORMATION SCOLIOTIQUE INTRODUCTION SPÉCIFICATION DU SYSTÈME D AIDE À LA DÉCISION PRÉ-OPÉRATOIRE (SADÉPO) EN CHIRURGIE ORTHOPÉDIQUE Recueil et analyse des données de l expertise pour SADÉPO Modèle de l expertise de SADÉPO Modèle de l expertise de SADÉPO au niveau tâche Modèle de l expertise de SADÉPO au niveau domaine Modèle de l expertise de SADÉPO au niveau inférence CONCEPTION DU SYSTÈME DE RÀPC APPLIQUÉ À LA SCOLIOSE Représentation d un cas : le patient scoliotique Recherche des cas de patients similaires Similarité dans SADÉPO Distance entre deux attributs d un descripteur Mesure de similarité entre deux cas de patients Organisation des cas de patients en mémoire plate Organisation hiérarchique de la mémoire en réseaux de discrimination Organisation hiérarchique en réseaux à traits partagés Proposition de l instrumentation Apprentissage dans SADÉPO Apprentissage en mémoire plate Apprentissage en mémoire hiérarchique en réseau de discrimination Apprentissage en mémoire hiérarchique organisée en réseau à traits partagés ARCHITECTURE LOGICIELLE DU SYSTÈME D AIDE À LA DÉCISION EN PRÉ-OPÉRATOIRE (SADÉPO) Interface de gestion de la base de cas de patient Interface d exploitation de la base de cas de patient CONCLUSION CHAPITRE 4 : EVALUATION DU SYSTÈME D AIDE AU CHIRURGIEN ORTHOPÉDISTE INTRODUCTION EVALUATION DU SYSTÈME D AIDE Evaluation expérimentale Evaluation en milieu clinique Exemple 1 : Scoliose dorsale classique Exemple 2 : Scoliose dorsale avec une cyphose jonctionnelle inférieure Exemple 3 : Scoliose dorsolombaire Exemple 4 : Scoliose double-courbure (*) Discussion LIMITES Modélisation des effets à long terme Page 4

5 Table des matières 3-2 Limite du mode de raisonnement Exemple 1 : Scoliose dorsolombaire avec profil «courbures inversées» Exemple 2 : Scoliose due à une malformation d Arnold Chiari APPORTS ET INTÉGRATION DU SYSTÈME EN MILIEU CLINIQUE Apports de SADÉPO Intégration du système d aide en milieu clinique CONCLUSION CHAPITRE 5 : PERSPECTIVES MÉTHODOLOGIQUES ET EXTENSION DU SYSTÈME D AIDE À LA CHIRURGIE ORTHOPÉDIQUE INTRODUCTION PERSPECTIVES MÉTHODOLOGIQUES Résolution à l aide d un système multi-agents Autre approche de résolution : l Analyse de données Une première exploration de la base des patients scoliotiques : l Analyse en Composantes Principales Vers une prise en compte de l hétérogénéité et de l imperfection des données PERSPECTIVES D EXTENSION DU SYSTÈME D AIDE Extension à d autres types de maladies rachidiennes Base multi-experte de patients scoliotiques Principe Etude de faisabilité d un système RàpC avec une base multi-expert de patients Protocole expérimental Résultats Analyse des résultats Conclusion de l étude Conclusion de la base multi-experts de patients scoliotiques Intégration dans un système d aide au planning chirurgical CONCLUSION CONCLUSION GÉNÉRALE BIBLIOGRAPHIE ANNEXE 1 : COLONNE VERTÉBRALE ANNEXE 2 : SCOLIOSE ANNEXE 3 : INSTRUMENTATIONS RACHIDIENNES ANNEXE 4 : RÉUNION DE SYNTHÈSE PRÉ-OPÉRATOIRE Page 5

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7 Glossaire Glossaire Ce glossaire est destiné au lecteur non spécialiste du domaine médical. Il rassemble les termes techniques médicaux marqués par le symbole (*) dans ce rapport. Les termes sont classés par ordre alphabétique. Age osseux : indice de maturité osseuse. Il est le plus souvent déterminé sur une radiographie du poignet et de la main gauche de face (Greulich et Pyle) ou de la main gauche de face (Sempre) ou sur une radiographie du coude gauche (Sauvegrain) Angle de Cobb : (voir Cobb). Antérieur : en avant. Antéro-postérieur : dans le plan frontal (voir plan frontal). Apex : (dite aussi vertèbre sommet ou vertèbre apicale) C'est la vertèbre qui est située au sommet de la courbure et qui présente le minimum d'inclinaison par rapport à l'horizontale. Elle est la plus excentrée et a la rotation axiale absolue la plus importante. C'est à son niveau que l'on mesure la rotation axiale. Apicale : (voir apex) Apophyses transverses : (voir vertèbre). Apophyses épineuses : (voir vertèbre). Arcs costaux : arcs formés par les côtes (voir figure L-2 de la définition de la gibbosité). Arc neural : (voir vertèbre). Arthrodèse : immobilisation d une articulation par une continuité osseuse. Concernant la correction scoliotique, l arthrodèse permet de rigidifier à long terme la correction chirurgicale. Attitude scoliotique : déviation latérale du rachis entièrement réductible en position couchée. Il n'existe pas de gibbosité à l'examen clinique et pas de rotation vertébrale à l'examen radiologique. Bendings : clichés radiologiques pris en inclinaison latérale droite ou gauche. Ces clichés permettent d'apprécier la souplesse des courbures et leur possible redressement. Ils sont utilisés pour le choix des niveaux d'instrumentation (disques neutres). Deux types de bendings existent, les bendings actifs dans lesquels le patient corrige lui-même ses courbures scoliotiques, et les bendings passifs dans lesquels le clinicien corrige le patient, ce dernier étant couché sur le dos. Centroïde : centre du corps vertébral. Page 7

8 Glossaire Cobb (angle de) : Angle définissant l'angulation maximale d'une courbure scoliotique. Il se calcule, entre les vertèbres les plus inclinées, à partir de l'intersection de la droite tangentielle au plateau supérieur de la vertèbre limite supérieure et celle tangentielle au plateau inférieur de la vertèbre limite inférieure. Concavité (d'une courbure) : voir figure L-1. Contre-courbure : courbure controlatérale à la zone de courbure principale. Elle ne comporte initialement aucune gibbosité et aucune rotation homologue sur le cliché en position couché. Elle permet au rachis de retrouver l'alignement au-dessus et au-dessous de la courbure structurale. Elle peut devenir irréductible au cours de l'évolution. Convexité (d'une courbure) : voir figure L-1. Corps vertébral : (voir vertèbre). Figure L-1 : concavité et convexité d'une courbure. Courbure double majeure : scoliose associant deux courbures, le plus souvent une lombaire gauche et une dorsale droite. Les deux courbures sont à 10 % près de même angulation et le restent au cours de la croissance. Dans certains cas, l'une des courbures paraît plus évolutive ou plus importante du fait de son angulation ou de sa gibbosité. On parle alors de courbure double majeure à prédominance dorsale ou lombaire. Courbure principale : zone de courbure scoliotique la plus structurale (voir courbure structurale), avec l'angulation la plus importante, la raideur la plus grande et la rotation la plus marquée. Il peut exister une ou deux courbures majeures. Courbure raide : courbure dont la réductibilité ne dépasse pas 30 %. Courbures sagittales : courbures vue dans le plan sagittal (voir plan sagittal). Chez des personnes «normales», ces courbures sont alternées de cyphoses et lordoses. Courbure souple : courbure dont la réductibilité atteint ou dépasse 50 %. Courbure structurale : zone de courbure dont les vertèbres ont subi une modification de leur forme et qui n'est pas pas totalement réductible. Crête iliaque : crête sommet du bassin Page 8

9 Glossaire Cunéiformisation vertébrale : disparition de l'aspect parallèle d'une ou plusieurs vertèbres sur une projection frontale ou sagittale. A l'état physiologique, sur une vue sagittale, il existe une cunéiformisation discrète des corps vertébraux. Cyphose : courbure sagittale à concavité antérieure. Le sommet de la cyphose, en l'absence de scoliose est représenté par la vertèbre où la valeur absolue de la flèche est minimale. Cypho-scoliose : association d'une scoliose et d'une flexion dans le plan sagittal. Il peut exister au niveau de la charnière thoraco-lombaire une cyphose jonctionnelle paradoxale car les corps vertébraux restent en extension les uns par rapport aux autres. Décubitus : en position couchée. Dos plat : absence ou diminution des courbures sagittales. Double courbure : (voir Courbure double majeure) Élongation : test dans lequel le patient est soumis à une force d étirement entre la tête et le bassin. Ce test permet d apprécier la souplesse des courbures scoliotiques. Épineuse : (voir vertèbre). Équilibre frontal : définit par la droite qui joint le milieu du plateau supérieur de D1 et le milieu du plateau supérieur de S1. Normalement cette droite est verticale sur une radiographie du rachis de face. Si ce n'est pas le cas, on parle de gîte (par exemple gîte droite si D1 se déplace à droite du pli interfessier). Frontal : (voir plan frontal). Gibbosité : signe clinique constitué par l'asymétrie droite-gauche des masses paravertébrales, témoin de la rotation des corps vertébraux et donc d'une scoliose structurale. La gibbosité se mesure en inflexion antérieure du tronc, les mains jointes, à l'aide d'un niveau à eau, en évaluant la différence de hauteur du point le plus saillant du sommet de la gibbosité par rapport au point symétrique de la concavité, figure L-2. L'existence de la gibbosité est indispensable au diagnostic de la scoliose. Figure L-2 : mesure de la gibbosité : OA' = OA et H = hauteur de la gibbosité. Page 9

10 Glossaire Hypocyphose : perte de cyphose. Idiopathique : d origine inconnue. Une scoliose est dite idiopathique lorsque l éthiologie n est pas connue. Implant : instrumentation utilisée par le chirurgien permettant de solidariser plusieurs vertèbres dans le but de redresser le rachis déformée. Les implants sont des barres en alliage fixées aux vertèbres par des systèmes de crochets et de vis. Un exemple est présenté sur la figure L-3 (voir ostéosynthèse). Figure L-3 : exemple d'implants Inflexion : inclinaison latérale d'une ou plusieurs vertèbres dans le plan frontal. King (classification de) : classification anglosaxonne des scolioses. L'analyse rachidienne est effectuée par rapport à une ligne verticale coupant le milieu du sacrum. La situation des courbures par rapport à cette ligne centro-sacrée permet de déterminer 5 types de courbures. Lordose : courbure sagittale à concavité postérieure. Le sommet est représenté par la vertèbre où la flèche est maximale. Lordo-scoliose : association d'une scoliose et d'une extension dans le plan sagittal. On la retrouve souvent dans les scolioses idiopathiques au niveau thoracique. Niveau de fusion : les niveaux de fusion sont les vertèbres inférieure et supérieure délimitant la zone instrumentée pendant l opération chirurgicale. Ostéosynthèse : (système d ) système constitué de tiges métalliques fixées à la colonne vertébrale par des vis et des crochets afin de corriger la déformation scoliotique. On l appelle aussi implant vertébral (voir implant). Pathologie : partie de la médecine qui étudie les maladies du point de vue clinique ou anatomique. Pathophysiologie : étude des effets produits par les processus pathologiques sur les activités physiologiques normales. Pente sacrée : inclinaison du sacrum par rapport à l'horizontale. L'angle moyen est de l'ordre de 40. Per-opératoire : pendant l'opération chirurgicale. Physiologie : science qui traite des fonctions normales d un organisme animal, végétal ou humain. Page 10

11 Glossaire Plan sagittal (ou latéral) : plan de symétrie d'une personne Plan frontal : plan vertical, orthogonal au plan sagittal (voir plan sagittal), passant par le milieu du sacrum. Plateau vertébral : limite supérieur du corps vertébral. Postérieur : en arrière. Post-opératoire : après l'opération chirurgicale Pré-opératoire : avant l'opération chirurgicale Psychomoteur : qui se rapporte aux fonctions motrices intégrées et coordonnées par les fonctions psychiques. Rachis : colonne vertébrale Réductibilité : On l'apprécie par les épreuves classiques de réductibilité (cliché en suspension ou en traction, test bending). On la chiffre en pourcentage. Le taux de réductibilité mesure la composante fonctionnelle de la courbure, par rapport à l'élément structural. L'appréciation de la réductibilité d'une courbure est essentielle dans le bilan pré-opératoire pour connaitre les possibilités de gain angulaire des courbures et de rééquilibration du rachis. Risser (test de) : test radiologique de maturité osseuse basé sur l'ossification de la crête iliaque sur une radiographie de face du bassin. La classification se fait en cinq stades, le stade 5 correspondant à la fin de l'ossification de la crête iliaque. Il devient supérieur à 0 environ vers l âge de ans pour les jeunes filles et ans pour les jeunes hommes. Cependant, lorsqu il est à 0, il n a aucune valeur puisqu il n y a pas de différence entre un enfant de bas âge et une adolescente de 12 ans. Rotation axiale : déplacement de la vertèbre autour de l'axe perpendiculaire au plan bissecteur de deux plateaux vertébraux. Elle est appréciée par la projection sur la face de la pointe de l'épineuse ou du pédicule de la convexité de la vertèbre apicale. Sacrum : pièce osseuse résultant de la soudure des cinq vertèbres sacrées. Sagittal : (voir plan sagittal). Signe de l épaule : dans les cas de scolioses thoraciques ou thoraco-lombaires, les épaules (ceinture scapulaire) bascule normalement du côté de la concavité de la courbure principale. Mais, il arrive que ce ne soit pas le cas et qu'elles basculent de l'autre côté ; cette observation se nomme le signe de l'épaule. La ceinture scapulaire est penchée, dans ce cas, du côté de la concavité de la contre-courbure supérieure. Ceci permet de détecter la structuralité de cette contre-courbure. Structuralité d une courbure : lorsqu une courbure scoliotique est assez importante, les vertèbres qui la composent se déforment sous les pressions asymétriques des disques sur les plateaux. les rotations axiales deviennent relativement importantes et peu réductibles sur les Page 11

12 Glossaire tests en bending et test d élongation. Dans ce cas, la courbure est dite structurale. (l inverse d une courbure structurale est une courbure compensatoire) (voir courbure structurale). Têtes fémorales : tête arrondie du fémur qui se loge au niveau inférieur du bassin. Thoracique : qui se situe au niveau dorsal, c est-à-dire entre les vertèbres D1 et D12. Thoracolombaire : qui se situe au niveau de la jonction entre les vertèbres dorsales et les vertèbres lombaires. Une scoliose thoracolombaire est une scoliose dans laquelle l apex de la courbure principale se situe D12-L1. Torsion : déformation qui engendre une courbure scoliotique et ne peut s'inscrire dans un plan. Le déplacement des vertèbres est dans un plan transversal alors que la modification de l'orientation de chaque vertèbre se fait dans les trois plans de l'espace. Vertèbres : la colonne vertébrale est une longue tige osseuse résistante, articulée et flexible constituée de pièces osseuses appelées vertèbres reliées entre elles par les disques intervertébraux. Les vertèbres ne sont pas identiques suivant la région (cervicale, dorsale, lombaire, sacrée ou coccygienne) où elles se trouvent, mais elles sont toutes constituées des parties suivantes, voir figure L-4 : corps vertébral (1), 2 lames (2), 1 apophyse épineuse (3), 2 apophyses transverses (4), 2 pédicules (5), 2 apophyses articulaires supérieures (6) 2 apophyses articulaires inférieures (7) arc neural (8). Vertèbre apicale : (voir apex). Figure L-4 : vertèbre dorsale en éclat Vertèbres limites : vertèbres inférieure et supérieure d'une courbure les plus inclinées sur l'horizontale. Elles déterminent l'étendue de la courbure. L'angle formé par le plateau supérieur de la vertèbre limite supérieure et le plateau inférieur de la vertèbre limite inférieure (angle de Cobb) détermine l'angulation scoliotique. Page 12

13 Glossaire Vertèbres neutres : vertèbres situées aux extrémités supérieure et inférieure d'une zone de courbure scoliotique et ont une rotation axiale absolue neutre (nulle). Elles ne correspondent pas toujours aux vertèbres limites et peuvent en être décalées d'un ou deux niveaux. Vertèbre sommet : dite aussi vertèbre apicale (voir apex). Page 13

14 Glossaire Page 14

15 Introduction Générale Introduction Générale Selon le Larousse, la scoliose, du terme grec «Skolios» qui signifie tortueux, est une déviation latérale de la colonne vertébrale. Des études plus récentes [Perdriolle 1979] ont montré qu il s agit d une déformation tridimensionnelle de la colonne vertébrale. Cette déformation se manifeste par une déviation latérale des vertèbres dans la vue frontale (*) accompagnée d une perte des courbures physiologiques dans le plan sagittal (*). Les corrections de la déformation scoliotique sont variées. Pour des scolioses peu importantes, la correction est généralement obtenue à partir de mouvements de kinésithérapie. Lorsque cette correction s avère insuffisante pour arrêter l évolution de la déformation, les cliniciens recommandent alors le port d un corset. Ces deux techniques ont pour objectif de stopper l évolution de la déformation scoliotique. Dans le cas de scolioses dont le caractère évolutif est important et mal contrôlé, la correction chirurgicale s avère nécessaire. Elle consiste à redresser la déformation à l aide de tiges métalliques fixées au rachis par des vis et des crochets et de maintenir cette correction à long terme par une greffe d os, appelée arthrodèse (*). Les tiges peuvent être fixées sur la partie postérieure (*) des vertèbres, on parle alors d un abord postérieur ou d une voie postérieure ; si les tiges sont fixées sur la partie antérieure (*) des vertèbres, on parle alors d un abord antérieur. La définition des choix pré-opératoires (*) des niveaux vertébraux de fusion et de l abord de fixation de l instrumentation requiert une expérience importante que peu de chirurgiens au monde possèdent. En effet, la définition des modalités de la correction dépend de nombreux facteurs tels la réduction de la déformation frontale, la mobilité du tronc en post-opératoire (*), l équilibre du rachis, l esthétique et une conservation des fonctionnalités vitales. A ce jour, les outils d assistance existants en pré-opératoire dans le domaine de la chirurgie de la scoliose sont essentiellement ciblées sur une approche «mécanicienne» dans laquelle un modèle des liaisons mécaniques entre les différents éléments composants le modèle du rachis permet d appliquer les efforts simulant l action des tiges correctrices sur la colonne vertébrale. Toutefois, la lourdeur des modèles mécaniques et l imprécision des résultats obtenus en font des systèmes d aide peu utilisés en milieu clinique. Les travaux de cette thèse se réfèrent au Génie Cognitif pour modéliser l expertise des chirurgiens dans la détermination des niveaux vertébraux de fusion et de l abord de fixation de l instrumentation. Le premier chapitre permet d introduire les principaux concepts du contexte médical de ce travail. Les concepts d expert et d expertise sont détaillés soulignant la différence entre expert, spécialiste et novice, au sens du Génie Cognitif. L expertise dans le raisonnement médical, mise en évidence dans les activités de diagnostic médical, a longtemps été modélisé par des méthodes hypothético-déductives. Cependant, dans le cadre de l application à la chirurgie scoliotique, le raisonnement analogique apparaît mieux adapté dans le sens où le chirurgien-expert réutilise des cas de patients opérés pour résoudre un nouveau cas de patient. Page 15

16 Introduction Générale Parmi les différentes approches de résolution de problème utilisées par les experts, le second chapitre insiste plus particulièrement sur le raisonnement analogique vu sous l angle du Raisonnement à partir de Cas. Une des phases critique du Raisonnement à partir de Cas concerne la récupération des cas les plus similaires au cas cible. En effet, cette étape, qui conditionne les performances du système, dépend de l organisation des cas en mémoire. Trois grands types existent : l organisation en mémoire plate dans laquelle les cas sont organisés au niveau haut de la mémoire, l organisation hiérarchique en réseaux de discrimination dans laquelle les cas sont indexés selon des indices à fort pouvoir de discrimination et l organisation hiérarchique en réseaux à traits partagés dans laquelle les cas sont hiérarchisés suivant leur similarité. Le troisième chapitre concerne le développement du Système d Aide à la Décision en Pré- Opératoire (SADÉPO) pour la chirurgie de la déformation scoliotique. Le modèle de l expertise lié à la détermination des niveaux de fusion et du type d instrumentation est fondée sur une approche CommonKADS dans laquelle trois niveaux de connaissances domaine, tâche et inférence se distinguent. Chaque étape du Raisonnement à partir de Cas est développée dans le cadre de SADÉPO. Enfin, la conception de SADÉPO termine ce chapitre en détaillant l architecture logicielle du système d aide. L évaluation de SADÉPO présentée au quatrième chapitre s articule en deux parties : une évaluation expérimentale en laboratoire et une évaluation en milieu clinique avec le chirurgien. Les évaluations sont menées pour les trois types d organisation de la mémoire évoquées dans le chapitre 3. L évaluation expérimentale en laboratoire consiste à déterminer la capacité de détection de SADÉPO, c est-à-dire la capacité du système à retrouver des cas similaires pour résoudre un nouveau cas. L évaluation en milieu clinique, effectuée avec le chirurgien-expert a pour but de juger de la pertinence des cas de patient similaire retrouvés. Les apports et les limites de SADÉPO sont discutés en final. Les apports concernent le chirurgien-expert, le domaine de la chirurgie de la scoliose et le cogniticien. Les limites du système sont examinées au niveau des connaissances, essentiellement en regard de la méthode de résolution de problèmes utilisées. Le dernier chapitre de cette thèse concerne les perspectives liées à SADÉPO. Celles-ci sont de deux ordres : les perspectives au niveau méthodologique et les perspectives d extension des fonctionnalités du système d aide. Au niveau méthodologique, deux approches de résolution sont envisagées. La première s oriente sur une approche distribuée de la résolution de problèmes à l aide d un système multi-agents et la deuxième approche est basée sur la statistique exploratoire multidimensionnelle. Pour ce qui concerne l évolution de SADÉPO, le premier aspect concerne l élargissement de la base de cas pour intégrer les cas traités par d autres chirurgiens et, le deuxième aspect consiste à intégrer SADÉPO dans un système d aide global en pré-opératoire dans lequel un modèle mécanique de la colonne vertébrale simule l actions des tiges. Page 16

17 Chapitre 1 Raisonnement Médical Expert et Aides au Médecin Chapitre 1 : Raisonnement Médical Expert et Aides au Médecin 1- Introduction Durant les dernières décennies, le développement de systèmes d'aide dans le domaine médical a été perçu avec beaucoup d'intérêt par les médecins. MYCIN [Shortliffe 1976], système expert de diagnostic en médecine viscérale, en est probablement l'exemple phare. Il a notamment permis d'identifier des micro-organismes responsables d'infections. Le développement de ces systèmes est d'autant plus marqué que l'avance dans la recherche médicale s'accompagne de l'utilisation de moyens informatiques de plus en plus puissants visant à faciliter la tâche du médecin. Ainsi, le développement des systèmes experts et autres systèmes à base de connaissances ont permis le rapprochement entre médecins et ingénieurs biomédicaux. Nos travaux concernent la correction de la déformation scoliotique. Dans ce domaine, il existe peu de systèmes d'aide performants capables d'assister les médecins orthopédistes dans leur tâche de diagnostic. Ce constat est le même en chirurgie correctrice de la scoliose. Le but de ce premier chapitre est de faire un état de l'art des besoins et des aides existantes dans le domaine de la chirurgie correctrice de la scoliose. A partir de ces constats, nous proposons une approche nouvelle d'assistance au chirurgien dans les choix pré-opératoires. Dans un premier temps, nous présentons brièvement la scoliose, les classements des scolioses existantes et les thérapies de correction. Cette première partie met en évidence les problèmes de la détermination des niveaux vertébraux de fusion et du choix de l'instrumentation en pré-opératoire. Ces choix relèvent d'une expertise pointue que seuls quelques experts très expérimentés au monde possèdent. Afin de bien comprendre cette notion d'expertise, la deuxième partie de ce chapitre définit la notion d'expert et d'expertise en différenciant, d'un point de vue cognitif, l'expert du novice et du spécialiste. L'expertise médicale est détaillée dans la troisième partie. L'accent est mis sur les activités de diagnostic et pronostic médical qui se fondent sur des modèles dont nous présentons les principaux. Enfin, un état de l art des systèmes d aide à la chirurgie de la déformation scoliotique termine ce chapitre. L ensemble de cette étude bibliographique permet de conclure sur l intérêt de réaliser un système d aide au chirurgien de la scoliose concernant deux aspects essentiels relatifs à la voie de fixation de l instrumentation et aux niveaux vertébraux de fusion. Page 17

18 Chapitre 1 Raisonnement Médical Expert et Aides au Médecin 2- Chirurgie de la déformation scoliotique 2-1 Scoliose et correction Cette première partie concerne la scoliose et ses thérapies de correction. Quelques notions générales y sont présentées. Les notions principales relatives à la colonne vertébrale sont exposées en Annexe 1 et des compléments sur la scoliose en Annexe Généralités sur la scoliose La scoliose est une déformation complexe de la colonne vertébrale et de la cage thoracique. Cette déformation est illustrée sur la figure I-1. Il s'agit d'une déformation tridimensionnelle de la colonne vertébrale. Toute scoliose résulte de deux mouvements associés : déviation frontale et torsion du rachis sur lui-même qui amène le corps vertébral (*) dans la convexité (*), et l'épineuse (*) dans la concavité (*) de la courbure. La rotation du corps vertébral (*) entraîne avec elle les arcs costaux (*) et donc la cage thoracique [Perdriolle 1979]. Les origines de la scoliose sont variées et plus ou moins bien connues [White & Panjabi 1990] : origine connue : les causes sont dues à des malformations congénitales, à des lésions osseuses ou ligamentaires,... origine inconnue : ce sont les scolioses dites idiopathiques (*). Il s'agit là de la majorité des cas rencontrés. Selon des experts du domaine, 80 à 85% des scolioses sont idiopathiques. Figure I-1 : Rachis (*) scoliotique, vue de dos. Les scolioses idiopathiques (*) évoluent pendant trois périodes : lors de l enfance, les scolioses sont alors dites infantiles, lors de l adolescence, on parle alors de Scolioses Idiopathiques de l Adolescent (SIA) et enfin, à l âge adulte vers 60 ans, les scolioses sont dites scolioses de l adulte. Page 18

19 Chapitre 1 Raisonnement Médical Expert et Aides au Médecin La déformation scoliotique est permanente contrairement à l attitude scoliotique (*) pour laquelle les courbures se réduisent lorsque le patient est couché. La scoliose se traduit par les phénomènes géométriques suivants, importants à considérer dans le traitement de la scoliose : rotation intervertébrale : déviation des apophyses transverses (*), torsion du rachis (*), mouvements combinés des vertèbres entre elles, modification de la forme des vertèbres : cunéiformisation (*) et vrille, déformation de l'arc neural (*), verticalisation des côtes, basculement du sacrum (*), du bassin et des têtes fémorales (*) l'horizontale, discontinuité de la variation des courbures rachidiennes. par rapport à Les variables géométriques caractéristiques de la scoliose sont : angle de Cobb (*) : angle maximum entre 2 vertèbres du rachis, (figure I-2), rotation antéro-postérieure (*), latérale et axiale maximale entre 2 vertèbres adjacentes, orientation de la vertèbre sommet (*), vertèbre la plus éloignée de la ligne de gravité, appelée apex (*) ou vertèbre apicale (*), basculement du sacrum (*), du bassin et des têtes fémorales (*) par rapport à l'horizontale, verticalité du sacrum (*). Figure I-2 : Variables géométriques du rachis scoliotique, vue de dos Classement des scolioses Les classements des scolioses sont appelés abusivement classifications des scolioses. Du point de vue de l automaticien, le classement permet de ranger des individus dans des classes connues au préalable. Par contre, la classification consiste à définir les classes à partir d une population d individus. Concernant la scoliose, plusieurs formes de classements existent. Ils constituent des outils intéressants pour les cliniciens qui doivent adapter les thérapies de correction. Page 19

20 Chapitre 1 Raisonnement Médical Expert et Aides au Médecin Un des premiers classements date de Une étude de l'angle lombo-sacré dans le plan sagittal pour des patients en décubitus (*) dorsal permettait à Fergusson [1949] de constater la stabilité du rachis (*). Pour un angle de Cobb (*) de 34, le rachis paraissait stable alors que lorsque l'angle dépassait 50, les risques de déformations rachidiennes étaient plus importants. Delmas [1951] étudie, en fonction des différentes courbures, les variations anatomiques des divers éléments du système vertébral de sujets en décubitus (*). Il crée ainsi un indice de courbure : I c = hauteur_ du_ rachis 100 longueur_ du_ rachis Les rachis sont classés suivant les valeurs de cet indice : rachis à faibles courbures 96.5% < I c < 100% rachis à courbures moyennes 94% < I c < 96.5% rachis à courbures accentuées I c < 94% Ces trois classes se retrouvent sur des sujets en position d'équilibre même si l'expérience a été faite en décubitus (*) sur des cadavres. Mais, une telle classification n'apporte que peu de renseignements quant à la correction de la scoliose. Les classements plus récents sont basés sur la position des courbures dans le plan frontal. Perdriolle [1979] s'inspire du classement de Ponsetti et al. [1950] et distingue deux types de scolioses : les courbures uniques : 1. les vertèbres limites (*) et la vertèbre sommet de la courbure sont déjectées par rapport à l'axe de référence. Elles sont situées du côté de la convexité de la courbure. Ces vertèbres limites (*) sont communes aux courbures adjacentes. 2. l'autre vertèbre limite et la vertèbre sommet de chaque courbure concomitante se projettent sur l'axe de référence. les courbures doubles majeures (*) : quatre vertèbres ont une position identique à celle rencontrée dans les courbures uniques. Il s'agit de : 1. la vertèbre limite supérieure et la vertèbre sommet de la courbure dorsale. 2. la vertèbre limite inférieure et la vertèbre sommet de la courbure lombaire. 3. la vertèbre limite commune aux deux courbures se projettent sur l'axe de référence. D'autres classements sont proposés pour aider le chirurgien dans la sélection du niveau de l'arthrodèse (*). King [1983] définit un classement géométrique pour des cas de scolioses thoraciques et combinées thoracique et lombaire. La détermination des types se fait à partir des radiographies en fonction de la géométrie du rachis en vue frontale et d un index de flexibilité. Cet index permet de savoir si la courbure thoracique est plus, ou moins, flexible que la courbure lombaire. Il est calculé à partir des angles constatés en pré-opératoire en position debout et en test de bending (*). Les types sont au nombre de cinq. Ils sont illustrés sur la figure I-3. Cependant, ce classement se limite au cas de scolioses thoraciques (*) et de scolioses combinées thoracique et lombaire. De plus, il ne tient pas compte du profil. Page 20

21 Chapitre 1 Raisonnement Médical Expert et Aides au Médecin Figure I-3 : Classement de King Selon un principe voisin de celui de King, Goel et al. [1990] trie les scolioses en fonction de la géométrie dans le plan frontal et en fonction de la rigidité des courbures grâce aux bending (*) tests. Il définit ainsi 5 groupes de scolioses : courbure thoracique (*) droite : la courbure se situe entre D5-D6 et D11-D12, l'apex à D8-D9 et s accompagne souvent d une courbure compensatoire dans la région lombaire. courbure thoracolombaire (*) : la courbure va de D8 à L3 et l'apex est en D12 et L1. courbure lombaire : la courbure est généralement à gauche et située de D11 à L4. Elle entraîne une petite courbure compensatoire au niveau dorsal. double courbure majeure (*) : il s'agit de 2 courbures rigides, l une dorsale droite de D5 à D12 et l autre, lombaire gauche de D12 à L4. double courbure thoracique majeure : elle est constituée de 2 courbures au niveau dorsal de D2 à D5 (gauche) et de D5 à D10 (droite). Tous ces classements sont obtenus à partir de la géométrie du rachis dans le plan frontal. Des travaux son actuellement en cours pour affiner ces classements. Cruickshank et al. [1989] part d'un classement géométrique dans le plan frontal et élargit en examinant le plan sagittal. Dans la vue frontale, les courbures sont simples, doubles ou triples. Les simples courbures peuvent être de type thoracique, thoraco-lombaire ou lombaire. Elles ont des petites sections lordotiques à l'apex (*), limitées au-dessus et au-dessous par des cyphoses (*). Les doubles courbures sont de type thoracique / thoracique ou thoracique / lombaire ou thoracique / thoracolombaire. Elles ont une longue section lordotique limitée par une seule zone cyphotique. Les triples courbures sont de type thoracique / thoracique / lombaire ou thoracique / thoracolombaire et s accompagnent d une lordose aux régions thoracique et lombaire. Parmi tous les classements, celui de Coonrad et al. [1998] s avère le plus intéressant. Ce classement a été fondé sur un ensemble d observations de 2000 scolioses idiopathiques et a été validé par douze chirurgiens orthopédiste du rachis et six assistants chirurgiens orthopédistes. Ce classement sépare en 11 types les scolioses idiopathiques à partir des courbures et de la position des apex (*). Chaque type est représenté sur la figure I-4. Page 21

22 Chapitre 1 Raisonnement Médical Expert et Aides au Médecin Type 1A Type 1B Type 2A Type 2B Type 3 Type 4 Type 5 Type 6 Type 7 Type 8 Type 9 Figure I-4 : Classement des Scolioses selon Coonrad et al. [1998] L intérêt de ce classement relève de la validation par les chirurgiens et assistants orthopédistes. En effet, l identification inter-observateur de ce classement douze chirurgiens orthopédistes et six assistants a été évaluée à 98.2%, ce qui montre une certaine précision et pertinence dans la catégorisation des types de scolioses définis. Cependant, comme pour les autres classements, il ne prend pas en compte l aspect tridimensionnel de la déformation scoliotique, en excluant le profil. De plus, ce classement étant récent, nous n avons pu l appliquer, à ce jour, au problème étudié dans cette thèse. Le classement choisi différencie quatre types de scolioses selon la position de ou des courbures principales dans le plan frontal. Il a été choisi selon les propos tenus avec les cliniciens de l Institut Calot. Les types de scolioses sont : Page 22

23 Chapitre 1 Raisonnement Médical Expert et Aides au Médecin dorsal : l angle de Cobb (*) se situe dans la région dorsale. dorso-lombaire : l angle de Cobb (*) se situe entre la région dorsale et la région lombaire : l apex (*) de la courbure principale est au niveau de D12 et L1. lombaire : la courbure principale est entièrement en région lombaire. double-courbure : ce type correspond aux scolioses doubles majeures (*), i.e. il s agit de scolioses ayant deux courbures de même importance (à 10% près) pour lesquelles les flèches sont à égale distance de la ligne médiane aux deux courbures. Ces classements permettent, aux chirurgiens, de mieux cibler le champ d application des corrections spécifiques à chaque type. Les traitements correctifs de la scoliose sont détaillés dans la partie suivante Corrections de la déformation scoliotique Les traitements thérapeutiques de la scoliose sont assez diversifiés. Ils dépendent avant tout de la gravité de la déformation et consistent à stabiliser l évolution de la déformation. Le choix du moyen de correction a longtemps été déterminé par la seule mesure de l'angle de Cobb (*), voir tableau I-1. moyens thérapeutiques angle de Cobb ( ) mouvements de kinésithérapie < 20 plâtres, corsets 20 < < 40 implants vertébraux 40 < Tableau I-1 : Moyens thérapeutiques en fonction de l'angle de Cobb (*) ( ) Actuellement, d'autres variables sont prises en compte pour établir le diagnostic telles, par exemple, la gibbosité (*), la déviation de l'apex (*), les fonctions respiratoires,... Ce traitement dépend de la gravité de la déformation. Différents traitements sont présentés dans les parties suivantes Faibles scolioses Pour de faibles scolioses, un traitement par mouvements de kinésithérapie est généralement suffisant pour stabiliser les courbures et stopper la progression de la déformation [Weinstein 1994]. Un facteur déterminant de la réussite est la prise en charge du traitement dès que possible dans la genèse du phénomène afin d'éviter le recours à des traitements plus sévères [GEKTS 1991] Scolioses moyennes Pour des scolioses dites moyennes, il existe différentes méthodes de traitement. Le traitement le plus courant repose sur l utilisation d un corset. Il consiste à appliquer des forces sur le tronc et à activer simultanément les muscles pour corriger la déformation. Les traitements par corset sont basés, pour la plupart, sur le principe des trois points de force : une force moyenne dans la région de déformation maximale et deux autres aux extrémités de la déformation [Weinstein 1994]. Les corsets les plus utilisés sont les corsets de Milwaukee [Blount 1958] et de Boston [Watts 1977]. De nombreuses variantes existent et sont présentées dans [Weinstein 1994]. Page 23

24 Chapitre 1 Raisonnement Médical Expert et Aides au Médecin Un autre type de traitement parfois utilisé repose sur la stimulation électrique des muscles [Olsen 1975]. Il s'agit d'un traitement nocturne peu utilisé car souvent moins efficace que le corset. Des électrodes sont implantées dans le muscle érecteur du rachis sur la partie convexe de la courbure pour stimuler la contraction des muscles. Ces traitements orthopédiques, basés sur la prévention de la progression des courbures pendant la croissance, nécessitent une bonne coopération entre la famille, le patient et les cliniciens Fortes scolioses Pour des scolioses plus importantes, le traitement chirurgical correctif de la déformation s'avère nécessaire. Il consiste à redresser le rachis (*) grâce à l implantation d un système de tiges métalliques, de vis et de crochets appelé système d ostéosynthèse (*) accompagné de greffes d'os, dites aussi arthrodèses (*). Deux voies sont utilisées selon l abord de l'instrumentation, la voie postérieure et la voie antérieure illustrées sur les figures I-5 et I-6. voie postérieure (*) : l instrumentation est fixée sur la face arrière des vertèbres. Des exemples d instrumentations utilisant cette voie sont les tiges de Harrington [Harrington 1962] [Goel et al. 1990], l instrumentation Cotrel-Dubousset [Cotrel 1986] [Roussouly et al. 1992] [Dubousset 1993], l instrumentation postérieure Texas Scottish Rite Hospital [Nasca et al. 1985], l instrumentation Isola [Weinstein 1994] ou l instrumentation Colorado [Roussouly et al. 1994],... voie antérieure (*) : l instrumentation est fixée sur la face en avant des vertèbres. Des exemples de cette technique sont l instrumentation antérieure Zeilke [Moe 1983] [Weinstein 1994], l instrumentation antérieure Texas Scottish Rite Hospital [Weinstein 1994] ou l instrumentation Colorado [Roussouly et al. 1994],... Figure I-5 : Instrumentation antérieure Page 24

25 Chapitre 1 Raisonnement Médical Expert et Aides au Médecin Figure I-6 : Instrumentation postérieure Le but de cette chirurgie est de redonner à la colonne vertébrale du patient une forme «normale» c est-à-dire de corriger la déformation frontale (*) tout en restaurant les courbures sagittales (*) physiologiques. Ces courbures sagittales (*) physiologiques sont caractérisées par une cyphose (*) dorsale et une lordose (*) lombaire. La détermination des niveaux de l'instrumentation encore appelés niveaux vertébraux de fusion est présentée dans la partie suivante. Ces niveaux de fusion se réfèrent aux vertèbres inférieure et supérieure auxquelles l'instrumentation est fixée. 2-2 Détermination des niveaux de fusion en pré-opératoire La phase de diagnostic débouche sur une définition de l'acte chirurgical de la correction de la déformation scoliotique par le choix de la voie d instrumentation à utiliser (antérieure ou postérieure), par la détermination du type d instrumentation (ici Colorado ou Cotrel- Dubousset) et les vertèbres sur lesquelles le chirurgien doit appliquer les efforts. Le chirurgien doit, de plus, être confronté par le pronostic des effets à long terme. Ces notions de diagnostic et de pronostic médical sont détaillées dans les parties suivantes. Les effets de la correction chirurgicale sont, selon les chirurgiens du domaine, prévisibles jusqu à un an. Au delà, des contraintes externes, imprévisibles lors des choix pré-opératoires (*), peuvent perturber la correction surtout aux zones jonctionnelles (*) entre la partie instrumentée et les autres parties de la colonne vertébrale. Ceci est illustré sur la figure I-7 sur laquelle : Figure I-7 : Schéma fonctionnel de l évolution de la forme rachidienne en fonction des activités appliquées au patient Page 25

26 Chapitre 1 Raisonnement Médical Expert et Aides au Médecin 1. Le premier stade concerne l état du rachis entre le pré-opératoire (*) et le postopératoire (*) immédiat le patient étant encore au bloc. Cet état du rachis (*) ne dépend que des forces de correction de la déformation scoliotique et du maintien par l instrumentation. L acte chirurgical perturbe le système, la forme rachidienne par la correction. 2. Le deuxième stade représente le premier lever du patient au bout de 8 ou 15 jours. L état du rachis (*) dépend principalement de la correction de l instrumentation mais aussi des premières compensations dues à la position debout l effet de la gravité. 3. La troisième phase représente les activités du patient pendant un an. Selon le chirurgien, l état du rachis dépend, en plus des compensations précédentes, des compensations mécaniques par rapport à la zone instrumentée. Jusqu à ce stade la correction est, selon le chirurgien, prévisible. Les déséquilibres ou problèmes jonctionnels à la zone instrumentée sont dus à un mauvais choix de l instrumentation et de ses niveaux de fixation. 4. Après un an, l état du rachis (*) dépend de nombreux facteurs psychomoteurs et adaptatifs de l individu. La notion de rééquilibration dynamique ou rééquilibration active [Chopin 1996] du sujet, i.e. le patient rééquilibre lui-même la zone instrumentée et les zones adjacentes de la colonne vertébrale, concerne ce stade. L évolution de l état rachidien est non identifiable car elle dépend de facteurs individuels impossibles actuellement à modéliser : comportement postural, psychologique, accident éventuel, Les choix des niveaux de fusion sont le fruit d un raisonnement complexe de la part des chirurgiens. En effet, il est inconcevable d'effectuer une immobilisation totale de la colonne. Ceci donnerait un bon résultat géométrique en statique debout mais entraînerait, en contre partie, une diminution de la mobilité post-opératoire (*) accompagnée de gênes et des douleurs dues aux fortes contraintes internes. A contrario, un montage trop court ne corrige pas suffisamment la déformation et risque de déséquilibrer le patient. La correction se fait donc en fixant un segment vertébral de longueur «optimale» pour corriger au maximum les déformations sans rigidifier entièrement le rachis du patient. Le choix du niveau de l'arthrodèse (*) relève d une décision importante pour l'obtention d un résultat satisfaisant. Dans le but d aider le chirurgien au choix d un niveau d instrumentation, King [1983] a créé un classement des scolioses thoraciques et combinées, thoracique et lombaire. A cet effet, des règles d'obtention de la zone à fusionner sont associées à chacun des cinq types de scolioses présenté dans la partie précédente. Malheureusement, ce classement a été développé pour une instrumentation de Harrington qui n est presque plus utilisée actuellement. Les détails de cette instrumentation sont proposés en Annexe 3. Confronté à l'enjeu, la diversité et la complexité des problèmes de correction orthopédiques du rachis, nous avons focalisé nos travaux sur l'étude des scolioses idiopathiques de l'adolescent (SIA), type de scoliose le plus fréquent, corrigé avec une instrumentation de types Colorado ou Cotrel-Dubousset détaillés, par ailleurs, en Annexe 3. Le but est de développer un système d'aide au chirurgien en pré-opératoire dans les choix de la zone d instrumentation et du type de système d ostéosynthèse (*) utilisé. Le chirurgien détermine la stratégie qu'il va appliquer à partir des données en préopératoire (*). Ces données sont obtenues à partir, d une part, des radiographies debout, en bendings (*) et en test d élongation (*), et d autre part, des paramètres propres au patient tels que la taille, le poids, les antécédents médicaux, etc. Le chirurgien doit, en particulier, faire un Page 26