La scoliose est une déformation tridimensionnelle dont toutes les caractéristiques biomécaniques sont utilisées pour réaliser le corset et pour la physiothérapie. Nous nous concentrerons en particulier sur les mouvements couplés qui sont à la base de la transformation numérique du corset plâtré correcteur et peuvent être utilisés pour la réalisation de toutes les orthèses. Vous voyez en arrière-plan la première représentation 3D de la scoliose réalisée par Jean Dubousset et Henry Graf il y a 50 ans. La « Da Vinci view » était née.

 Certaines règles fondamentales de la biomécanique sont essentielles pour comprendre la scoliose dans ses 3 dimensions.

 Autour d'un axe, seuls deux mouvements sont possibles : la rotation et la translation.

 Par rapport à un axe, un solide a donc deux degrés de liberté.

 Translation et rotation par exemple le long de l’axe vertical.

 Le mouvement entre deux vertèbres s’effectue selon 3 axes : 2 horizontaux ; transversal (joignant les apophyses transverses) et sagittal (dans l’axe de l’apophyse épineuse) et 1 vertical (dans l’axe de la moelle), Le mouvement intervertébral comporte donc 6 degrés de liberté à chacun des 17 niveaux thoraciques et lombaires.

 Nous allons décrire successivement le plan de fonction du rachis et les 3 plans anatomiques de référence.

 Le plan de fonction initial des vertébrés est le plan frontal. Le passage du milieu aquatique au milieu terrestre et la bipédie modifient le plan de fonction qui devient sagittal.

 Les 3 plans de référence anatomique sont : le plan frontal, le plan sagittal et le plan horizontal (ou plan transversaire). Bien que le mouvement s’effectue dans l’espace, par convention, la mobilité du rachis est décrite dans ces 3 plans anatomiques de référence.

 Le mouvement global dans un plan anatomique de référence est la somme des projections dans le plan de référence de mouvements segmentaires entre deux vertèbres qui s’effectuent en réalité dans des 17 plans différents.

 Le mouvement dans le plan frontal est la somme de tous les mouvements intervertébraux au niveau lombaire, thoracique et cervical.

 La terminologie 3D a été définie par Ian Stokes et se trouve sur le site Web de la Scoliosis Research Society.

 La ligne du corps vertébral décrit la forme de la colonne vertébrale dans un système de coordonnées global. Les vertèbres se trouvent sur cette ligne. Chaque vertèbre définit son propre système de coordonnées en fonction de son orientation.

 La méthode Cobb de quantification de la gravité de la courbe mesure à la fois la courbure et le degré d'inclinaison des vertèbres terminales. Les perpendiculaires à la ligne du corps vertébral mesurent uniquement la courbure.

 4 échelles de mesure peuvent être utilisées. Le niveau segmentaire mesure la déformation du corps vertébral, Le niveau régional mesure l'une des 3 régions thoracique, lombaire et cervicale. Le niveau rachis mesure l'ensemble de la colonne vertébral. Le niveau global intègre le bassin et la tête.

 La hiérarchie des quatre systèmes de coordonnées définissant la géométrie vertébrale : (a) Coordonnées locales basées sur une vertèbre. (b) Coordonnées régionales basées sur des courbures définies par les vertèbres limites d'une courbure ou d'une région vertébrale. (c) Coordonnées rachidiennes globales, définies par l'axe Z passant par les centres des vertèbres C7 et L5 les plus éloignées de toute la colonne vertébrale. (d) Système de coordonnées global, basé sur tout le corps, avec son origine à la base de la colonne vertébrale (S1) et l'axe Z vertical (ligne de gravité).

 Le mouvement dans le plan frontal est obtenu par rotation sur l'axe sagittal et/ou translation le long de l'axe transversal. Si la colonne était droite, nous n'aurions qu'un seul plan frontal, mais compte tenu des déviations dans le plan frontal et dans le plan sagittal, tous les mouvements vertébraux sont effectués dans différents plans.

 Dans le plan sagittal, en dehors du dos plat, le rachis n’est pas rectiligne. Nous avons des courbures physiologiques : une lordose lombaire et une cyphose thoracique. La rotation autour des axes sagittaux (bleu) s’effectue dans de multiples plans. Cette structure de plans superposés assure une excellente stabilité dans le plan de fonction sagittal. Le moulage régional vise à restituer les courbures du plan sagittal.

 C'est l'orientation des articulaires postérieures qui va déterminer la mobilité dans le plan frontal. Au niveau thoracique les articulaires postérieures se situent dans un plan frontal, alors qu'au niveau lombaire elles se situent dans un plan plus sagittal.

 Le mouvement dans le plan frontal est obtenu par rotation sur l’axe sagittal et/ou translation le long de l’axe transversal selon l'orientation des articulaires postérieures. Si la colonne était droite, on aurait un seul plan frontal, compte tenu des déviations dans le plan frontal et dans le plan sagittal, tous les mouvements intervertébraux s’effectuent dans des plans différents.

 Au niveau thoracique, l’orientation frontale des articulaires postérieures privilégie la rotation sur l’axe sagittal, c’est-à-dire le bending,

 Le mouvement de rotation autour de l'axe sagittal se situe dans l'un des 17 plans déterminés par les courbures dans le plan sagittal.

 Un certain nombre de corsets fonctionnent selon ce principe de bending induit par un système 3 points.

 Au niveau lombaire, l'orientation sagittale des articulaires postérieures privilégie les mouvements dans le plan sagittal. La mobilité dans le plan frontal s'effectue alors par translation le long de l'axe transversal.

 Au niveau lombaire, ce mouvement de translation le long de l'axe transversal sera favorisé par l'épaisseur du disque intervertébral et l'absence d'articulation costo-vertébrale.

 Comme précédemment, ce mouvement s'effectue dans plusieurs plans du fait de la lordose.

 Un second élément anatomique peut limiter le shift lombaire. C'est l’Anomalie Structurale Asymétrique du Socle Ilio-lombaire qui a été décrite par du Peloux il y a 45 ans. Elle se caractérise par un tilt de L4 avec raccourcissement du ligament ilio-transversal convexe. La seule façon d’étirer ce ligament est de repousser vers la ligne médiane les corps vertébraux de L3 et L4, c’est-à-dire de réaliser un cisaillement au niveau de la crète iliaque.

 A droite, le cisaillement au niveau du plateau iliaque convexe est bien visible. L'expansion dans la concavité est inutile, au contraire il faut créer un mur concave pour propulser les forces de translation frontale vers le haut (effet push up). En cas de double courbure, le mur concave facilite la flexion corrective de la convexité thoracique.

 Dans le plan sagittal les mouvements fondamentaux sont également effectués au niveau des axes horizontaux avec inversion des rotations et des translations par rapport au plan frontal. Le mouvement dans le plan sagittal est la combinaison de la rotation autour de l'axe transversal horizontal et de la translation le long de l'axe sagittal horizontal.

 Le mouvement dans le plan sagittal est la somme de tous les mouvements intervertébraux au niveau lombaire, thoracique et cervical

 Le mouvement de translation le long de l'axe sagittal se situe dans autant de plans qu'il y a de vertèbres incluses dans la courbure scoliotique essentiellement au niveau thoracique compte tenu de l'orientation des articulaires postérieures.

 Il en est de même pour le mouvement de rotation autour de l’axe transversaire qui se situera dans autant de plans que de vertèbres incluses dans les courbures scoliotiques essentiellement au niveau lombaire compte tenu de l'orientation des articulaires postérieures.

 Dans la scoliose, la multiplicité des plans de mobilité segmentaire du plan sagittal fait qu'en géométrie plane l'action mécanique des corsets se limite souvent à la vertèbre scoliotique apicale.

 Il en est de même au niveau thoracique, la multiplicité des plans constitue une sorte de livre ouvert, ce qui explique la difficulté de cyphoser un dos plat.

 Dans le plan sagittal, la mobilité est facilitée au niveau lombaire, plus limitée au niveau thoracique d’autant que l’épaisseur des disques intervertébraux est moindre.

 La correction dans le plan sagittal est cependant fondamentale si l'on veut obtenir l'équilibre isostatique, car c'est dans cette position de contact idéal que l'on obtiendra la meilleure mobilité dans le plan frontal.

 'équilibre isostatique sagittal est propre à chaque patient et déterminé par l'incidence lombp-pelvienne qui est un facteur constitutionnel. L'incidence lombo-pelvienne est couplée à la version pelvienne et à l'inclinaison de la base sacrée. Elle en est la somme. Si l'on connait l'incidence lombo-pelvienne, le sagittalomètre nous fournit la version pelvienne et la base sacrée pour un équilibre isostatique idéal. Tout mouvement du bassin modifie les courbures vertébrales. La version pelvienne est elle-même couplée à la lordose lombaire. La rétroversion pelvienne diminue la lordose lombaire, et augmente les contraintes sur le disque intervertébral. L'antéversion pelvienne augmente la lordose et les contraintes sur l'arc postérieur. Comme la version pelvienne, la lordose idéale est déterminée par le sagittalomètre. Du fait de l'orientation des articulaires postérieures la mobilité est excellente dans le plan sagittal lombaire et il est facile d'ajuster la lordose lombaire de façon précise. C'est en équilibre isostatique que la mobilité lombaire est maximale, ce qui favorise le shift dans le plan frontal. Par contre, le bending est moins efficace au niveau lombaire. Au niveau thoracique, stabilité et solidité sont privilégiées, mais des mouvements de faible amplitude sont possibles dans les 3 directions. Ces mouvements seront également favorisés lorsque le plan sagittal est en équilibre isostatique. Du fait de l'orientation des articulaires postérieures, le principal mouvement est la rotation autour de l'axe sagittal bleu, c'est à dire un mouvement de bending. En kinésithérapie, on préfèrera la dérotation par la concavité dans le sens de la cyphose thoracique avec meilleur équilibre isostatique à la dérotation par la convexité qui favorise le dos plat et limite la mobilité frontale.

 La torsion est la résultante de la somme des rotations le long de l’axe vertical. Elle est favorisée par la gravité.

 Le mouvement dans le plan horizontal est la somme de tous les mouvements intervertébraux au niveau lombaire, thoracique et cervical.

 La compression axiale facilite la déformation de la colonne vertébrale en provoquant un effet de flambage.

 Le mouvement le long de l’axe vertical est caractéristique de la colonne torse.

 La scoliose est une hélicoïde cerclée à cercle générateur horizontal. On parlera de torsion lorsque l’on considère l’ensemble d’une courbure ou une région vertébrale, on parlera de rotation à un niveau segmentaire habituellement maximale et mesurée au niveau de la vertèbre apicale.

 La rotation le long de l’axe vertical s’effectue dans 17 plans horizontaux superposés. Si l’axe vertical était rectiligne, la superposition de ces plans évoquerait une mille-feuille.

 En réalité dans la scoliose, l’axe vertical n’est pas rectiligne et il est impossible d’obtenir une détorsion en géométrie plane.

 La torsion est la somme des rotations segmentaires qui sont toutes dans un plan différent.

 En dehors du corset de Milwaukee, tous les corsets actuels sont basés sur un système à 3 points unique ou multiple. Dans l'ARTbrace, il n'y a plus d'appui ou de contre appui, il n'y a plus de pression ni d'expansion. C'est tout le volume du thorax et de l'abdomen qui sera modifié selon les règles très précises du moulage régional.

 La dérotation globale ou détorsion est la somme de la translation le long de l'axe vertical (effet push up) et de la rotation autour de l'axe vertical induite par l'asymétrie.

 Pour chaque vertèbre, les 3 plans se déplacent et aucune courbure scoliotique n'est enregistrée dans le même plan. Les 3 plans varient indépendamment. Contrairement à l'action segmentaire du système à 3 points qui n'agit que sur une vertèbre, l’ARTbrace produit une colonne torse dans la direction opposée à la colonne torse scoliotique sur une colonne vertébrale généralement allongée. Il est possible de superposer le corset aux colonnes torses du temple de Jérusalem.

 L’avantage de l’hélicoïde cerclée à cercle générateur horizontal est qu’il est possible de modifier et de resuperposer plusieurs régions vertébrales sans perdre le mouvement hélicoïdal.

 La torsion va s'effectuer entre deux points fixes aux deux extrémités de la courbure.

 En géométrie des solides, il existe deux types de détorsion, la détorsion géométrique et la détorsion mécanique.

 Le premier mécanisme de détorsion est la détorsion géométrique, c’est-à-dire une élongation par translation le long de l’axe vertical en sens inverse de la compression-flambage.

 L'espace maximal au niveau du disque intervertébral augmente la mobilité et favorise la dérotation segmentaire. Au niveau thoracique, la dérotation s'effectue de préférence par la concavité pour favoriser l'équilibre isostatique.

 L’élongation axiale a toujours été un élément important du traitement orthopédique conservateur des scolioses. Le point fixe est quasiment toujours le bassin. Dans l’ancien corset lyonnais, l’élongation axiale est obtenue par des appuis sous axillaires réglables le long du mât postérieur. Dans le Boston et le Chêneau, c’est la partie inférieure du rachis qui favorise l’extension (effet noyau de cerise) Dans l’ARTbrace, c’est l’application précise au niveau sous axillaire et le réglage de la sangle à crémaillère au niveau thoraco-lombaire qui provoque une sorte d’extrusion (effet tube mayonnaise).

 La prise sous axillaire est identique au porter d’un enfant. La haute rigidité du polyamide assure à elle seule cette prise sans nécessité d’utiliser la fermeture antérieure par scratch qui n’est là que pour stabiliser le corset.

 Ce graphique de Panjabi et White montre l'efficacité des actions mécaniques le long de l'axe vertical au-delà de 40°.

 Le second mécanisme est la détorsion mécanique qui s’effectue par l’ensemble de la surface externe du thorax. Le corset va corriger la déformation thoracique et l’asymétrie du pli de la taille, mais surtout déplacer les volumes. Les faces du solide obtenues dans les plans de coupe sont appelées bases du tronc, et la distance entre les deux plans de coupe est la hauteur du tronc. Les faces latérales de ce solide ne sont pas nécessairement planes, mais sont des paraboloïdes hyperboliques.

 Dans le plan frontal, la seule mobilité s’effectue dans les expansions. Dans le plan sagittal, il n’y a pas de mobilité. Par contre un cisaillement et une dérotation sont possibles en fonction de la déformation de l’ensemble métallique barre postérieure et charnières et des hémi-valves en polyamide.

 Les deux hémi-valves de l’ARTbrace sont en effet des paraboloïdes hyperboliques ajoutant "effet Pringle" et une détorsion mécanique obtenue par la détorsion des scanners 2 et 3.

 Cliniquement et selon le même principe muscles et fascias constituent des chaînes spirales croisant en avant au niveau thoraco-lombaire et en arrière au niveau lombo-sacré.

 L'homo-sapiens est capable de mobiliser ces chaînes lors de l'activité sportive du fait de la tridimensionnalité de la mobilité vertébrale.

 Entre les deux points fixes correspondant aux limites de la scoliose, on cherche à constituer un couple de détorsion.

 Le type de contact est un élément majeur de la compliance. Il peut être comparé à celui obtenu pour soulever des balles de foin sans déchirer la fine pellicule plastique qui les recouvre. Il n'y a plus la zone d’hyperpression créé par le système multiple à 3 points, mais une détorsion globale entre les deux clés axillaire et pelvienne répartissant les tensions sur l’ensemble de la surface.

 Dans l’ARTbrace, il n'y a plus de pelotes internes. Le tronc est guidé et doit se déplacer comme sur une piste de bobsleigh incurvée en sens inverse de la scoliose.

 La modification du volume externe du thorax est effectuée par un mouvement d'inversion de la scoliose dans un plan frontal et la reconstitution d'un plan sagittal physiologique en équilibre isostatique qui provoquera automatiquement une DÉTORSION.

 Cette détorsion est la conséquence des mouvements couplés dans le plan sagittal et frontal, comme l’expliqua Panjabi en 1978.

 Cette détorsion sera maximale en équilibre isostatique sagittal.

 L'évaluation radiologique de la scoliose a toujours été difficile. En plus des difficultés de lecture entre la région lombaire et thoracique, l'irradiation répétée limitait souvent l'évaluation au seul plan frontal. Grâce à Georges Charpak, l'irradiation a été réduite de 9 à 25 fois. Les progrès de la numérisation permettent une reconstruction 3D fiable que nous avons utilisée pour évaluer la correction orthétique dans le plan horizontal. On peut en effet visualiser la rotation au niveau des 17 segments vertébraux. L'échelle 1/1 permet une précision remarquable. La reconstruction manuelle prend 20 minutes mais il est possible de mesurer les angles maximaux réels des courbures, ce que ne permet pas la projection frontale. Avec la technologie EOS, à partir d'un examen 2D de base, nous avons accès à la 3D.

 Les lois des mouvements couplés au niveau du rachis ont également été décrites dans le cadre des manipulations vertébrales. Pour une même inflexion frontale, le sens de la rotation peut varier en fonction du plan sagittal. Pour déroter une scoliose, le plan sagittal doit être positionné en équilibre isostatique. En cas de dos plat, la rotation scoliotique peut s’accentuer.

 L’illustration de ce principe est obtenu expérimentalement en créant une scoliose structurale par un unique bending dans le plan frontal.

 Dans certains bendings correcteurs réalisés en décubitus, la rotation lombaire peut être accentuée.

 Il en est de même ici au niveau thoracique.

 Selon le 2° principe des manipulations vertébrales, lorsque le rachis est incurvé en flexion ou extension dans le plan sagittal, c’est-à-dire en équilibre isocinétique, une inflexion unilatérale s’accompagne d’une rotation de même sens, corrigeant la rotation scoliotique.

 La dérotation de la scoliose est automatique lors de la correction frontale lorsque les vertèbres sont en équilibre isocinétique défini par la restitution des courbures physiologiques dans le plan sagittal.

 Le corset lombaire GTB est toujours réalisé en lordose et la dérotation est bien visible sur cet exemple.

 La confirmation est fournie par l'étude des 3 moulages successifs réalisés pour l'ARTbrace. Lors du moulage n°1 réalisé en extension, les deux ceintures restent équilibrées.

 Lors du scan N° 2 au niveau lombaire, une première détorsion est notée entre la ceinture pelvienne et la ceinture scapulaire.

 Cette détorsion entre les deux ceintures s'accentue lors du scan n° 3 réalisé au niveau thoracique.

 Voici le résultat radiologique de ce cas n° 90, avec initialement une scoliose thoracique de 39 ° et une gibbosité de 17 ° ATR. Excellente correction en corset avec réduction totale de la courbure. Le plan sagittal est également amélioré.

 Sous EOS 3D, la détorsion se traduit par un rapprochement des vertèbres sur la ligne médiane.

 Voici l'image clinique de cet enfant en corset

 A Risser 5, après 2 ans de traitement par corset, l'angulation reste stable à 13 °.

 Aspect clinique en fin de traitement après 6 mois de corset nocturne. L’angle de rotation Bunnel est inférieur à 10 °.

 L’exemple le plus spectaculaire a été noté chez cet enfant de 11 ans vivant au Brésil et qui a une rotation thoracique importante. La correction en corset est satisfaisante.

 Mais la correction la plus spectaculaire de 141 % réside dans le plan horizontal avec inversion des rotations segmentaires et détorsion globale. Comme toujours, les vertèbres se regroupent le long de la ligne de gravité.

 En conclusion, la méthode lyonnaise découle directement de la biomécanique 3D de la scoliose et montre l'intérêt de la géométrie globale des solides avec correction 3D régionale par les mouvements couplés. Physiothérapie et corset ARTbrace suivent exactement les mêmes principes.