Copyright © 2000-2015 LHERBAUDIERE	6 pages à l'impression			version initiale 2002
	INFORMATION				dernière mise à jour 22 mars 2013

CAPTEURS BIOMEDICAUX

quatrième partie : Instrumentation pour la posturologie

approches clinique et paraclinique			l'analyse de l'équilibre
la posturologie			la méthode classique
plate-forme dynamique			un système complexe
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Approches de l'analyse de l'équilibre

Le domaine de l'exploration médicale est très évolutif et certaines disciplines, quasi-inconnues il y a 10 ans, prennent progressivement une place importante dans les techniques d'investigation. C'est le cas de la posturologie qui d'une manière un peu schématique est l'étude de la posture d'un patient en vue d'en tirer des conséquences quant à certaines pathologies, mais aussi son éducation ou sa rééducation.

Aujourd'hui, 3 types de personnes intéressent, à des titres très divers, cette discipline:

On va donc s'intéresser aux stratégies d'équilibration, et bien évidemment aux anomalies, et pour cela diverses analyses vont être menées, statiques dans un premier temps et, depuis très récemment, dynamiques. En fait l'homme est le seul mammifère qui soit capable de se déplacer en permanence en position érigée. Cette position n'est pas naturelle, mais résulte d'un apprentissage lors des premiers mois de la vie et son maintien implique l'exploitation d'informations sensorielles, transmises au système nerveux central par les nerfs périphériques, puis le système nerveux envisage les corrections posturales éventuelles qui sont finalement réalisées au niveau musculaire après une nouvelle transmission nerveuse. Ainsi le maintien de la position est le résultat d'une activité nerveuse et musculaire complexe concernant l'ensemble des segments corporels et en réalité ce maintien de la posture est un événement dynamique, l'immobilité totale et donc l'équilibre parfait ne relevant pas de l'activité humaine.

Une quelconque altération d'un des éléments de ce qui constitue une chaîne d'asservissement se traduit par une altération de l'équilibre ; en corollaire une perturbation de l'équilibre peut donc être révélatrice d'une altération nerveuse, si nous excluons les pathologies proprement musculaires.

Le maintien de la position érigée chez l'homme participe d'informations sensorielles délivrées par divers organes localisés ou distribués.

L'oreille interne abrite les organes du labyrinthe qui mesurent les accélérations angulaires et linéaires au niveau de la tête. Les yeux sont l'élément proprement sensitif d'une fonction supérieure associant des informations d'origine musculaire dans une appréciation des repères spatiaux et des distances. Les récepteurs tendineux et articulaires de l'ensemble du corps et en particulier du cou et du membre inférieur, qui supportent la sensibilité proprioceptive et précisent l'ensemble des angulations articulaires. Au total la sensibilité proprioceptive fournit une image cérébrale exploitée par les fonctions supérieures ; cette image est dénommée schéma corporel. Enfin les récepteurs sensitifs peaussiers de la plante du pied fournissent une cartographie de pression des appuis podaux, dont l'interprétation concourt également au maintien de la position.

 

Approche clinique.

L'examen clinique utilise divers signes et épreuves, élaborés pour rechercher certaines altérations spécifiques de maladies particulières, ils ont pour la plupart étés améliorés et étendus à d'autres pathologies, en voici les plus connus :

Le signe de Romberg [4], décrit en 1846, est l'impossibilité pour le tabétique de garder son équilibre, quand, debout, les talons joints, on lui fait fermer les yeux.

Les épreuves vestibulaires sont destinées à mettre en évidence un trouble de l'équilibre en cas d'altération du labyrinthe, citons :

l'épreuve de Barany [2], proposée dès 1910, dans le cas d'une lésion vestibulaire, provoque un nystagmus (mouvement oscillatoire saccadé des yeux) par l'injection d'eau froide ou chaude dans le conduit auditif externe ; ce nystagmus est dirigé vers l'oreille non irriguée en eau froide ou vers l'oreille irriguée en eau chaude.

l'épreuve des bras tendus, qui voit les bras étendus en avant, pouces en haut, d'un malade assis les yeux fermés, se déplacer horizontalement vers le coté de la lésion vestibulaire.

la marche en étoile, épreuve de Babinski - Weill [1], où le malade, les yeux fermés, est prié de faire alternativement dix pas en avant et dix pas en arrière en ligne droite ; dans le cas d'une altération vestibulaire la direction du déplacement dévie à chaque trajet dessinant donc une étoile dont l'angle des branches peut être apprécié assez précisément.

On remarque l'importance de la participation de la perception visuelle au fait que ces tests sont essentiellement réalisés les yeux fermés. Mais ces tests ne sont pas aisément quantifiables, leur sensibilité et leur reproductibilité semblent faibles chez des sujets sains ou faiblement atteints.

Approche paraclinique.

Les examens paracliniques de l'équilibre sont d'apparition récente, correspondant aux évolutions de la métrologie et de son implantation dans le secteur médical. La première question concerne la "mesure de l'équilibre", et ce que signifie cette expression. L'approche en est résolument issue des concepts médicaux et consiste en fait en une quantification automatique par un système de mesure physique directement extrapolée de ce que pratiquerait et commenterait un observateur humain.

Deux protocoles sont retenus :

- soit la détermination des évolutions de la position de la projection du centre de gravité dans le polygone de sustentation, et c'est ce que réalise une plate-forme de force.

 

plateforme d'analyse statique (doc NBP)

- soit le positionnement dans l'espace de repères anatomiques constants et le suivi des évolutions de ces repères et des segments corporels qu'ils délimitent.

La seconde question envisage la conduite de l'examen et son aptitude à révéler une altération particulière de l'équilibre. Les examens cliniques procèdent souvent ainsi en introduisant, pour certains une stimulation d'origine visuelle telle celle qu'entraîne l'alternance de période yeux ouverts - yeux fermés et pour d'autres des stimulations vestibulaires. La dualité d'équilibres et l'observation qui en résulte met en évidence l'implication de l'afférence visuelle. L'introduction d'une stimulation proprioceptive serait probablement très intéressante mais il n'en existe pas pour le moment d'application permettant un protocole d'exploitation effectif. L'examen sur plate-forme de force envisage l'évolution d'un équilibre non contrarié et on parle de stabilométrie statique, l'évolution ultime consiste à appréhender plutôt le maintien ou le rétablissement de l'équilibre lorsqu'on le contrarie, et nous introduirons le terme de stabilométrie dynamique.

L'étude des appuis sur le sol permet de comprendre et de corriger des anomalies de la posture pouvant se répercuter par exemple au niveau lombaire :

différence de longueur des jambes,
déformation de la voûte plantaire,
rééducation après opération ou traumatisme... Après identification des anomalies, des semelles sont réalisées sur mesure (orthèses) afin de corriger la position du pied et la répartition des charges...

La Podovidéographie est un examen qui utilise les possibilités techniques d'un matériel vidéo simple et compact, pour l'étude en cabinet des mouvements du pied et de la jambe lors de la marche, par des vues de dos, de face, en profil interne et externe. Cet examen est résumé sous la forme d'un compte rendu, composé d'une sélection d'images extraites d'un film de la marche en fonction de leur caractère répétitif. Cet examen permet :

La visualisation dans les trois plans de l'espace du mode de fonctionnement du pied et de la jambe lors de la marche ;

La conception dynamique de l'appareillage au travers du raisonnement biomécanique tridimensionnel ;

L'évaluation qualitative quantitative et comparative des résultats éventuellement obtenus grâce à l'orthèse plantaire après une période de traitement.

posturologie

Elle peut se définir par l'étude de l'organisation géométrique et bio-mécanique des différents segments d'un individu dans l'espace et de ses processus de régulation ou par l'ensemble des mécanismes à pilotage neurologique permettant la stabilisation de ces éléments dans l'espace au cours de la station debout et de la marche. Cette notion de station debout et de sa régulation, au regard de l'évolution des espèces, est riche d'enseignements.

Il serait fastidieux ici d'en décrire toutes les étapes évolutives, mais il faut retenir non seulement que celle-ci s'est faite très progressivement, mais surtout qu'elle a sans doute précédé le développement de la capacité cérébrale de l'homme moderne, non sans passer par quelques impasses. Il faut se souvenir que la régulation posturale est donc essentiellement automatique, soutenue par notre cerveau "primitif", essentiellement le système limbique. Elle reste cependant l'une des dernières acquisition fonctionnelle de notre espèce, bien moins mature que les grandes fonctions telles la respiration, la circulation, .. et surtout elle n'est pas supportée par tel ou tel organe spécifique mais par une organisation complexe de relations entre diverses structures. La fonction de verticalité chez l'homme est donc bien fragile, expliquant ainsi la fréquence de ses anomalies et dysfonctionnements. L'homme moderne naît d'ailleurs avec un système postural immature puisqu'il lui faut plusieurs mois et parfois plus d'une année pour se tenir debout!

Par ailleurs, quand le sujet s'écarte de l'équilibre statique par un mouvement, il met en jeu des synergies axiales, comme l'a bien montré Babinski en 1899. Si l'on demande à un sujet de se pencher vers l'arrière, il déclenche en même temps différents ajustements posturaux, notamment il fléchit les genoux, de manière à maintenir son centre de gravité à l'intérieur du polygone de sustentation . Babinski avait décrit, chez certains sujets qui n'ont plus ce contrôle anticipé d'ajustement postural, une impossibilité à se maintenir debout en équilibre dès qu'on leur demandait de se pencher vers l'arrière. A retenir: cette notion d'ajustement postural.

Aujourd'hui on substitue, à l'étude du centre de gravité, l'étude du déplacement des centres de pression d'un sujet debout. Pour cela, on met le sujet sur des plate-formes de force qui enregistrent à chaque instant la projection au sol des centres de pression. Ces paramètres nous renseignent sur la régulation de la position du centre de gravité. On obtient ainsi un statokinésigramme, important dans l'exploration du système tonique postural. Pour étudier cette régulation de position du centre de gravité, on utilise beaucoup également en posturologie le test de Romberg (1846), c'est à dire l'étude du comportement du sujet lorsque pieds joints on lui fait fermer les yeux. Le traitement informatique de l'enregistrement conduit à des résultats intéressants.

fig: ex de résultat obtenu avec la plateforme QFP systèmes

Les divers tests précités ne sont pas aisément quantifiables, en outre les analyses basées sur l'emploi d'une plate-forme statique sont également insuffisantes et seule une analyse dynamique sera de nature à permettre la discrimination et la corrélation entre anomalies de l'équilibre et dysfonctionnement des organes sensoriels ou de leur liaison avec l'encéphale.

Dans cette approche de stabilométrie dynamique le plateau, sur lequel prend place le sujet, est mobile et peut s'incliner selon un ou deux axes sous l'influence des mouvements dudit sujet, ou parfois d'une commande externe. Le maintien de l'équilibre dans cette occurence instable conduit à de nombreux mouvements d'ajustement qui sont vraisemblablement significatifs de la sensibilité proprioceptive, en particulier tendineuse et articulaire.

Plate-forme dynamique

Divers travaux récents ont tenté de mettre en oeuvre des systèmes dynamiques. La principale difficulté de conception d'une plate-forme dynamique, c'est à dire mobile autour des deux axes x et y, l'un avant-arrière et l'autre gauche-droite, tient au fait que pour simuler correctement un terrain incliné (et donc être significative des difficultés qu'aura le patient sur un tel terrain) l'axe de rotation de la plateforme x ou y doit se situer très exactement dans le plan d'appui des pieds. A notre connaissance seule la plate-forme développée au PSI (Insa Rouen) et exploitée au CHU de Rouen remplit cette exigence.

plate-forme dynamique à deux degrés de liberté, prototype installé au CHU de Rouen.

On notera sur la photo du laboratoire l'ensemble de caméras infra rouge et les 4 mires IR sphériques sur le plateau pour le suivi en temps réel des mouvements de celui-ci. Le même type de mires positionnées sur le patient en des points considérés comme significatifs vont permettre l'analyse fine de ses mouvements et de sa stratégie d'équilibration.

Electronique associée

Nous ne détaillerons pas l'électronique associée non plus que le logiciel d'exploitation d'une telle plate-forme. Précisons cependant qu'un soin important a été apporté aux divers contrôles de sécurité tant pour le patient (blocage en position horizontale et butées amorties) que pour le fonctionnement du système (sécurité électrique, fin de course...) ainsi qu'à l'ergonomie du logiciel. Pour tout renseignement complémentaire consulter Fabrice van de Walle (fvdwalle@club-internet.fr).

[1] Babinski J, Weill GA. Désorientation et déséquilibration spontanée et provoquée. La déviation angulaire. CR Soc Biol ( Paris ) 1913; 74, pp 852-855.

[2] Barany R. Neue Untersuchungmethoden, die beziehungen zwischen Vestibular-Apparat, Kleinhirn, Grosshirn und Rückenmark betreffend. Wien; med;wschr 1910; 60, pp20-33.

[3] Perrin Ph, Perrin C. Exploration des afférences sensorielles et du contrôle moteur de l'équilibration par la posturographie statique et dynamique. Ann Otolaryngol Chir Cervicofac 1996; 113, pp 133-146

[4] Romberg MH. Lehrbuch der Nervenkrankheiten des Menschen. A Dunker (Berlin ) 1846.

[5] Séverac Cauquil A, Bessou M, Dupui Ph, Bessou P. Anteroposterior dynamic balance reactions induced by circular translation of the visual field. J Physiol ( Paris ) 1996; 90, pp 53-62.

[6] Gagey P.M., Toupet M., l'amplitude des oscillations posturales dans la bande de fréquence 0-2Hz. Etude chez le sujet normal, Assoc. Fr. Postur., AN02, 1996.

[7] Association ORION, le système tonique postural, http://www.chez.com/orion/cours1.htm

[8]Van de Walle F, études d'instrumentation pour l'analyse de l'équilibre orthostatique, thèse de Doctorat, Rouen, mars 2000.

[9] QFP Systèmes, plate-forme de posturologie, documentation technique, http://www.qfp.fr/

[10] Daver H., Priquel X., Study and measurement of parameters occuring in the balance of body standing posture stabilometer, Conférence Capteurs, Paris,1989, pp 132-137

[11] Kapteyn T.S & col., Standardization in platform stabilometry being a part of posturography, Agressologie, 1983, 24 (7), pp 321-326.

[12] Kodde L., & col. The influence of platform geometry on stabilograms, Biomed. Technik, 1978, 23 (5-6), pp 130-131.

[13] Massen C.H., On the design of force-platforms in stabilography, Agressologie, 1976,17 (8) pp 59-62

[14] Van de Walle F., Hubin M., Platform for dynamic posturographic tests, ESEM Congress, Barcelona, Juin 1999, pp 28-30.

[15] Burbaud X., Comparaison des stratégies d'équilibration sur plateau instable de sujets normaux sédentaires et sportifs (mesures optoélectroniques par le système Vicon des adaptations motrices avec ou sans contrôle visuel) DEA Sciences de la vie et de la santé, Rouen, 1998.

[16] B. Amblard, C. Carblanc, Rôle des informations fovéales et périphériques dans le maintien de l'équilibre postural chez l'homme, Agressologie, Institut de neurophysiologie et Psychophysiologie de Marseille, 1978.