Prédiction de l'évolution de la scoliose idiopathique de l'adolescent à l'aide des paramètres tridimensionnels du rachis

La scoliose idiopathique de l’adolescent est une déformation 3D du rachis. La littérature comporte une multitude d’études sur la prédiction de l’évolution et l’identification de facteurs de risque de progression. Pour l’instant les facteurs de risque établis sont l’amplitude de la déformation, la maturité squelettique et le type de courbure. Plusieurs autres champs ont été explorés comme les aspects génétiques, biochimiques, mécaniques, posturaux et topographiques, sans vraiment apporter beaucoup de précision à la prédiction de l’évolution. L’avancement de la technologie permet maintenant de générer des reconstructions 3D du rachis à l’aide des radiographies standard et d’obtenir des mesures de paramètres 3D. L’intégration de ces paramètres 3D dans un modèle prédictif représente une avenue encore inexplorée qui est tout à fait logique dans le contexte de cette déformation 3D du rachis. L’objectif général de cette thèse est de développer un modèle de prédiction de l’angle de Cobb à maturité squelettique à partir de l’information disponible au moment de la première visite, soit l’angle de Cobb initial, le type de courbure, l’âge osseux et des paramètres 3D du rachis. Dans une première étude, un indice d’âge osseux a été développé basé sur l’ossification de l’apophyse iliaque et sur le statut du cartilage triradié. Cet indice comporte 3 stades et le second stade, qui est défini par un cartilage triradié fermé avec maximum 1/3 d’ossification de l’apophyse iliaque, représente le moment pendant lequel la progression de la scoliose idiopathique de l’adolescent est la plus rapide. Une seconde étude rétrospective a permis de mettre en évidence le potentiel des paramètres 3D pour améliorer la prédiction de l’évolution. Il a été démontré qu’à la première visite il existe des différences pour 5 paramètres 3D du rachis entre un groupe de patients qui sera éventuellement opéré et un groupe qui ne progressera pas. Ces paramètres sont : la moyenne da la cunéiformisation 3D des disques apicaux, la rotation intervertébrale à la jonction inférieure de la courbure, la torsion, le ratio hauteur/largeur du corps vertébral de T6 et de la colonne complète. Les deux dernières études sont basées sur une cohorte prospective de 133 patients avec une scoliose idiopathique de l’adolescent suivi dès leur première visite à l’hôpital jusqu’à maturité squelettique. Une première étude a permis de mettre en évidence les différences morphologiques à la première visite entre les patients ayant progresser de plus ou moins de 6°. Des différences ont été mise en évidence pour la cyphose, l’angle de plan de déformation maximal, la rotation ntervertébrale l’apex, la torsion et plusieurs paramètres de «slenderness». Ensuite une seconde étude a permis de développer un modèle prédictif basé sur un modèle linéaire général en incluant l’indice d’âge osseux développé dans la première étude, le type de courbure, l’amplitude de l’angle de Cobb à la première visite, l’angle de déformation du plan maximale, la cunéiformisation 3D des disques T3-T4, T8-­T9, T11-­T12 et la somme des cunéiformisation 3D de tous les disques thoraciques et lombaires. Le coefficient de détermination multiple pour cette modélisation est de 0.715. Le modèle prédictif développé renforce l’importance de considérer la scoliose idiopathique dans les trois dimensions et il permettra d’optimiser la prédiction de l’évolution au moment de la première visite.

La croissance maxillaire et mandibulaire et l’apnée du sommeil chez les enfants présentant une séquence de Pierre Robin

Introduction : La croissance maxillo-mandibulaire des enfants avec une séquence de Pierre Robin (SPR) est controversée dans la littérature. Certains auteurs croient que la croissance mandibulaire est accélérée après la naissance, mais peu se sont penchés sur la croissance du maxillaire supérieur. Cette étude rétrospective sur dossier vise à analyser la croissance maxillo-mandibulaire des enfants atteints de la SPR. Dans un deuxième temps, nous aurions aimé évaluer la sévérité et l’évolution de l’apnée du sommeil en lien avec la croissance des maxillaires, mais un manque de données a empêché l’atteinte de cet objectif. Matériel et méthode : Les dossiers médicaux et orthodontiques de 93 patients (82 volet apnée et 40 volet croissance) du CHU Ste-Justine avec une SPR isolée ont été révisés puis comparés au groupe contrôle composé d’enfants normaux de l’Université du Michigan. L’analyse statistique de modèle mixte pour mesures répétées de même que celle de Brunner-Langer furent effectuées. Résultats : L’évaluation orthodontique a montré un changement statistiquement significatif pour la relation molaire droite, la présence de chevauchement et de diastème au maxillaire et le surplomb vertical. L’analyse des données céphalométriques nous montre que le maxillaire supérieur, la branche montante et le corps de la mandibule sont tous réduits par rapport à la normale. Ce dernier montre une diminution significative avec l’âge (p = 0,03). L’angle gonial, le SNA, SNB, ANB, l’angle de convexité faciale et l’inclinaison de l’incisive supérieure par rapport à FH sont tous normaux. Par contre, on remarque une augmentation statistiquement significative de cette dernière avec l’âge (p = 0,04). L’angle Y est augmenté tandis que les hauteurs faciales supérieure (HFS) et inférieure (HFI) sont diminuées bien que cette dernière montre une tendance à s’approcher de la normale avec l’âge (p ≤ 0,001). Discussion : Les dimensions des maxillaires sont similaires à plusieurs études. En ce qui concerne la mandibule, la croissance est soit plus lente, soit diminuée. Cette observation est plus marquée lorsque l’on s’approche du pic de croissance puisque l’écart par rapport à la normale s’agrandit. On voit une tendance à la croissance hyperdivergente qui pourrait expliquer l’augmentation de la HFI avec l’âge. Le fait que SNA et SNB soient dans la normale pourrait s’expliquer par une diminution de la longueur de la base crânienne. Conclusion : Il n’y a pas de rattrapage de croissance maxillaire et mandibulaire. Les maxillaires restent micrognathes quoique proportionnels l’un envers l’autre et le profil est convexe tout au long de la croissance. La comparaison des données céphalométriques et des traitements orthodontiques avec ceux des patients présentant une fente palatine isolée devrait se faire sous peu. Nous n’avons pas été en mesure d’atteindre nos objectifs concernant l’apnée du sommeil. Une étude prospective serait à prévoir pour y arriver.

Multimodal image fusion of anatomical structures for diagnosis, therapy planning and assistance

This paper provides an overview of work done in recent years by our research group to fuse multimodal images of the trunk of patients with Adolescent Idiopathic Scoliosis (AIS) treated at Sainte-Justine University Hospital Center (CHU). We first describe our surface acquisition system and introduce a set of clinical measurements (indices) based on the trunk's external shape, to quantify its degree of asymmetry. We then describe our 3D reconstruction system of the spine and rib cage from biplanar radiographs and present our methodology for multimodal fusion of MRI, X-ray and external surface images of the trunk We finally present a physical model of the human trunk including bone and soft tissue for the simulation of the surgical outcome on the external trunk shape in AIS.

Validity of a Quantitative Clinical Measurement Tool of Trunk Posture in Idiopathic Scoliosis

STUDY DESIGN: Concurrent validity between postural indices obtained from digital photographs (two-dimensional [2D]), surface topography imaging (three-dimensional [3D]), and radiographs. OBJECTIVE: To assess the validity of a quantitative clinical postural assessment tool of the trunk based on photographs (2D) as compared to a surface topography system (3D) as well as indices calculated from radiographs. SUMMARY OF BACKGROUND DATA: To monitor progression of scoliosis or change in posture over time in young persons with idiopathic scoliosis (IS), noninvasive and nonionizing methods are recommended. In a clinical setting, posture can be quite easily assessed by calculating key postural indices from photographs. METHODS: Quantitative postural indices of 70 subjects aged 10 to 20 years old with IS (Cobb angle, 15 degrees -60 degrees) were measured from photographs and from 3D trunk surface images taken in the standing position. Shoulder, scapula, trunk list, pelvis, scoliosis, and waist angles indices were calculated with specially designed software. Frontal and sagittal Cobb angles and trunk list were also calculated on radiographs. The Pearson correlation coefficients (r) was used to estimate concurrent validity of the 2D clinical postural tool of the trunk with indices extracted from the 3D system and with those obtained from radiographs. RESULTS: The correlation between 2D and 3D indices was good to excellent for shoulder, pelvis, trunk list, and thoracic scoliosis (0.81>r<0.97; P<0.01) but fair to moderate for thoracic kyphosis, lumbar lordosis, and thoracolumbar or lumbar scoliosis (0.30>r<0.56; P<0.05). The correlation between 2D and radiograph spinal indices was fair to good (-0.33 to -0.80 with Cobb angles and 0.76 for trunk list; P<0.05). CONCLUSION: This tool will facilitate clinical practice by monitoring trunk posture among persons with IS. Further, it may contribute to a reduction in the use of radiographs to monitor scoliosis progression.

Noninvasive Clinical Assessment of Trunk Deformities Associated With Scoliosis

Besides the spinal deformity, scoliosis modifies notably the general appearance of the trunk resulting in trunk rotation, imbalance, and asymmetries that constitutes patients' major concern. Existing classifications of scoliosis, based on the type of spinal curve as depicted on radiographs, are currently used to guide treatment strategies. Unfortunately, even though a perfect correction of the spinal curve is achieved, some trunk deformities remain, making patients dissatisfied with the treatment received. The purpose of this study is to identify possible shape patterns of trunk surface deformity associated with scoliosis. First, trunk surface is represented by a multivariate functional trunk shape descriptor based on 3-D clinical measurements computed on cross sections of the trunk. Then, the classical formulation of hierarchical clustering is adapted to the case of multivariate functional data and applied to a set of 236 trunk surface 3-D reconstructions. The highest internal validity is obtained when considering 11 clusters that explain up to 65% of the variance in our dataset. Our clustering result shows a concordance with the radiographic classification of spinal curves in 68% of the cases. As opposed to radiographic evaluation, the trunk descriptor is 3-D and its functional nature offers a compact and elegant description of not only the type, but also the severity and extent of the trunk surface deformity along the trunk length. In future work, new management strategies based on the resulting trunk shape patterns could be thought of in order to improve the esthetic outcome after treatment, and thus patients satisfaction.

Changes in Trunk Appearance After Scoliosis Spinal Surgery and Their Relation to Changes in Spinal Measurements

Study Design Retrospective study of surgical outcome. Objectives To evaluate quantitatively the changes in trunk surface deformities after scoliosis spinal surgery in Lenke 1A adolescent idiopathic scoliosis (AIS) patients and to compare it with changes in spinal measurements. Summary of Background Data Most studies documenting scoliosis surgical outcome used either radiographs to evaluate changes in the spinal curve or questionnaires to assess patients health-related quality of life. Because improving trunk appearance is a major reason for patients and their parents to seek treatment, this study focuses on postoperative changes in trunk surface deformities. Recently, a novel approach to quantify trunk deformities in a reliable, automatic, and noninvasive way has been proposed. Methods Forty-nine adolescents with Lenke 1A idiopathic scoliosis treated surgically were included. The back surface rotation and trunk lateral shift were computed on trunk surface acquisitions before and at least 6 months after surgery. We analyzed the effect of age, height, weight, curve severity, and flexibility before surgery, length of follow-up, and the surgical technique. For 25 patients with available three-dimensional (3D) spinal reconstructions, we compared changes in trunk deformities with changes in two-dimensional (2D) and 3D spinal measurements. Results The mean correction rates for the back surface rotation and the trunk lateral shift are 18% and 50%, respectively. Only the surgical technique had a significant effect on the correction rate of the back surface rotation. Direct vertebral derotation and reduction by spine translation provide a better correction of the rib hump (22% and 31% respectively) than the classic rod rotation technique (8%). The reductions of the lumbar Cobb angle and the apical vertebrae transverse rotation explain, respectively, up to 17% and 16% the reduction of the back surface rotation. Conclusions Current surgical techniques perform well in realigning the trunk; however, the correction of the deformity in the transverse plane proves to be more challenging. More analysis on the positive effect of vertebral derotation on the rib hump correction is needed. Level of evidence III.

Influence of experience and training on dental students’ examination performance regarding panoramic images.

Physician training has greatly benefitted from insights gained in understanding the manner in which experts search medical images for abnormalities. The aims of this study were to compare the search patterns of 30 fourth-year dental students and 15 certified oral and maxillofacial radiologists (OMRs) over panoramic images and to determine the most robust variables for future studies involving image visualization. Eye tracking was used to capture the eye movement patterns of both subject groups when examining 20 panoramic images classified as normal or abnormal. Abnormal images were further subclassified as having an obvious, intermediate, or subtle abnormality. The images were presented in random order to each participant, and data were collected on duration of the participants’ observations and total distance tracked, time to first eye fixation, and total duration and numbers of fixations on and off the area of interest (AOI). The results showed that the OMRs covered greater distances than the dental students (p<0.001) for normal images. For images of pathosis, the OMRs required less total time (p<0.001), made fewer eye fixations (p<0.01) with fewer saccades (p<0.001) than the students, and required less time before making the first fixation on the AOI (p<0.01). Furthermore, the OMRs covered less distance (p<0.001) than the dental students for obvious pathoses. For investigations of images of pathosis, time to first fixation is a robust parameter in predicting ability. For images with different levels of subtlety of pathoses, the number of fixations, total time spent, and numbers of revisits are important parameters to analyze when comparing observer groups with different levels of experience.