Un grand pas dans la recherche sur les articulations

«De toutes les articulations du corps humain, le genou est la plus intéressante», explique Bill Taylor, professeur de biomécanique du mouvement au département des sciences et technologies de la santé. «C'est aussi la plus complexe. L'articulation du genou est soumise à d'énormes accélérations et à d'énormes contraintes, et elle effectue des mouvements très compliqués». Bill Taylor s'est découvert une passion pour le genou il y a une vingtaine d'années. Depuis, son objectif est de comprendre dans les moindres détails le fonctionnement de cette articulation. «Ce n'est qu'ensuite que nous pourrons comprendre pourquoi l'articulation devient parfois raide, pourquoi le cartilage s'épuise ou pourquoi des douleurs apparaissent», explique-t-il.

Pour en savoir plus sur le fonctionnement du genou, Bill Taylor et son équipe utilisent une forme avancée de vidéofluoroscopie, c'est-à-dire l'imagerie des structures squelettiques à l'intérieur du corps humain au moyen de rayons X pulsés. Bill Taylor associe cette technique à une analyse des mouvements du genou à l'aide de marqueurs cutanés, de plaques de force et de mesures de l'activité musculaire. Il y a plus de dix ans, l'Institut de biomécanique de l'ETH Zurich a mis au point un fluoroscope mobile automatisé afin de suivre les mouvements du genou pendant la marche et la montée des escaliers.

Cet appareil à rayons X en forme d'arc est monté sur un robot qui suit les mouvements de l'articulation. Lorsque les paricipantes et participants au test marchaient, l'ensemble de l'appareil se déplaçait avec elles et eux, enregistrant ainsi des images radiographiques mobiles du genou. Ces images bidimensionnelles ont ensuite été utilisées pour créer des reconstructions tridimensionnelles et des modèles anatomiques, y compris les muscles et les ligaments de l'articulation du genou. Cela a permis de montrer le niveau de stress exercé sur les ligaments individuels lors de mouvements spécifiques, ce qui est important pour comprendre comment la douleur se développe.

Dispositif de mesure unique

Bien que l'appareil original fournisse des mesures beaucoup plus précises que les méthodes précédentes, il présente un certain nombre d'inconvénients : les images ne sont prises que dans un seul plan et sont de faible résolution ; de même, en raison de sa conception, seuls les mouvements de marche lents peuvent être étudiés. Bill Taylor et son équipe ont donc décidé de modifier et d'améliorer le dispositif original. Comme l'explique Bill Taylor, leur vision était de «construire un équipement unique, à la pointe de la technologie», qui constituerait la référence, non seulement pour la recherche fondamentale, mais aussi pour l'évaluation clinique de la fonctionnalité du genou. L'objectif était d'apporter des réponses aux questions suivantes : Par où commencer au mieux la rééducation d'une articulation endommagée ? Quand une articulation du genou doit-elle être remplacée ? Et quel est l'implant le mieux adapté à une personne donnée ?

L'approbation d'une demande de subvention auprès du Fonds national suisse de la recherche scientifique a donné le feu vert au développement du nouveau vidéofluoroscope à double plan. Outre une unité d'imagerie bi-planaire innovante, le nouvel appareil est doté de moteurs électriques qui accélèrent extrêmement rapidement, ce qui permet de maintenir le genou dans le champ de vision de l'unité d'imagerie pendant toute la durée d'un cycle de montée d'escalier ou d'autres activités quotidiennes. En outre, l'appareil est capable de suivre le mouvement du sujet à l'aide d'un seul marqueur. Celui-ci est fixé au genou du sujet, mais pas au fluoroscope, ce qui permet au sujet de se déplacer librement.

Les avantages d'un nouvel emplacement

À l'automne 2023, le professeur Taylor et son équipe ont quitté le campus du Hönggerberg pour s'installer dans le nouveau bâtiment du GLC, au centre de Zurich. Le transport et l'assemblage du nouveau fluoroscope ont posé des défis majeurs, et tous deux ont nécessité une longue planification. Pour garantir une fonctionnalité totale et le respect de toutes les règles de sécurité, les fondations en béton du laboratoire, qui se trouve au sous-sol du bâtiment de recherche, ont dû être spécialement conçues et construites pour accueillir l'installation de test de 22 mètres de long.

La proximité de cliniques et d'autres institutions de recherche offre de nombreux avantages. «Nous travaillons en étroite collaboration avec la clinique Schulthess», explique Bill Taylor. «Elle nous a aidés sur un certain nombre de points, notamment pour la conception du nouveau dispositif». Des projets communs sont également en cours avec l'Hôpital universitaire Balgrist, l'Hôpital universitaire de Zurich et le Kantonsspital Baden. Le fluoroscope sera utilisé pour la première fois sur le nouveau site pour réaliser une étude sur des sujets sains. L'objectif est de générer des données de référence qui permettront de mieux comprendre l'état des articulations intactes du genou. Ces données serviront ensuite de référence pour d'autres études, notamment pour un projet en cours d'Innosuisse qui vise à examiner des participantes et participants à l'étude avec des articulations artificielles du genou et à fournir des indications pour le développement futur d'implants.

Cependant, Bill Taylor a déjà plusieurs longueurs d'avance. Il aimerait réduire encore les niveaux de rayonnement déjà faibles de ce processus d'imagerie. Ainsi, la technologie pourrait être utilisée non seulement pour les articulations périphériques telles que le genou, mais aussi pour des parties du corps plus vulnérables telles que l'épaule ou la colonne vertébrale. Les cliniques commencent déjà à manifester leur intérêt.