Pour les personnes ayant un déficit important à la mobilité, le fauteuil représente souvent leur principal moyen de locomotion. Le positionnement dans le fauteuil doit optimiser la santé et la motilité de l'individu. Le bassin est la première structure à orienter car il influence directement l'alignement des autres segments corporels. Des changements de posture (repositionnement) doivent également être effectués régulièrement afin de soulager les zones corporelles soumises à de fortes pressions. Pour les personnes incapables de modifier seules leur posture, l'utilisation de mécanisme de repositionnement, tels que les systèmes de bascule et de dossier, est alors recommandée. Ces systèmes permettent entre autres de redistribuer les pressions entre l'usager et le fauteuil, mais peuvent parfois entraîner une instabilité corporelle.

Certaines études ont évalué les effets de la variation des angles de bascule et de dossier sur l'orientation 2D du bassin;​ peu d'études ont analysé les changements d'orientation 3D du bassin. Des techniques non effractives, moins coûteuses et plus faciles d'utilisation que les techniques d'imagerie médicale, sont souvent utilisées pour analyser des repères anatomiques externes. Toutefois, les résultats peuvent être influencés par l'épaisseur des tissus mous, qui entraînent des différences entre la position des repères internes et externes et influencent les résultats ;​ ce sont les artefacts dus aux tissus mous. Ces derniers ne sont généralement pas pris en compte;​ peu de relations existent entre les repères pelviens internes et externes, particulièrement pour une position assise.

En tenant compte de la littérature, une hypothèse clinique est posée :​ la modification des angles de bascule et de dossier entraîne des changements de position au niveau du bassin osseux (interne) différents de ceux imposés. Cette hypothèse implique que l'orientation du bassin doit systématiquement être évaluée lors d'un positionnement. Sachant que les résultats obtenus par les techniques d'acquisition externe peuvent être influencés par les tissus mous, une hypothèse technique est posée:​ il existe des relations entre les repères pelviens internes et externes, en position assise statique. Ces relations dépendent de la technique utilisée (numérisation ou marquage cutané) et de données anthropométriques telles que l'épaisseur du pli cutané et l'indice de masse corporelle (IMC). L'objectif général du projet est de déterminer l'orientation relative du bassin osseux (interne) par rapport à des mesures externes prises soit sur le fauteuil (angles de dossier et d'assise) soit sur des repères cutanés pelviens chez des usagers de fauteuil roulant. Trois objectifs spécifiques peuvent être élaborés :​ 1- évaluer les changements de position du bassin osseux lors de la modification des angles siège-dossier et de bascule, 2- déterminer les différences et les corrélations entre les repères pelviens internes et externes, dans un contexte de repositionnement, et 3- élaborer des relations mathématiques entre les repères pelviens internes et externes, en tenant compte des données anthropométriques.

Une première méthode a été développée afin de répondre aux deux premiers objectifs spécifiques. L'imagerie par résonance magnétique (IRM) a été utilisée pour modéliser en 3D le bassin entier de blessés médullaires, en position couchée;​ différents repères ont été identifiés sur les images. Par la suite, des images échographiques des crêtes du bassin ont été acquises pour chaque patient en quatre positions assises, combinant des angles de bascule et siège-dossier différents. Des diodes infrarouges fixées sur la sonde échographique et liées au localisateur 3D Optotrak™ ont permis de repérer les images dans l'espace. Le contour osseux a été segmenté sur chaque image, afin d'obtenir un ensemble de courbes sur lesquelles le modèle pelvien IRM a ensuite été recalé;​ de ce fait, le bassin 3D a été représenté en différentes positions assises. Un pointeur lié au localisateur a également été utilisé afin de numériser des repères pelviens externes.

Les résultats ont démontré (article 1) que l'augmentation de l'angle siège-dossier (52°) n'est pas équivalente à celle de la bascule pelvienne interne (20°). Les changements de posture imposés ont entraîné un déplacement du bassin par rapport à l'assise, pouvant être à l'origine de forces de cisaillement ou de friction, non mesurées dans ce projet, liées à la formation d'escarres. Cette étude a mis en évidence l'importance d'une modélisation 3D du bassin pour en évaluer le déplacement global. Les résultats ont démontré (article 2) qu'il existe des différences significatives parfois importantes entre les coordonnées des repères internes et externes (selon l'orientation du fauteuil, 25-34 mm pour les épines iliaques antéro-supérieures EIAS et 72-96 mm pour le sommet des crêtes iliaques SCrI);​ ces dernières sont dues à l'épaisseur des tissus mous mais également à l'identification différente des repères selon l'orientation du bassin (position couchée ou assise). Des corrélations significatives ont néanmoins été observées entre les coordonnées des repères internes et externes. Ces corrélations impliquent que des relations entre la position des repères internes et externes peuvent être élaborées.

Une seconde méthode a donc été développée afin d'acquérir la géométrie interne et externe du bassin dans la même posture, et approfondir les relations internes-externes pour les EIAS et SCrI chez des usagers de fauteuils roulants de handicaps divers, en tenant compte des données anthropométriques (pli cutané, IMC). Une approche stéréoradiographique a été utilisée pour obtenir la géométrie pelvienne interne. Deux techniques d'acquisition externe ont été utilisées :​ 1- localisateur 3D mécanique pour numériser les repères, 2- marqueurs radio-opaques collés sur la peau au niveau des repères, puis reconstruits par stéréoradiographie. Cette expérimentation a permis de développer, pour chaque technique externe, différents modèles statistiques entre les coordonnées des repères internes et externes (r ≥ 0.64). Ces modèles permettent donc d'obtenir la position des repères internes à partir des repères externes. Des études ultérieures, sur une population présentant une plus grande variabilité d'IMC et de pli cutané, sont néanmoins nécessaires afin de pouvoir confirmer les modèles développés.

Ce projet est l'un des premiers à utiliser des techniques 3D novatrices d'imagerie médicale pour l'étude du positionnement assis, et a permis de parer à certaines limites identifiées dans la littérature, en caractérisant l'orientation 3D du bassin osseux dans un contexte de repositionnement chez des usagers de fauteuil roulant et en développant des relations internes-externes pour les repères pelviens. De futures recherches sont nécessaires afin de valider les modèles établis ;​ ces derniers permettront de développer une méthode complète pour caractériser de façon précise et non effractive l'orientation du bassin, et ainsi optimiser le positionnement des usagers dans leur fauteuil roulant.

For people with reduced mobility, the wheelchair is often their main means of locomotion. The positioning in the wheelchair should optimize the person's health, safety, motion and interaction with the environment. The pelvis is the first structure to position;​ it supports the weight of the trunk and arms, and influences directly the postural alignment of all anatomical segments. An inadequate positioning may cause numerous health problems and deformities. Furthermore, postural changes (or repositioning) must be performed frequently to relieve body structures subject to high pressure. For people unable to perform alone these changes, the wheelchair's repositioning mechanism (such as the system tilt or seat-to-back angles) can be used. However, these systems may cause the body to become unstable.

In the literature, studies have focused on the pelvis' postural changes observed with the modification of the system tilt or seat-to-back angle. However, these studies only evaluate in general the 2D postural changes in the sagittal plane;​ few studies have analyzed the 3D changes in the pelvis' orientation. Furthermore, most studies use non- invasive techniques, which are less costly and easier to use compared to medical imaging techniques, to study external landmarks. However, the results obtained can be influenced by the soft tissue thickness, creating artefacts generally not taken into account. Few studies have been conducted on the relationships between internal and external pelvic landmarks, particularly for the seated posture of wheelchair users.

In regards to the literature, a clinical hypothesis can be stated:​ the modifications of the system tilt and seat-to-back angles are not equal to the postural changes of the pelvis. This hypothesis implies that the pelvis' orientation should be evaluated for every seated posture. Knowing that soft tissue artefacts influence the results obtained by techniques based on external landmarks, a technical hypothesis is stated:​ relationships exist between internal and external pelvic landmarks, for a static seated posture. These relationships depend on the external acquisition method used (digitization of landmarks or use of skin markers) and on anthropometric data such as the body mass index (BMI) or the skinfold thickness at the landmarks' loci. The general objective of the project is to determine the internal pelvic bone orientation and position from external data acquired either on the wheelchair (tilt and seat-to-back angles) or by pelvic skin landmarks, on wheelchair users. Three specific objectives can be elaborated:​ 1- evaluate the postural changes of the pelvic bone under modifications of the system tilt and seat-to-back angles, 2- determine the differences and correlations between internal and external pelvic landmarks, in different seated positions, and 3- develop the relationships between the internal and external pelvic landmarks, with regards to anthropometric data (BMI and skinfold thickness).

An approach was developed to fulfill the first two specific objectives. Magnetic resonance imaging (MRI) was used to obtain 3D models of spinal-cord injured subjects' pelvis, in a supine posture;​ different pelvic landmarks were identified on the images. Afterwards, ultrasound images of the pelvis' crests were acquired for each patient in different seated positions, combining different system tilt and seat-to-back angles. The ultrasound probe was equipped with infrared leds linked to the 3D localizer Optotrak™ therefore, the ultrasound images could be located in the 3D space. The bone contours were extracted on each image to obtain a modelisation of the pelvic crests for each position. Surface based registration algorithms were applied between the MRI and ultrasound models;​ hence, the whole MRI pelvic model, obtained in a supine posture, was transferred into the seated postures. Furthermore, a digitizer linked to the 3D localizer was used to identify external pelvic landmarks.

The first results (article 1) showed that the increase in the seat-to-back angle (52°) is not equal to the increase in the internal pelvic tilt angle (20°). The pelvis shows a displacement along the seat with the modification of the system tilt or seat-to-back angles. This displacement can create shear forces and friction, not measured in this project, which can cause pressure ulcers. Second results (article 2) revealed that the external landmark coordinates are generally significantly significantly different than the corresponding internal ones (depending on the wheelchair configurations, 25-34 mm for the antero-superior iliac spine ASIS, 72-96 mm for the apex of the iliac crest AICr). These differences are notably due to different identifications of the landmarks depending on the orientation of the pelvis :​ a supine posture for the internal landmarks, and seated postures for the external landmarks. Correlations were shown between the internal and external landmark coordinates, implying that relationships can be developped between the two in another study.

A second approach was developed in order to acquire the internal and external pelvic geometry in the same seated posture, and hence elaborate internal-external relationships for the ASIS and AICr. A 3D radiographic reconstruction method was used to obtain the internal pelvic landmarks, on patients with different handicaps. Two techniques were used to acquire the external data:​ 1- a 3D mechanical localizer to digitize the landmarks, 2- skin markers, visible on the X-rays and afterwards reconstructed, placed over pelvic landmarks. The skinfold thickness at the landmarks' loci and the BMI were measured. From this experiment, statistical models were developed between the internal and external landmarks (r ≥ 0.64), for each external acquisition techniques. These models can be used to determine the internal location of pelvic landmarks from the corresponding external ones. Further studies must be conducted, on a population showing a larger variability in soft tissue thickness and BMI, to validate the models.

This project is one of the first to use innovative 3D imaging techniques to study the seated posture, and deal with the limits found in the literature, by characterizing the pelvic bone's 3D orientation with wheelchair users in different seated postures and developping relationships between the internal and external pelvic landmarks. Hence, valuable information was obtained. Further research is still needed to validate the models and afterwards develop a complete non-invasive and precise method for the evaluation of the pelvis' orientation, and hence optimize the seated posture of wheelchair users.