Un grand pas dans la recherche sur les articulations
On sait étonnamment peu de choses sur le fonctionnement du genou. Bill Taylor, professeur à l'ETH, veut changer cela : avec une technologie unique et une installation expérimentale de 22 mètres de long.
"Le genou est l'articulation la plus passionnante et en même temps la plus complexe du corps humain",dit Bill Taylor, professeur de biomécanique du mouvement au Département des sciences et technologies de la santé. "Il y a d'énormes accélérations, des schémas de mouvements complexes et des charges élevées". Il s'est découvert une passion pour cette articulation il y a 20 ans déjà. Et il s'est fixé l'objectif ambitieux de comprendre pleinement le fonctionnement du genou : "Ce n'est que lorsque nous savons comment l'articulation est sollicitée et quels sont les schémas de mouvement existants que nous pouvons comprendre pourquoi une articulation se raidit, pourquoi le cartilage se dégrade ou pourquoi des douleurs apparaissent".
Pour comprendre le fonctionnement du genou, Bill Taylor et son équipe utilisent une technologie perfectionnée de vidéofluoroscopie. La fluoroscopie consiste à visualiser les structures squelettiques du corps humain à l'aide de rayons X pulsés. Taylor combine cette méthode avec l'analyse des mouvements au moyen de marqueurs cutanés, de plaques de mesure de la force ainsi que de la mesure de l'activité musculaire. Pour pouvoir suivre le genou pendant la marche et la montée des escaliers, l'Institut de biomécanique de l'ETH Zurich a développé il y a plus de dix ans un fluoroscope mobile automatisé. L'appareil radiographique en forme d'arc était monté sur un robot qui suivait les mouvements de l'articulation. Lorsqu'un sujet marchait, l'ensemble de l'appareil se dépla?ait avec lui et prenait des radiographies du genou en mouvement. Les images bidimensionnelles permettent ensuite de créer des reconstructions tridimensionnelles et des modèles anatomiques avec les muscles et les ligaments du genou. On peut ainsi voir quels ligaments sont sollicités et avec quelle intensité lors de quel mouvement, ce qui est à son tour important pour comprendre l'origine des douleurs.
Une unité de mesure unique
Bien que cet appareil original ait permis des mesures beaucoup plus précises que les méthodes précédentes, des faiblesses sont également apparues : Les images n'étaient prises que dans un seul plan avec une faible résolution et, en raison de sa construction, seule la marche lente pouvait être étudiée. C'est pourquoi Taylor et son équipe veulent continuer à développer l'appareil. Leur vision : "Nous voulons construire une unité de mesure unique à la pointe de la technologie", explique Taylor. Celle-ci doit établir l'étalon-or - non seulement pour la recherche fondamentale, mais aussi pour l'évaluation clinique de la fonctionnalité du genou. De nombreuses questions se posent ici : où faut-il commencer la rééducation d'une articulation endommagée ? Quand faut-il remplacer une articulation et quel est l'implant le mieux adapté à la personne concernée ?
"Le genou est l'articulation la plus passionnante et en même temps la plus complexe du corps humain".Bill Taylor
L'approbation d'une demande de subvention par le Fonds national suisse a donné le coup d'envoi au développement du nouveau vidéo-fluoroscope à double plan. Outre l'unité d'imagerie innovante à deux plans, le nouvel appareil dispose de moteurs électriques qui accélèrent extrêmement rapidement et peuvent ainsi maintenir le genou dans le champ de vision de l'unité d'imagerie, par exemple en montant des escaliers. De plus, l'appareil de suivi se déplace sur la base d'un seul marqueur, fixé sur le genou du sujet sans être relié au fluoroscope, ce qui permet au sujet de se déplacer librement.
Un nouveau site apporte des avantages
En automne 2023, Taylor et son équipe ont quitté leur ancien site du campus du H?nggerberg pour s'installer dans le nouveau b?timent GLC de l'ETH, au centre de Zurich. Le transport et l'installation du nouveau fluoroscope ont représenté un grand défi et ont nécessité une longue planification. Afin de garantir le plein fonctionnement du système et de respecter toutes les règles de sécurité, les fondations en béton du laboratoire dans le sous-sol du b?timent de recherche ont d? être con?ues et construites spécialement pour l'installation expérimentale de 22 mètres de long.
Avec le Nouveau b?timent au Gloriarank (GLC) l'ETH Zurich crée dans le quartier des hautes écoles Zurich-centre un b?timent moderne de développement et de laboratoires qui réunit l'enseignement, la recherche et la traduction dans les domaines de la santé, de la médecine et de la technique médicale. La réalisation a été rendue possible gr?ce à une donation généreuse de la fondation M?xi.
La proximité des cliniques et autres instituts de recherche apporte de nombreux avantages à Bill Taylor : "Nous travaillons très étroitement avec la clinique Schulthess, qui nous a notamment aidés à construire le nouvel appareil", ainsi qu'avec l'H?pital universitaire de Balgrist, l'H?pital universitaire de Zurich et l'H?pital cantonal de Baden pour des projets communs. Le fluoroscope sera utilisé pour la première fois sur le nouveau site pour une étude avec des volontaires sains - dans le but de développer des données standard sur l'état des genoux intacts. Celles-ci serviront plus tard de références pour d'autres études, par exemple pour un projet Innosuisse en cours qui examinera des participants à l'étude avec des genoux artificiels et qui devrait fournir des connaissances pour le développement futur d'implants.
Mais Bill Taylor voit déjà beaucoup plus loin : il aimerait réduire encore davantage les valeurs de rayonnement déjà faibles des appareils d'imagerie. Ainsi, la technologie pourrait être appliquée non seulement aux articulations périphériques comme le genou, mais aussi à des parties du corps plus sensibles comme l'épaule ou la colonne vertébrale. Les premières cliniques font déjà part de leur intérêt.
A propos de la personne
Bill Taylor est professeur de biomécanique du mouvement au Département des sciences et technologies de la santé de l'ETH Zurich.
