Phénotypage en prothétique du genou

En Allemagne, environ 20 millions de personnes souffrent de problèmes au genou, dont beaucoup d’arthrose. Pour une partie de ces patients, une prothèse du genou s’avère nécessaire afin de réduire la douleur et de rétablir la mobilité. Les concepts modernes tels que le phénotypage vont au-delà de l’alignement standard classique : le genou est évalué en fonction de son identité anatomique individuelle et la prothèse est alignée de manière personnalisée en conséquence, ce qui se traduit par un fonctionnement plus naturel et une plus grande satisfaction.

« Chaque genou possède sa propre identité, à l’instar d’une empreinte digitale. Il est formé, aligné et marqué biologiquement de manière individuelle. C’est précisément là qu’intervient le phénotypage : il rompt avec l’approche standard antérieure, dans laquelle les prothèses et les incisions étaient alignées sur un genou moyen. L’alignement mécanique classique visait à amener chaque jambe sur un axe neutre. Pour cela, des incisions standardisées à 90 degrés étaient pratiquées au niveau de la cuisse et du mollet, que la personne ait à l’origine une jambe droite, des jambes en O prononcées ou des jambes en X. Cette uniformisation entraînait inévitablement des différences de tension ligamentaire et de stabilité, car l'anatomie individuelle n'était pas prise en compte. Avec le perfectionnement des matériaux, en particulier des plastiques plus stables et plus résistants, il est devenu possible de s’orienter davantage vers l’anatomie naturelle du patient. Cela permet aujourd’hui de choisir d’autres angles de coupe qui correspondent mieux au genou de chaque individu. Le développement de cette approche personnalisée a commencé il y a environ sept à huit ans. Le concept des phénotypes ne considère pas seulement le genou du point de vue de ses axes, mais comme une unité fonctionnelle complète – incluant l’alignement, la tension ligamentaire et les particularités anatomiques. L’orthopédie s’éloigne ainsi d’une médecine de la moyenne pour s’orienter vers des soins véritablement individuels. « Le grand avantage : les incisions osseuses s’adaptent mieux à l’anatomie naturelle, ce qui nécessite moins d’ajustements de la tension ligamentaire et conduit à une plus grande stabilité ainsi qu’à une sensation plus naturelle au niveau du genou », explique le Prof. Dr Hirschmann au début de notre entretien.

Les paramètres cliniques les plus fiables pour déterminer le phénotype du genou sont ceux qui reflètent l’axe naturel de la jambe, la tension ligamentaire, la géométrie de l’espace articulaire et la cinématique fonctionnelle du genou. Ils sont recueillis en préopératoire grâce à une combinaison d’examen clinique, d’imagerie diagnostique et d’analyse fonctionnelle, et permettent une classification précise du type de genou individuel.

« Le diagnostic a considérablement évolué pour la planification personnalisée d’une prothèse du genou. Aujourd’hui, il est essentiel de ne plus se limiter à des informations bidimensionnelles. Une radiographie de la jambe entière fait certes toujours partie de la norme, mais elle ne fournit qu’une image en deux dimensions. Or, le genou ayant une forme tridimensionnelle, il faut également disposer de données tridimensionnelles. C’est pourquoi on réalise par exemple un scanner en position debout – une tomodensitométrie sous contrainte. Ces clichés fournissent des informations sur la stabilité, l’alignement et la forme spatiale réelle du genou. Sur la base de ces données, deux options s’offrent à nous : soit on utilise une prothèse standard, disponible en différentes tailles et dont l'alignement est adapté individuellement à l'anatomie du patient ; soit on fabrique une prothèse de genou entièrement personnalisée. Dans ce cas, les données de tomodensitométrie sont transmises au fabricant, qui produit à partir de celles-ci à la fois la prothèse et les blocs de coupe spécifiques au patient. Ce procédé reproduit l’anatomie individuelle avec une grande précision. Parallèlement, la robotique moderne permet également une personnalisation très précise. Ici aussi, le tracé de la coupe et l’orientation peuvent être adaptés exactement à l’anatomie personnelle – mais avec une prothèse standard disponible en dix à douze tailles. « Ces deux approches poursuivent le même objectif : une prothèse parfaitement ajustée et anatomiquement cohérente, qui se rapproche le plus possible du genou individuel », explique le Prof. Dr Hirschmann.

Prothèse du genou._Rama, CC BY-SA 2.0 FR

La détermination du phénotype individuel du genou modifie l’ensemble du processus pour le patient, car le diagnostic, la planification et le positionnement de l’implant sont nettement plus précis et plus personnalisés. 

« En chirurgie du genou assistée par robot, un élément a surtout changé : pendant l’opération, on dispose de beaucoup plus d’informations qu’auparavant. Avant l’intervention, la planification repose généralement sur une radiographie de la jambe entière, c’est-à-dire une image en deux dimensions. Cela permet d’évaluer correctement l’extension, mais la flexion est très individuelle – et c’est précisément là que la robotique fournit des données supplémentaires décisives. Le robot mesure plus précisément la tension ligamentaire en flexion et permet de l’adapter de manière optimale à l’anatomie du patient pendant l’opération. Le grand avantage réside dans le fait que les informations sont obtenues non seulement à l’avance, mais aussi directement en salle d’opération. Le chirurgien peut réagir à ces données et évaluer la stabilité du genou en temps réel. Dans le cadre d’une approche purement conventionnelle sans assistance robotique, ces informations font défaut – en particulier celles concernant l’espace de flexion et la stabilité à cet endroit. La robotique permet ainsi un traitement nettement plus personnalisé, plus précis et mieux adapté sur le plan fonctionnel », souligne le Prof. Dr Hirschmann, avant d’ajouter :

« Dans le cas des opérations de révision – c'est-à-dire lorsqu'une prothèse du genou est déjà en place et doit être remplacée pour des raisons d'âge ou en raison d'un problème –, il n'existe actuellement pas de prothèses fabriquées sur mesure. Cependant, des premières initiatives visent à utiliser la robotique dans ce domaine également, afin de pouvoir réaliser des révisions de manière moins invasive. Pendant l’intervention, le robot, ou plutôt le système de navigation, fournit des informations supplémentaires sur l’orientation et la tension ligamentaire de l’implant existant. À l’avenir, ces données pourraient permettre de ne plus avoir à retirer l’ensemble de la prothèse, mais seulement d’en remplacer certains composants. Ce serait nettement moins traumatisant pour le patient. Ces développements n’en sont toutefois qu’à leurs débuts. L’objectif à long terme est de prolonger la durée de vie des prothèses, de ne remplacer que les parties concernées et d’obtenir un réglage plus précis grâce à la robotique.

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Le phénotype individuel du genou influence à la fois le positionnement de l’implant et l’équilibre ligamentaire peropératoire, car il détermine quelles caractéristiques anatomiques et fonctionnelles du genou doivent être préservées et non corrigées. Un phénotype varus, valgus, « lax » ou « tight » décrit respectivement un schéma fonctionnel spécifique du genou, qui résulte de trois caractéristiques interdépendantes : l’axe de la jambe, la forme et l’inclinaison de l’espace articulaire, ainsi que la tension des ligaments environnants. Ces caractéristiques n’apparaissent pas isolément, mais forment des combinaisons stables, typiques de chaque phénotype. Un phénotype varus présente par exemple une tendance aux jambes en O, un espace articulaire plus étroit en extension et une tension plus élevée des structures ligamentaires internes, tandis qu’un phénotype valgus présente plutôt un axe en X, en extension une ouverture latérale et une sollicitation plus importante du côté des ligaments externes. Un phénotype « laxiste » se caractérise par une plus grande capacité d’ouverture et un guidage ligamentaire plus souple, tandis qu’un phénotype « tendu » présente des ligaments tendus et un espace articulaire étroit et peu souple. Il est essentiel de noter que ces combinaisons influencent le comportement en mouvement et la stabilité du genou, et déterminent ainsi la manière dont un genou doit être aligné chirurgicalement ou reconstruit par prothèse.

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Il existe désormais des preuves de plus en plus nombreuses, mais pas encore définitivement consolidées, selon lesquelles un alignement proche du phénotype ou basé sur celui-ci est associé à de meilleurs résultats fonctionnels et à une plus grande satisfaction – surtout lorsque le phénotype d’origine n’est pas « forcé » de s’adapter à un schéma mécaniquement neutre. 

Le Prof. Dr Hirschmann commente à ce sujet : « Les données disponibles montrent que les différences en termes de durée de vie ne peuvent être évaluées de manière fiable qu’après environ 15 ans au plus tôt – et ce sont précisément ces longues périodes qui ne sont pas encore suffisamment couvertes par la chirurgie robotique. On part toutefois du principe que les systèmes robotiques aident à éviter ce qu’on appelle les « outliers », c’est-à-dire les positionnements d’implants qui s’écartent de l’idéal prévu parce que certains détails anatomiques n’ont pas été enregistrés avec précision en peropératoire. Si de tels écarts se produisent moins fréquemment, la durée de vie des implants devrait s’améliorer à long terme et les taux de révision diminuer. Ce raisonnement est logique et largement partagé par les spécialistes, mais les données actuelles ne sont pas encore suffisantes pour le confirmer sans ambiguïté. Les données issues de registres australiens montrent déjà des avantages pour les prothèses partielles, sans toutefois pouvoir démontrer jusqu’à présent une différence significative en termes de durée de vie à long terme. Dans l’ensemble, on peut dire que les résultats obtenus jusqu’à présent sont prometteurs, mais que des données à long terme encore plus fiables sont nécessaires », et il ajoute :

« L'alignement personnalisé de l'articulation du genou permet effectivement d'observer une récupération plus favorable – moins en raison de la prothèse elle-même qu'en raison, surtout, d'un alignement plus précis et d'une meilleure orientation des ligaments. Ce qui est déterminant, c’est que le phénotypage permet de respecter le type d’articulation individuel, qu’il s’agisse d’une prothèse standard ou sur mesure. Moins on s’écarte de l’anatomie naturelle, plus l’adaptation est facile pour le corps. Une personne ayant vécu pendant des décennies avec des jambes en X ressentira une gêne nettement plus importante si sa jambe est soudainement redressée complètement. En revanche, si un léger X persiste, cela correspond davantage à la statique habituelle et assure une plus grande stabilité. Pour les tissus mous, cela signifie un processus d’adaptation plus court, et c’est exactement ce que ressentent les patients : moins de changement, moins d’irritation, une récupération fonctionnelle plus rapide. L’alignement personnalisé contribue ainsi de manière tangible à une évolution plus favorable de la guérison – notamment en vue de l’objectif « Back to Sports ».

Dans les cas complexes tels que les révisions, les déformations post-traumatiques ou les insuffisances ligamentaires, la phénotypisation ne peut pas être simplement transposée « à l’identique », mais elle reste très précieuse en tant que cadre conceptuel. Contrairement à la prothèse de genou primaire, l’accent n’est pas tant mis ici sur la reconstruction exacte du phénotype d’origine, mais plutôt sur une approche orientée vers le phénotype compte tenu des contraintes anatomiques et des limitations des tissus mous. Le point de départ est toujours la question suivante : à quoi ressemblait probablement le genou à l’origine – et qu’est-ce qui peut encore être reconstruit de manière raisonnable et sûre dans les conditions actuelles ?

« En examinant de plus près l’articulation du genou, on constate qu’il existe bel et bien des situations dans lesquelles un alignement personnalisé n’est pas judicieux. Certaines déformations sont considérées comme clairement pathologiques – par exemple un genu varum prononcé, qui est fonctionnellement défavorable et que l’on ne souhaite pas simplement reconstruire. Dans de tels cas, on procède à une correction délibérée, c’est-à-dire à une personnalisation ajustée, afin d’obtenir une articulation fonctionnelle et stable. L’objectif n’est jamais de rétablir des pathologies, mais de créer un environnement biomécanique viable. Plusieurs facteurs jouent ici un rôle : la qualité osseuse, l’ampleur de la déviation de l’axe et la stabilité ligamentaire. Si, par exemple, les ligaments interne ou externe sont insuffisants, on ne peut pas simplement reprendre la position d’origine, car sinon l’articulation ne fonctionnerait pas de manière stable. De même, un os très friable et ostéoporotique peut rendre certaines orientations – comme un genou en O résiduel – inadaptées, car la prothèse ne serait pas ancrée de manière fiable dans cet os. L'âge en lui-même ne joue en revanche pas de rôle déterminant. Ce qui est déterminant, c’est la résistance de l’os et la question de savoir si les structures anatomiques permettent une stratégie de reconstruction ou plutôt de correction. Il en résulte une logique claire : oui à la personnalisation – mais uniquement là où elle est judicieuse sur le plan biomécanique et stable à long terme », constate le Prof. Dr Hirschmann.

La chirurgie personnalisée du genou impose des exigences élevées à la clinique, à l’équipe et au chirurgien – non seulement sur le plan technique, mais surtout sur le plan conceptuel. Quiconque souhaite mettre en œuvre cette approche à un haut niveau doit avoir une compréhension approfondie de la manière dont l’anatomie individuelle, les relations fonctionnelles et les décisions opératoires s’imbriquent les unes dans les autres.

« La clinique doit fournir des efforts considérables pour pouvoir proposer une chirurgie du genou personnalisée de haut niveau. Pour le chirurgien, cela signifie avant tout comprendre en détail les principes biomécaniques sous-jacents : quel alignement conduit à quel résultat fonctionnel, quelle adaptation est judicieuse, laquelle ne l’est pas. Ceux qui viennent de la prothétique standard classique doivent d’abord s’imprégner de cette façon de penser – car la personnalisation exige une compréhension nettement plus nuancée de l’anatomie individuelle et de ses conséquences en salle d’opération. Cela implique également d’observer les procédures chez des collègues expérimentés et de comprendre la logique qui sous-tend leurs décisions. Le défi réside moins dans l’exécution technique que dans le travail de réflexion préalable : il faut savoir où l’on souhaite « aller » sur le plan opératoire. Autrefois, c’était simple : chaque prothèse était placée dans la même position cible. Aujourd’hui, la position cible dépend du genou de chaque patient, ce qui rend la prise de décision plus complexe. Sur le plan technique, des travaux sont en cours pour simplifier ce processus – par exemple grâce à l’assistance robotique et à des systèmes basés sur l’IA qui fonctionnent comme un appareil de navigation en salle d’opération. Les premiers développements montrent qu’à l’avenir, des algorithmes pourraient indiquer étape par étape quel ajustement est pertinent pour quel phénotype. Mais jusqu’à ce que ces systèmes soient pleinement établis, la plus grande exigence reste la précision conceptuelle du chirurgien : « Seul celui qui comprend vraiment les interrelations peut pratiquer la chirurgie personnalisée de manière sûre et cohérente », souligne le Prof. Dr Hirschmann, qui explique les étapes nécessaires avant qu’un chirurgien puisse poser une prothèse sur mesure :

« Le parcours menant à la première opération personnalisée du genou peut être décrit comme un processus d’apprentissage et de formation en plusieurs étapes. Il est essentiel que l’intervention ne soit pratiquée sur le patient qu’une fois que l’ensemble du concept a été véritablement compris en profondeur – sur le plan biomécanique, technique et en ce qui concerne les conséquences de chaque alignement. La première étape consiste à se familiariser avec les bases : publications scientifiques, études de cas, principes de l’alignement personnalisé. Vient ensuite la phase de simulation. Des modèles basés sur la tomodensitométrie permettent de comprendre comment différents alignements agissent sur les axes, les tensions ligamentaires et les séquences de mouvement. Ces programmes constituent un élément central, car ils affinent la compréhension des relations de cause à effet. L'étape suivante consiste à suivre des cours dispensés par les fabricants de prothèses – d'abord sur des os artificiels, puis sur des cadavres. Ce n'est qu'une fois ces étapes maîtrisées avec assurance que l'on passe à l'observation en salle d'opération aux côtés de collègues expérimentés. La première opération réalisée par le chirurgien lui-même n’est alors délibérément pas d’une complexité maximale, mais comporte une « légère » personnalisation, qui peut être augmentée au fur et à mesure que la confiance et la routine s’installent.

La diffusion des prothèses de genou personnalisées dépend fortement de la manière dont on définit la personnalisation. En Allemagne, les alignements mécaniques classiques ou standardisés continuent de dominer : ils représentent toujours environ 60 à 70 % de toutes les implantations. Néanmoins, ce rapport évolue d’année en année. 

Le Prof. Dr Hirschmann précise : « L’orientation personnalisée gagne sensiblement en dynamisme, car de plus en plus de chirurgiens reconnaissent qu’elle est judicieuse sur le plan biomécanique et qu’elle apporte des avantages fonctionnels à de nombreux patients. Il y a des raisons compréhensibles pour lesquelles ce changement ne s’opère pas plus rapidement. De nombreux chirurgiens expérimentés, qui pratiquent l’orientation mécanique depuis des décennies, ne changent plus de méthode au cours de leurs dernières années de carrière – non par refus, mais parce que la transition prend du temps et exige une compréhension approfondie des nouveaux concepts. La croissance provient donc principalement de la jeune génération, qui est déjà formée aux concepts personnalisés et les intègre naturellement dans sa pratique. Il en résulte une transition continue, mais en aucun cas brutale. Parallèlement, le comportement des patients évolue également. Grâce aux recherches sur Internet, aux témoignages et à la recherche d’informations assistée par l’IA, beaucoup sont aujourd’hui nettement mieux informés. Ils vérifient qui propose quelle méthode et recherchent spécifiquement des centres qui appliquent des procédures personnalisées. Dans le même temps, le bouche-à-oreille classique reste un facteur central : les patients satisfaits amènent leurs amis et leurs connaissances, tandis que d’autres viennent spécialement de plus loin parce qu’ils ont découvert en ligne l’expertise correspondante.

Les développements actuels se concentrent encore fortement sur l’alignement global de l’articulation du genou, c’est-à-dire sur le réglage précis des axes et l’orientation correcte. Dans le même temps, de nombreux éléments indiquent que les prochaines avancées majeures iront bien au-delà. 

« Le mouvement de la rotule, en particulier, fait l’objet d’une attention accrue – non seulement en tant que structure statique, mais aussi en tant que processus dynamique qui doit être capté et compris pendant le mouvement. Le domaine s’oriente ainsi de plus en plus vers les jumeaux numériques, c’est-à-dire des représentations numériques de l’articulation du genou individuelle, qui permettent de simuler l’impact de certaines décisions chirurgicales sur la cinématique ultérieure. De tels modèles pourraient montrer quels mouvements se produisent lorsque des composants sont positionnés d’une certaine manière. C'est précisément dans cette direction que le développement va se poursuivre, et c'est ce qui rend la phase actuelle particulièrement passionnante. Beaucoup de choses sont en train de voir le jour, d'autres devront encore faire leurs preuves lorsqu'elles seront mises en pratique en milieu clinique, mais la dynamique est énorme et ouvre de nouvelles possibilités. « À Bâle, environ 120 opérations de remplacement et quelque 250 opérations primaires sont actuellement réalisées chaque année – un chiffre particulièrement élevé pour la Suisse », souligne le Prof. Dr Hirschmann à la fin de notre entretien.

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• Chirurgien de genou de renommée internationale, spécialiste en endoprothèse et révisions
• Pionnier du phénotypage : alignement spécifique au patient, prothèses 3D, robotique
• Large éventail d’interventions chirurgicales : ménisque, ligament croisé, cartilage, ostéotomies, prothèses partielles et totales
• Expert en douleurs post-prothétiques du genou avec un concept de diagnostic et de traitement standardisé
• Grande visibilité scientifique : >450 publications, distinctions internationales
• Rôle de premier plan au sein d'associations professionnelles : ancien président de la Personalized Arthroplasty Society, membre du comité directeur de la DKG et de l'ESSKA
• Professeur clinique d'orthopédie et de biomécanique à l'Université de Bâle
• Médecin-chef et directeur du Centre universitaire de l'appareil locomoteur et de la Clinique universitaire d'orthopédie et de traumatologie
• Renforce le KSBL en tant que centre d'excellence