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Outils pour la réalisation d’orthèses plantaires

Dr Jacques Parier (Médecine physique et réadaptation, clinique Maussins Nollet), Paris Christophe Salamon (Podologue, Insep, Paris) Jérôme Moro (Podologue, Stade Français Rugby)

Une orthèse est un appareillage qui compense une fonction absente ou déficitaire, assiste une structure articulaire ou musculaire et/ou stabilise un segment corporel pendant une phase de réadaptation ou de repos. Elle diffère donc de la prothèse, qui remplace un élément manquant. Pour la correction posturale, statique ou dynamique d’une fonction absente ou déficitaire, il est possible de réaliser des orthèses plantaires à corrections progressives.

Les orthèses doivent être réalisées à partir d’une analyse précise de la fonction déficitaire. Au cours des dernières années, nous avons assisté à des évolutions significatives des outils d’analyses. Ces outils permettent aujourd’hui une analyse statique du pied et dynamique de la foulée, et même, pour les tout derniers outils d’analyse, une modélisation en 3D du pied.

Podoscope médical et appuis plantaires

Le podoscope médical (Fig. 1) est un appareil permettant de visualiser l’empreinte plantaire.

Figure 1 – Podoscope simple.

L’appareil est composé d’une vitre épaisse, initialement en verre puis en plastique, capable de supporter le poids d’un sportif. Un dispositif d’éclairage et un miroir placé au fond de l’appareil visualisent de manière satisfaisante la plante du pied. Le sportif se place debout sur la vitre et exerce des pressions plus ou moins fortes sur certaines parties de sa plante du pied. Ce sont ces zones d’appuis plantaires qui créent un contraste avec les autres parties de la plante du pied non contraintes et qui sont mises en évidence par l’examen. Cet appareil est une première approche des appuis plantaires, certes simple, mais utile et d’un prix modéré d’environ 300 euros. Avec ce matériel, on peut facilement juger du positionnement de l’arrière pied (varus ou valgus) et de l’appui (pied creux ou plat) (Fig. 2).

Figure 2 – Statique de l’arrière pied.

Celui-ci souligne les zones d’hyperappui au niveau du pied permettant d’avoir une première idée des zones d’impact. Il s’agit du premier indice des dysfonctionnements mécaniques de la pose du pied.

Podoscope électronique

Le podoscope électronique (Fig. 3) est basé sur le même principe.

Figure 3 – Podoscope électronique.

Il est muni de dizaines de capteurs de pression et d’un logiciel informatique. Ces capteurs mesurent l’intensité du courant électrique passant entre deux petites plaques conductrices. Plus ces plaques se rapprochent sous la pression, plus l’intensité est forte. Une fois ces informations traitées, on obtient les appuis plantaires. On objective sur un écran d’ordinateur l’empreinte plantaire et ses sollicitations. L’ordinateur effectue l’enregistrement et le traitement des données. Il permet de calculer la position du centre de gravité et la répartition des appuis du pied. Le logiciel utilise un jeu de couleurs pour distinguer les zones de la plante du pied fortement sollicitées de celles qui le sont moins ou pas du tout. L’analyse révèle très précisément les aspects statiques et dynamiques ainsi que la localisation des appuis du pied. Son coût dépend de la précision et du nombre de capteurs piézoélectriques qui le composent, mais globalement, les prix varient de 5 000 à 10 000 euros par plateforme.

Le tapis de course et l’analyse vidéo

Le système se compose d’un tapis de course couplé à un système de caméra ultra haute définition (près de 100 images par seconde) (Fig. 4) permettant de réaliser des ralentis extrêmement précis.

Figure 4 – Examen dynamique sur tapis de course.

Le patient effectue une session de marche ou de course filmée par une ou plusieurs caméras sous des angles différents. Cependant, il faut tenir compte du fait qu’il est difficile de recréer de manière parfaitement fiable les conditions de course du terrain. Pour certains sportifs, la course sur tapis, donc dans des conditions artificielles, peut nécessiter un apprentissage plus ou moins long dans le but de retrouver une course plus naturelle. Il est ainsi possible de visualiser l’attaque, l’appui et la propulsion du pied au cours de la course. L’analyse s’effectue immédiatement et permet de voir en action la répercussion de la pose du pied sur le reste du corps, d’abord au niveau du membre inférieur sur les trois axes des principaux bras de levier du membre inférieur : la cheville, le genou et la hanche. Enfin, ce système permet une observation plus générale de la posture au niveau du dos et même de la tenue des épaules et de la tête.

Le choix d’un tapis médicalisé est préférable afin d’adapter la vitesse de course ou de marche (allant de 0,1 à 22 km/h) avec une précision de 0,1 km/h permettant ainsi de prendre en compte les capacités physiques du patient. Le coût d’installation d’un tel système varie en fonction des caractéristiques techniques du tapis et des caméras et se situe entre 10 000 et 25 000 euros.

La modélisation en 3D

La modélisation en 3D est la dernière génération d’outils d’analyse. Le patient pose le pied dans une boîte bardée de capteurs et de caméras et le traitement des informations par le logiciel permet la reconstruction des pieds en 3D. C’est un outil d’analyse intéressant, mais qui vient en complément des autres sans les remplacer. Son interprétation ne permet pas d’obtenir toutes les informations que l’on peut avoir avec un podomètre électronique. Le principal intérêt réside dans la possibilité de réaliser, suite à cet examen, des orthèses assistées par ordinateur grâce aux imprimantes 3D (Fig. 5).

Figure 5 – Semelles en 3D.

Grâce à la modélisation du pied, on peut placer avec une grande précision les éléments correcteurs, et la réalisation 3D nous donne des orthèses d’une précision inégalable. Le coût est d’environ 15 000 euros.

Semelles avec capteurs embarqués

Il existe également des semelles extrêmement fines avec capteurs embarqués (Fig. 6).

Figure 6 – Semelles à capteurs.

Placées dans la chaussure, elles sont reliées par de petits fils à un boîtier enregistreur fixé à la cheville. Le professionnel dispose d’une télécommande qui va déclencher l’enregistrement. Ainsi, on enregistre pendant la course une séquence de foulée avec les capteurs directement dans la chaussure. En revanche, les semelles à capteurs étant très fines et souples, le système souffre dans la chaussure et doit être renouvelé très fréquemment. Le coût est donc rédhibitoire pour une utilisation quotidienne. Les semelles avec capteurs embarqués sont efficaces pour avoir des mesures en condition de pratique du geste sportif, mais on les utilise essentiellement dans des protocoles de recherche, car elles présentent plusieurs inconvénients : la mise en place longue et fastidieuse rend son utilisation quotidienne difficile.

Étudier la chaussure

L’étude de la chaussure reste incontournable (Fig. 7).

Figure 7 – Étude de l’usure de la chaussure.

On peut juger de sa déformation, de son usure… On y associe l’examen du pied en recherchant les zones d’hyperappui objectivées ou non par des zones d’hyperkératoses, durillons… La mobilisation articulaire note raideur et déformation.

Objectifs des semelles

Les semelles doivent répondre à plusieurs objectifs :

  • Décharger les zones soumises à des pressions trop importantes en répartissant les zones d’appui sur toute la surface plantaire. En effet, si la surface d’appui diminue, la pression augmente logiquement sur la zone restante.
  • Soutenir une voûte plantaire défaillante, qu’il s’agisse d’un pied qui tend à s’effondrer (pied plat) ou à basculer en dedans (pied valgus).
  • Stabiliser le pied peut être une nécessité pour lutter contre les entorses à répétition ou limiter la souffrance de certains tendons.
  • Amortir les contraintes dynamiques subies par le pied lors de la marche, de la course, des sauts et des impulsions.

Les matériaux

Les matériaux anciens

Les matériaux varient selon ce que l’on recherche. Les matériaux “ancestraux” sont le cuir et le liège.

Le cuir est le matériau naturel de recouvrement des semelles classiques ou des semelles de ville. Son principal avantage par rapport aux matériaux synthétiques réside dans sa capacité à limiter la transpiration.

Le liège, quant à lui, est un matériau très sensible à l’humidité et qui se détériore relativement facilement dans des conditions mécaniques agressives. L’ortho liège est une adaptation composée de liège aggloméré avec du caoutchouc ou de la résine souple. Il a une bien meilleure résistance à l’humidité.

Ces matériaux sont aujourd’hui largement abandonnés, car ils ne sont pas adaptés aux chaussures de sport.

Les nouveaux matériaux

La polycaprolactone

Parmi les nouveaux matériaux, on retrouve la polycaprolactone (PCR : résine armée par fibre textile). La PCR participe à la formation de l’ossature des orthèses. Elles sont mises en place dans un système de presse sous vide à des températures pouvant atteindre 100 °C pour être moulées aux pieds. Ce sont les squelettes dynamiques de la semelle, et c’est autour d’eux que s’articulent toutes les autres couches de la semelle.

Les fibres de carbone

Les fibres de carbone représentent la toute dernière génération de matériaux. Elles ont les mêmes rôles que les polycaprolactones. Elles nécessitent des machines de nouvelle génération pouvant atteindre une température de chauffe de 140 °C. Leurs propriétés sont bien supérieures notamment dans le domaine du sport, car elles sont beaucoup plus rigides et permettent un retour d’énergie incomparable et inégalable.

L’éthylène-acétate de vinyle (EVA)

L’EVA est un matériau biocompatible. En effet, pour être biocompatible, le matériau doit être inerte, c’est-à-dire exempt de toute réaction chimique avec l’environnement humain dans lequel il est placé. Il doit être « stable », neutre et non réactif. L’EVA absorbe les chocs du fait de son excellente résilience (manière dont le matériau retrouvera sa forme après avoir été comprimé). L’EVA est facile à travailler et n’est pas thermoformable (ce qui dégraderait les caractéristiques du matériau).

Les polyuréthanes (PU)

Les polyuréthanes (PU) sont des polymères amortissants qui peuvent être chauffés et moulés et qui constituent la base ou les éléments de corrections des orthèses.

Les matériaux visco-élastiques

Les matériaux visco-élastiques servent de ressort pour la propulsion. Ils sont obtenus par un procédé de vulcanisation du caoutchouc.

Des matériaux amortissants sont utilisés pour « absorber » l’onde de choc. Ils se positionnent généralement au niveau des zones d’impacts ou d’hyperpression. On peut choisir pour chacun de ces matériaux des épaisseurs, des duretés et des coefficients de frottements différents. Il existe donc un grand nombre de combinaisons qui permettent de réaliser l’orthèse la plus adaptée pour le sportif (Fig. 8).

Figure 8 – Exemple de semelle pour une sésamoïdopathie.