Modélisation géométrique et mécanique des muscles du tronc : relation entre musculature, troubles posturaux et surcharges vertébrales

Geometrical and mechanical modelisation of the trunk muscles : relationship between muscle regulation, postural default and spine overloading

• Auteur / Autrice : Vincent Pomero
• Direction : Wafa Skalli
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées. Mécanique
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Paris, ENSAM

Mots clés

Mots clés libres

Tronc

Muscle

Modèlisation géométrique

Modèlisation mécanique

Anatomie

Acquisition donnée

Biomécanique

Stéréoradiographie

Résumé

L'objectif de ce travail est d'élaborer un modèle d'évaluation musculaire adapté à l'étude de patients, afin de déterminer les relations existantes entre la musculature du tronc, un trouble postural et les surcharges rachidiennes. Dans cet objectif, un premier chapitre s'attache à présenter le problème (anatomie fonctionnelle et formulation mécanique), puis une revue de littérature est proposée afin d'identifier les différents modèles et protocoles d'acquisition des données proposés par différents chercheurs. Dans le chapitre III, un modèle de régulation musculaire est proposé, fondé sur l'hypothèse que le système musculaire est un système de régulation permettant de maintenir les efforts rachidiens en deçà de seuils mécaniquement admissibles. Ce modèle, par plan de coupe au niveau de la liaison intervertébrale considérée, est comparé à d'autres de la littérature et se révèle pertinent, notamment du fait de sa capacité à proposer des configurations musculaires régulant en particulier les efforts de cisaillement. Une exploitation préliminaire permet d'apprécier les potentialités de cette approche. Le chapitre IV aborde l'acquisition clinique tridimensionnelle des données d'entrée personnalisées des sujets pour ce modèle de régulation musculaire. Nous proposons un protocole adapté au contexte clinique (rapide et peu invasif), qui permet d'obtenir, sur la base d'une stéréoradiographie (couplée à une mesure des pressions plantaires et à des photos des membres inférieurs) le torseur des efforts de la partie haute sur la partie basse, les géométries musculaires volumiques personnalisées (à partir de 9 coupes IRM), ainsi que les contraintes admissibles maximum des muscle

The objective of this work is to build a muscular model adapted to patient evaluation, in order to investigate relationship between the trunk muscular system, postural default and spine overloading. The first chapter introduces the global issue (functional anatomy, mechanical formulation). A literature review is, then, performed to identify the different approaches proposed in the past concerning muscular modelling and its data acquisition protocols. In chapter III, a muscle regulation model is presented. This model is based on the hypothesis that the muscular system is a regulation system which maintains mechanical joint loads within the spine below mechanically admissible thresholds. Compared to literature, this model (described in the transversal section at the investigated intervertebral level) is relevant, particularly because of its ability to propose alternative muscular patterns that reduce intervertebral shear forces. A preliminary exploitation allows the reader to appreciate the potentiality of this approach. Chapter IV deals with personalized three-dimensional data acquisition for subjects in order to obtain the input data for the muscular regulation model. We propose a protocol adapted to the clinical environment (quick and minimally invasive). From a stereo-radiography (associated with a feet pressure measurement and photography of the lower limbs of the subject), 3D-reconstruction of the spine, the rib cage, the trunk external shape and of the pelvis are performed; a free body diagram allowed to calculate the external loads at the intervertebral levels. Combining 9 MRI slices of the subject with the 3D-reconstruction, personalized 3D-reconstructio.