Vers la caractérisation des micros et macro-traumatismes de la moelle épinière cervicale dans la pratique du rugby : une approche multimodale combinant imagerie par résonnance magnétique et modélisation biomécanique par éléments finis

Toward the characterization of micro- and macro- traumatisms of the human cervical spinal cord in rugby : a multimodal approach combining magnetic resonance imaging and biomechanical finite element modelling

• Auteur / Autrice : Rivo Rasoanandrianina
• Direction : Pierre-Jean Arnoux, Virginie Callot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biomécanique
• Date : Soutenance le 08/01/2019
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences du Mouvement Humain (Marseille ; 2004-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Biomécanique Appliquée, UMR T24 INRETS (Aix-Marseille Université) - Centre de résonance magnétique biologique et médicale (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Jean Pelletier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Brauge
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Pascal Sati, Yvan Petit

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imagerie du tenseur de diffusion

Simulation par ordinateur

Éléments finis, Méthode des

Imagerie par résonance magnétique

Traumatisme

Rugby

Moelle épinière

Mots clés libres

Moelle épinière

Rugby

Micro-Traumatismes

Macro-Traumatismes

Imagerie par Résonance Magnétique

Modélisation par éléments finis

Simulation numérique

Imagerie du tenseur de diffusion

Imagerie du transfert d'aimantation

Relaxométrie

Spinal cord

Rugby

Micro-Traumatisms

Macro-Traumatisms

Magnetic Resonance Imaging

Finite element modelling

Numerical simulation

Diffusion Tensor Imaging

Magnetization Transfer imaging

Relaxometry

Résumé

Dans la pratique du rugby à XV, l’intégrité de la moelle épinière (ME) est menacée par les rares macro-traumatismes du rachis cervical, et par les chargements répétitifs entrainant l’apparition de pathologies dégénératives. Comment quantifier ces altérations, quels sont les mécanismes qui les président ?Pour aborder ces questions, la faisabilité et l’intérêt d’un protocole IRM multiparamétrique en contexte dégénératif ont tout d’abord été investigués. Puis, une récente technique de relaxométrie T1 3D et une acquisition ihMT multi-coupes à multiples orientations permettant d’évaluer le contenu macromoléculaire des tissus, en particulier la myéline, ont été développées pour évaluer le caractère diffus des altérations. Préliminairement appliqué sur quelques joueurs, ce protocole a ainsi démontré la faisabilité d’une exploration approfondie par IRM multiparamétrique de la ME cervicale dans le rugby.En complément de cela, une étude préliminaire utilisant un modèle éléments finis (MEF) détaillé a été menée pour évaluer la réponse mécanique des sous-régions de la ME soumises à des chargements mécaniques primaires. Par la suite, une étude préliminaire des risques neurologiques liés à un canal vertébral étroit (observé chez certains joueurs) a été conduite en modifiant la géométrie du MEF. A l’interface entre l’IRM et la biomécanique, ces travaux préliminaires ont posé les premiers jalons pour une caractérisation fine et robuste des altérations tissulaires au niveau médullaire dans le rugby. A terme, cette approche permettrait de proposer de nouveaux éléments pour une éventuelle amélioration du bilan d’aptitude des joueurs et de proposer des programmes préventifs améliorés.

In Rugby Union practice, the cervical spinal cord (CSC) could be involved in rare cervical spine (CS) traumatic injuries and also be threatened by the neck exposure to repetitive impacts assumed to induce early degenerative tissue alterations. How to quantify these impairments? What are the underlying pathophysiological mechanisms? To answer these questions, efforts were first directed towards the investigative potential of an advanced multiparametric Magnetic Resonance Imaging (MRI) protocol in degenerative contexts. Then, a new MRI protocol covering the whole CSC, including a recent 3D T1 relaxometry technique and a multi-slice multi-angle ihMT acquisition evaluating tissue myelin-content, was optimized. Preliminarily-applied to few players, this new optimized protocol showed the feasibility of a fine and diffuse CSC characterization in rugby. In parallel and as a complement, preliminary finite element modelling (FEM) analyses were also conducted to evaluate the mechanical responses of CSC sub-regions under primary loading mechanisms. Then, the same loading mechanisms were applied to a geometrically-modified FEM reproducing a narrow vertebral canal, reported to occur in some players therefore allowing to evaluate the effect of rugby-related CS degenerative changes on the CSC mechanical response under traumatic loadings. These preliminary, interdisciplinary and complementary works lay the ground for a fine structural and mechanical characterization of CSC tissues in rugby players, which would eventually allow to propose improved aptitude-to-play evaluation criteria as well as improved preventive programs.