Développement d'un jumeau numérique de la main pour l'analyse biomécanique de l'arthrose et de ses traitements chirurgicaux

Development of a digital twin of the hand for the biomechanical analysis of osteoarthritis and its surgical treatments

• Auteur / Autrice : Barthélémy Faudot
• Direction : Laurent Vigouroux, Jean-Louis Milan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences du Mouvement Humain
• Date : Soutenance le 02/04/2021
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences du Mouvement Humain (Marseille ; 2004-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences du Mouvement Etienne Jules Marey (ISM)
• Jury : Président / Présidente : Régis Legré
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Angela Kedgley, Julien Ballerini
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Raphaël Dumas, Frédéric Marin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sutures (chirurgie)

Main

Arthrose

Modélisation CFD

Biomécanique

Mots clés libres

Biomécanique

Main

Modélisation numérique

Arthrose

Techniques chirurgicales

Biomechanics

Hand

Numerical modelling

Osteoarthritis

Surgical techniques

Résumé

L’arthrose de la main est une maladie qui touche les articulations et engendre des douleurs empêchant le bon usage des mains dans la vie quotidienne. Malheureusement, le manque de connaissance du fonctionnement de la main ne permet pas une compréhension complète de cette maladie. Par conséquent, les chirurgiens ne disposent pas des éléments nécessaires pour améliorer les traitements chirurgicaux. L’objectif de ce travail de thèse a donc été de développer un jumeau numérique de la main permettant à la fois clarifier les facteurs de risques de l’arthrose et d’évaluer les performances des traitements chirurgicaux. Ce jumeau numérique a été développé à partir de données d’imagerie médicale et de mesures expérimentales périphériques de préhension et via une modélisation hybride musculosquelettique et éléments finis. Ces outils expérimentaux et numériques ont ainsi été utilisés pour mieux comprendre l’apparition et le développement de l’arthrose en apportant des explications à des observations cliniques qui restaient à ce jour incomprises. Les résultats de simulations de chirurgies virtuelles ont également permis de fournir aux chirurgiens un choix éclairé des bénéfices de certaines techniques chirurgicales. À plus long terme, ce type de modélisation vise à aider les chirurgiens dans le diagnostic et la prise de décision clinique pour une meilleure prise en charge de chaque patient.

Hand osteoarthritis is a disease that affects the joints and causes pain preventing the proper use of the hands in daily life. Unfortunately, the lack of knowledge about the functioning of the hand does not allow a complete understanding of the disease. As a result, surgeons do not have the necessary tools to improve surgical treatments. The aim of this PhD work was therefore to develop a digital twin of the hand which would both clarify the risk factors of osteoarthritis and evaluate the performance of surgical treatments. This digital twin was developed using medical imaging data and experimental gripping measurements, and by combining musculoskeletal and finite element modelling. These experimental and numerical tools have thus been used to better understand the occurrence and development of osteoarthritis by providing explanations for clinical observations which were still poorly understood to date. The results of virtual surgery simulations have also made it possible to provide surgeons with an informed choice of the benefits of certain surgical techniques. In the long term, this type of modelling aims to help surgeons in the diagnosis and clinical decision-making for better management of each patient.