Par M. Hoffmann.
L’épaule est l’articulation la plus mobile du corps humain, ce qui lui confère également un grand risque de blessures. Afin de mieux comprendre et traiter les troubles musculosquelettiques de l’épaule, une meilleure connaissance de la contribution et de la fonction de chaque muscle est nécessaire.
Étant donné qu’il est difficile d’obtenir ces données in vivo, nous avons recours à la modélisation numérique du corps humain qui participe de plus en plus à l’amélioration des diagnostics émis par les professionnels de santé. Dans ce type de modèle, une importance considérable doit être apportée à la représentation de la géométrie du muscle car elle reflète à la fois les trajectoires musculaires, les bras de levier permettant de déterminer la fonction musculaire, et la force musculaire. Les mouvements au niveau de l’épaule étant effectués en 3D par une combinaison de flexion, abduction et rotation axiale, il est important de connaître la fonction musculaire selon chaque axe de mouvement. L’objectif de cette thèse a été de développer plusieurs modèles numériques de l’épaule permettant différents niveaux de représentations de la géométrie musculaire (1D, 2D et 3D) afin de déterminer quelle méthode privilégier pour obtenir les fonctions musculaires.
Trois modèles ont été développés à partir d’images médicale d’un même sujet (cf. Figure). La géométrie musculaire de l’épaule est représentée soit par des lignes (modèle 1D), soit par un maillage surfacique (modèle 2D), ou bien par une représentation volumique déformable (modèle 3D).
Illustration des trois modèles musculosquelettiques de l'épaule utilisés pour représenter trois niveaux différents de géométrie musculaire.
Le modèle 1D est difficilement utilisable car il induit souvent des trajectoires musculaires non physiologiques conduisant à des mauvaises estimations des fonctions musculaires. Le modèle 2D, bien que plus fiable que le modèle 1D, ne peut pas être utilisé lorsque l’on dépasse les 90° d’élévation du bras car aucune considération des déformations du volume musculaire n’est faite. Le modèle 3D permet de prendre en considération les volumes musculaires et les interactions entre les structures et conduit à de meilleures estimations des bras de levier et donc des fonctions musculaires. Cependant, face au manque de données disponibles dans la littérature, il est difficile de généraliser les résultats obtenus avec le modèle sur toute l’amplitude de mouvement de l’épaule. Des collectes de données ont été effectuées sur sujets cadavériques afin de déterminer les fonctions musculaires de l’épaule pour des mouvements variés et d’amplitude maximale. Ces données soulignent l’importance d’avoir accès à l’information de la fonction en flexion, abduction et rotation pour chaque muscle et mouvement effectué.
Le modèle volumique déformable (modèle 3D) est le meilleur modèle numérique pour représenter la géométrie musculaire de l’épaule. Il permet notamment d’estimer les forces de contact et de pouvoir mieux comprendre les mécanismes de blessures. La connaissance des bras de levier (fonctions musculaires) selon chaque axe pourrait aider les chirurgiens à planifier les chirurgies reconstructives de tendon afin de s’assurer de redonner la bonne fonction musculaire au patient et donc lui permettre de retrouver sa mobilité.
Publication
Hoffmann, M., Begon, M., Lafon, Y., Duprey, S. (2020). Influence of glenohumeral joint muscle insertion on moment arms using a finite element model. Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering, 23(14), 1117-1126. https://doi.org/10.1080/10255842.2020.1789606
Hoffmann, M. (2020). Amélioration de la géométrie des modèles musculosquelettiques de l’épaule. http://hdl.handle.net/1866/25297
L’auteur
Marion Hoffmann, Laboratoire de Biomécanique et Mécanique des Chocs (LBMC), UMR_T9406 Université Gustave Eiffel, France.
Marion Hoffmann est postdoctorante au sein du LBMC et travaille actuellement sur l’évaluation du potentiel de réduction de lésions graves au thorax en prenant en compte la fragilité osseuse. Sa thèse a été réalisée au sein du laboratoire de Simulation et Modélisation du Mouvement (S2M) de l’Université de Montréal.
