Par C. Livet, lauréate du prix Poster 2021.
Les grandeurs musculaires telles que les bras de levier musculaires ou encore la longueur musculotendineuse jouent un rôle important dans le problème de recrutement musculaire. En effet, par la multiplication des forces musculaires, les bras de levier musculaires contribuent à l’équilibre dynamique.
Ces bras de levier sont calculés à partir des chemins musculaires. Ces derniers peuvent être définis comme des trajets multi-segmentaires - de l'origine à l'insertion du muscle - contraints par des points de passage ou s’enroulant autour d’objets de contournement. Ces contraintes de trajet représentent les obstacles rencontrés par les muscles dans leur conformation (protubérances osseuses, gaines synoviales...).Définir ces chemins musculaires s’avère être fastidieux, puisqu’ils sont souvent ajustés manuellement pour correspondre à des données expérimentales. De plus, les objets de contournement peuvent être difficilement mis à l’échelle d’un sujet à l’autre et leur usage ralentit le temps de calcul.
Nous avons donc proposé une méthode permettant de créer automatiquement des chemins musculaires à partir de données de bras de levier. Chaque muscle est défini par un point d’origine, un point d’insertion et des points de passage. On définit un point de passage en aval et un point de passage en amont de de chaque articulation physiologique activée par le muscle. Ensuite, par la résolution d’un problème d’optimisation, ces points de passages sont déplacés dans un cylindre représentant l’enveloppe des tissus mous afin d’obtenir les bras de levier musculaires les plus proches possibles des bras de levier donnés à l’entrée de la méthode. Cette méthode a été appliquée l’avant-bras d’un modèle masculin (1m70) à base de données issues de la littérature. Les écarts entre les bras de levier issus de notre nouveau modèle et ceux en entrée de la méthode sont du même ordre de grandeur que les relevés expérimentaux de la littérature sur différents cadavres. On note que pour certains muscles, les objets de contournement peuvent être remplacés par des points de passage pour des bras de levier similaires.
Représentation des entrées et sorties de la méthode proposée
Cette méthode permet donc de simplifier et d’automatiser la démarche de création de chemin musculaire, constitué uniquement de points de passage. Cette fonctionnalité est disponible sous CusToM, une boîte à outils de modélisation musculo-squelettiques libre d'accès sous MATLAB[1]. La mise à l’échelle du chemin musculaire reste une question ouverte, et le gain en temps de calcul entre un chemin uniquement composé de points de passage et un chemin avec des obstacles reste à quantifier.
Références
[1] Muller, A., Pontonnier, C., Puchaud, P., & Dumont, G. (2019). CusToM: a Matlab toolbox for musculoskeletal simulation. Journal of Open Source Software, 4(33), 927. https://doi.org/10.21105/joss.00927
Publication
Livet, C., Rouvier, T., Dumont, G., and Pontonnier, C. (September 1, 2021). An Automatic and Simplified Approach to Muscle Path Modeling. ASME. J Biomech Eng. January 2022; 144(1): 014502. https://doi.org/10.1115/1.4051870
L’auteur
Claire Livet, Université de Rennes, Inria, CNRS, IRISA, Rennes 35000, France
Claire Livet est titulaire d’un master 2 d’enseignement en sciences industrielles de l’ingénieur (ENS Rennes) et d’un master 2 en calcul scientifique et modélisation (Université de Rennes 1). Elle prépare actuellement une thèse sur les méthodes de résolution en dynamique contrainte pour la modélisation musculosquelettique. Claire Livet a été lauréate du Prix Poster 2021 de la Société de Biomécanique.
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