Par A. Koussou, lauréat d'une bourse étudiant en 2021.
Les modèles musculosquelettiques ont permis ces dernières années d’améliorer notre compréhension des mouvements du corps humain tant en recherche que pour des applications cliniques ou de performance sportive en rendant notamment possible l’estimation de paramètres qui ne peuvent être mesurés de manière non-invasives (forces musculaires, forces de contact articulaire…). Différents modèles musculosquelettiques sont disponibles sous la forme de logiciels plus ou moins ouverts. Ceux-ci comportent la représentation d’une anatomie générique issue de mesures majoritairement réalisées sur l’adulte sain. Bien que les modèles soient généralement mis à l’échelle selon les dimensions du sujet, ils ne prennent pas tous en compte les déformations osseuses, comme les torsions fémorale ou tibiale, qui peuvent être importantes chez un sujet pathologique [1,2]. Des modèles aux géométries personnalisées peuvent être créés à partir d’examens d’imagerie 3D, type IRM [3,4] lesquels, outre leur coût, peuvent être difficiles à mettre en œuvre.
Une manière plus simple de prendre en compte les caractéristiques individuelles dans les modèles est d’y intégrer les angles de torsions du sujet mesurés cliniquement [5,6]. Ainsi, L. Modenese et al. ont proposé une toolbox MatLab permettant ce type d’approche par la prise en compte sujet-spécifique des torsions fémorale et tibiale de modèles musculosquelettiques OpenSim (gait2392.osim distribué par OpenSim et Rajagopal2015.osim publié par Rajagopal et al. [7]). Cet outil peut appliquer tout profil torsionnel, défini par l’utilisateur, de manière continue le long de l’axe longitudinal du segment. Les propriétés propres aux muscles (points d’attache et de passage, objets de contournement des lignes d’action musculaires) sont modifiées en conséquence.
Adaptation de la torsion fémorale d’un modèle musculosquelettique. Extrait de https://simtk.org/projects/bone_deformity.
De plus, un module, au choix de l’utilisateur, est disponible et permet d’appliquer les déformations au niveau des articulations (centre articulaire et axes de rotation), de manière à étudier l’impact de modifications morphologiques osseuses pures ou bien de déformations affectant la cinématique des membres inférieurs. Enfin, il est utilisable sous les versions 3.x et 4.x d’Opensim.
Finalement, en faisant varier les valeurs de torsion fémorale du modèle de Rajagopal et al., L. Modenese et al. ont mis en évidence que celle-ci pouvait impacter significativement les forces articulaires mesurées au niveau de la hanche et du genou, ce qui confirme l’importance d’une adaptation spécifique des modèles à partir des caractéristiques anatomiques du sujet [5,6,8].
Publication
Modenese L, Barzan M, Carty CP. (2021). Dependency of lower limb joint reaction forces on femoral version. Gait Posture. 2021 Jul;88:318-321. https://doi.org/10.1016/j.gaitpost.2021.06.014
Bone Deformation Tool : https://simtk.org/projects/bone_deformity
References
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[2] Robin, J., Graham, H.K., Selber, P., Dobson, F., Smith, K., Baker, R. (2008). Proximal femoral geometry in cerebral palsy. J. Bone Joint Surg. Br. 90B, 1372–1379. https://doi.org/10.1302/0301-620X.90B10.20733
[3] Scheys, L., Van Campenhout, A., Spaepen, A., Suetens, P., Jonkers, I. (2008). Personalized MR-based musculoskeletal models compared to rescaled generic models in the presence of increased femoral anteversion: Effect on hip moment arm lengths. Gait Posture 28, 358–365. https://doi.org/10.1016/j.gaitpost.2008.05.002
[4] Valente, G., Crimi, G., Vanella, N., Schileo, E., Taddei, F. (2017). nmsBuilder: Freeware to create subject-specific musculoskeletal models for OpenSim. Comput. Methods Programs Biomed. 152, 85–92. https://doi.org/10.1016/j.cmpb.2017.09.012
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[6] Desailly, E., P. Sardain, N. Khouri, D. Yepremain, F. Hareb, et P. Lacouture. (2009). Sensitivity of computations of muscular forces to modifications of geometric model during gait. Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering 12, no 1 supp 1:97. https://doi.org/10.1080/10255840903077303
[7] Rajagopal A, Dembia CL, DeMers MS, Delp DD, Hicks JL, Delp SL. (2016). Full-Body Musculoskeletal Model for Muscle-Driven Simulation of Human Gait. IEEE Trans Biomed Eng. 2016 Oct;63(10):2068-79. https://doi.org/10.1109/TBME.2016.2586891
[8] Modenese L, Barzan M, Carty CP. (2021) Dependency of lower limb joint reaction forces on femoral version. Gait Posture. Jul;88:318-321. https://10.1016/j.gaitpost.2021.06.014
L’auteur
Axel Koussou, Univ Lyon 1, Univ Gustave Eiffel, LBMC UMR T9406, F69622, Lyon, France.
Koussou Axel est titulaire d’un diplôme d’ingénieur en Génie Biologie, Spécialité Biomécanique & Biomatériaux (UTC, Compiègne). Il prépare actuellement une thèse CIFRE, en collaboration avec la Fondation Ellen Poidatz, sur la caractérisation des propriétés neuromusculaires des enfants atteints de paralysie cérébrale pour la personnalisation de leur simulation de marche. Dans le cadre de celle-ci, il a participé à la mise à jour du Bone Deformation Tool aux versions 4.x d’OpenSim.
Copyright
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