Modélisation musculo-squelettique des enfants paralysés cérébraux

Musculoskeletal modeling of cerebral palsy children

• Auteur / Autrice : Taysir Rezgui
• Direction : Frédéric Marin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Bio-ingénierie, biomécanique, biomatériaux
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Compiègne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Cinématique

Chez l'enfant

Troubles de la locomotion

Locomotion humaine

Enfants infirmes moteurs cérébraux

Infirmité motrice cérébrale

Mots clés libres

Paralysie cérébrale

Modélisation musculo-squelettique

Calibration

Capture du mouvement

Mms

Aqm

Résumé

La modélisation musculosquelettique est aujourd’hui utilisée dans de nombreux domaines tels que l’analyse de la marche pathologique et la simulation des traitements thérapeutiques et chirurgicaux. Dans le cadre de la paralysie cérébrale (PC), la prise en considération des spécificités des patients, des troubles neurologiques et des déformations osseuses est nécessaire. Etant donné que les techniques d’imagerie médicale sont encore marginales en routine clinique, le recours aux modèles génériques reste donc indispensable. Notre étude rétrospective vise le développement d’un modèle musculosquelettique (MMS) générique adapté aux enfants PC. Une première étude détermine les limites d’un tel modèle pour la marche normale, les marches pathologiques des enfants paralysés cérébraux, et les postures pathologiques imitées par une population saine. Une seconde étude propose une technique de calibration pour raffiner les paramètres du MMS à partir des données recueillies de l’analyse quantifiée de la marche (AQM). Ainsi, on a pu déduire que, même si les résultats estimés sont représentatifs pour les adultes sains, le MMS standard présente des limites concernant la cinématique et les forces musculaires prédites pour les enfants sains et les enfants PC. D’autre part, la procédure de calibration influe de façon positive sur les données prédites comme les activations musculaires et les forces musculaires. Ce travail montre que le MMS générique peut être calibré à partir des données de l’AQM afin d’améliorer les résultats du modèle. Cette technique pourrait représenter une nouvelle perspective dans les applications cliniques de la modélisation musculosquelettique.

The analysis of pathological gait using musculoskeletal modeling is a promising approach to qualify and quantify the pathology as well as to monitor the potential recovery after therapy. When dealing with cerebral palsy, its specific neurological disorders and consequently bones deformities, specific-subject musculoskeletal models has been developed. The imaging techniques are still unaffordable in clinical practises. So, using the LifeMod software, we aimed to develop musculoskeletal model in a retrospective study to evaluate the accuracy of surgical treatments on cerebral palsy. Two principles studies are performed. First, relying on the accuracy of a rescaled generic adult skeleton, the musculoskeletal modeling limitation have been determined when applying normal gait and pathological crouch and jump postures, imitated by healthy adults and children. Second, calibration technique had been developed to refine the model’s parameters based on data collectid from the subject. Results from musculoskeletal modeling are compared to gait analysis date. As results, even if the model outputs gave correct results with healthy adults, the standard rescaled musculoskeletal modeling showed limits on predicted kinematics and muscle forces for healthy and CP children. The refinement of subject-specific joint parameters and driving the model with the experimental GRF data have a huge influence in model outputs and improve quantitatively the predicted muscle activations and forces. This work pointed out that the parameters of a rescaled generic musculoskeletal moded can be refined and personalized to improve model’s outcomes. It may represent a new perspective in clinical applications.