Modélisation du mouvement intersegmentaire in-vivo du rachis cervical

par Tuan-Nghia Hoang

Thèse de doctorat en Bio-ingénierie, biomécanique, biomatériaux

Sous la direction de Frédéric Marin et de Marie-Christine Ho Ba Tho.

Soutenue en 2008

à Compiègne .

mots clés

• Rachis cervical in-vivo
• Mouvement intersegmentaire continu
• Modélisation
• Données radiographiques couplées à mesure externe
• Cinématique et cinétique
• Modèle ostéo-articulaire
• Modèle musculo-squelettique
• Biomécanique
• Vertèbres cervicales
• Analyse du mouvement

Résumé

Le rachis cervical est une structure anatomique complexe et compacte du corps humain. Il se compose, anatomiquement, de sept vertèbres, de disques intervertébraux et de systèmes ligamentaires et musculaires. Cette structure assure plusieurs fonctions biomécaniques: il supporte le poids de la tête et maintient sa posture stable; il permet une mobilité importante de la tête; il contient et protège la moelle épinière du système nerveux central. Ce sujet est destiné à l'amélioration de la compréhension du fonctionnement du rachis cervical in-vivo. L'objectif à terme est le diagnostic et la classification des pathologies du cou. Cette étude explicite une méthodologie de modélisation du mouvement intersegmentaire continu de flexion/extension du rachis cervical basée sur des données expérimentales in-vivo. Un protocole expérimental est proposé en utilisant simultanément deux techniques: les images radiographiques et les marqueurs externes du mouvement, ce qui permet l'acquisition couplée des données géométriques et cinématiques. Puis, deux modèles mécaniques du rachis cervical, modèle ostéo-articulaire et modèle musculo-squelettique, sont développés en se basant sur les hypothèses de modélisation. Ces hypothèses sont justifiées et les réponses des modèles sont confrontés avec les données expérimentales in-vivo ainsi la littérature. Les résultats des études permettent la détermination non seulement des paramètres cinématiques, cinétiques associés au mouvement continu de flexion/extension, mais aussi des comportements mécaniques des segments et des composantes du rachis cervical pendant ce mouvement in-vivo.

Titre traduit

Modeling of the intersegmental motion of the cervical spine in-vivo

Résumé

The cervical spine is an anatomical structure complex of the human body. It composes by the seven vertebrae, the intervertebral discs and the system of the ligaments and muscles. This structure assures many of biomechanical functions: it supports and stabilizes the head; it allows the important mobility of the head; it contains and protects the system of spinal cord. The aim of this subject is to ameliorate the understanding of cervical spine functioning in-vivo for the diagnostic and the classification of the neck pathologies. This study is methodology to modelling of the continuous intersegmental motion in flexion/extension of cervical spine based on the experimental data in-vivo. First, an experimental protocol is proposed by using simultaneously two techniques, the X-rays images and the external motion markers, which permits the acquisition combined by the geometrical and kinematical data. Then, two mechanical models, an osteoarticular model and a musculoskeletal model, of the cervical spine are developed by the modelling hypothesis. Finally, the hypothesis are justified and the responses of model are confronted with the experimental data in-vivo also the literature. The results of this study allow determining not only the kinematic and kinetic parameters associated with the continuous motion in flexion/extension, but also the mechanical behaviour of the segments and the components of the cervical spine during this motion in-vivo.