Approches innovantes afin d'améliorer la biofidélité des modèles musculosquelettiques de l'épaule

L’objectif principal de ce projet est de proposer des approches innovantes afin d’améliorer la biofidélité des modèles musculosquelettiques de l’épaule dans le but de les utiliser pour mieux comprendre l’impact des variations morphologiques sur la pathomécanique de cette articulation. Trois priorités sont identifiées pour améliorer le réalisme et la biofidélité des modèles musculosquelettiques de l’épaule:
1. Les modèles musculosquelettiques de l’épaule possèdent actuellement un degré de réalisme et de bio-fidélité élevé pour des mouvements dont l’amplitude est inférieure à 90 degrés d’élévation. Or les problèmes d’épaule apparaissent le plus souvent pour des mouvements au-delà de cette limite. Pour pouvoir représenter des mouvements au-delà de 90 degrés avec une biofidélité et une validité suffisante, il est nécessaire d’améliorer le réalisme des trajectoires musculaires pour les muscles qui ont des sites d’attaches larges comme le muscle deltoïde et les muscles de la coiffe des rotateurs. Afin de déterminer les trajectoires des fibres représentant les muscles et d’assurer que le modèle ne permette pas leur pénétration dans les structures osseuses, les points de passage habituellement utilisés pour les muscles de l’épaule seront remplacés par un ensemble d’objets enveloppants cylindriques. Nous proposons de développer une approche originale qui consiste à définir des surfaces enveloppantes de manière systématique, ce qui facilitera grandement la mise à l’échelle du modèle.
2. Les modèles actuels sont bâtis à partir de données physiologiques et anatomiques (PCSA, insertion et origine musculaire, bras de levier?) provenant le plus souvent d’un seul spécimen de cadavre. Il en résulte que les forces musculaires simulées dans ces modèles sont souvent très faibles et non physiologiques. Il est donc nécessaire d’améliorer le réalisme des valeurs physiologiques qui guident la modélisation des muscles. Nous proposons de faire une campagne d’acquisition sur 20 épaules provenant de 10 cadavres (idéalement les plus jeunes possibles). Les spécimens seront stabilisés dans un système d’ostéosynthèse par fixateur externe avec un cadre et les trajectoires musculaires, ainsi que les zones d’insertion et d’origine des muscles seront numérisées pour différentes positions du bras (cinématique discrète).
3. Les modèles actuels représentent tous un individu moyen, généralement d’une anthropométrie qui correspond à un homme de 50ème centile. Or la variabilité inter-individu est connue pour avoir un impact important sur la biomécanique de l’épaule. Il est donc nécessaire d’améliorer le réalisme de la morphologie et de proposer des méthodes pour adapter ces modèles à des morphotypes présents dans la population (incluant les anthropométries variables et des sexes différents). Nous proposons ici de définir des morphotypes représentatifs de la population à partir d’une base de données acquise sur 90 sujets vivants par une approche par composantes principales croisée.
Les modèles musculosquelettiques ainsi construits seront vérifiés et validés par quatre niveaux de validation. Les données issues de ces modèles seront ensuite utilisées comme conditions limites pour un modèle éléments finis existant.