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Analyse numérique des paramètres biomécaniques influençant la fonction de l’épaule atteinte d’arthropathie de rupture de coiffe

Lemieux, Pierre-Olivier (2013). Analyse numérique des paramètres biomécaniques influençant la fonction de l’épaule atteinte d’arthropathie de rupture de coiffe. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

L’arthropathie de rupture de coiffe (ARC) est une pathologie de l’épaule caractérisée par une rupture massive et irréparable de la coiffe des rotateurs et un contact anormal entre la tête humérale et l’acromion. L’ARC est souvent associée à une pseudo-paralysie de l’épaule. Or, le fait que certains patients conservent malgré tout une épaule fonctionnelle reste inexpliqué. L’objectif de ce travail était d’analyser numériquement les paramètres biomécaniques influençant la fonction de l’épaule atteinte d’ARC. Les objectifs spécifiques étaient de montrer l’influence : (1) de la variation du déport médial de l’humérus proximal sur les forces déstabilisatrices à l’épaule intacte ; (2) du plan d’élévation et du coefficient de friction sur la « mécanique de l’ARC » et (3) des paramètres géométriques de la tête humérale sur la « mécanique de l’ARC » dans le contexte d’une hémiarthroplastie.

L’étude #1 a évalué l’influence d’un déport médial minimum (0 mm), moyen (7 mm) et maximum (14 mm) sur les forces glénohumérales déstabilisatrices (transverse à la glène) à l’épaule intacte. L’étude #2 a évalué l’influence du plan d’élévation (frontal, scapulaire, sagittal) et de la friction de contact (coefficient de 0.15, 0.3 et 0.6) sur la « mécanique de l’ARC » (c.-à-d. longueur et force du deltoïde ; forces de contact (glène et acromion)). L’étude #3 a évalué l’influence d’un déport médial élevé (17 mm) jumelé à une tête humérale prothétique surdimensionnée (120%) sur la même « mécanique de l’ARC » qu’à l’étude #2.

L’étude #1 a montré que le déport médial maximal (14 mm) diminue considérablement l’action déstabilisatrice du deltoïde sans affecter l’action stabilisatrice de la coiffe. Le modèle d’ARC de l’étude #2 a montré que le plan d’élévation influence la mécanique de l’ARC, mais que la condition de contact (friction) jumelée à une mécanique affaiblie du deltoïde sont plus susceptibles de mener à une piètre fonction. L’étude #3 a montré que de jumeler un déport médial élevé à une tête humérale prothétique surdimensionnée diminue la force de contact huméro-acromiale et augmente l’amplitude de mouvement de manière plus prononcée qu’une simple tête prothétique surdimensionnée.

Le présent travail souligne le potentiel du logiciel AnyBody quant à l’étude de la sensibilité du système musculo-squelettique humain (sain et lésé) aux paramètres morphologiques. Ce travail amène aussi de nouvelles pistes de réflexion concernant les paramètres biomécaniques influençant l’épaule atteinte d’ARC. Finalement, ce travail propose une tête prothétique surdimensionnée avec déport médial élevé comme traitement alternatif de l’ARC sur de jeunes patients avec piètre fonction, laissant plus de marge pour une chirurgie de révision.

Titre traduit

Numerical analysis of biomechanical parameters that influence shoulder function in case of cuff tear arthropathy

Résumé traduit

Cuff tear arthropathy (CTA) is a shoulder pathology characterized by a massive and irreparable rotator cuff tear and an abnormal contact between the humeral head and the acromion. CTA is often associated with shoulder pseudo-paralysis. However, the fact that some patients still maintain a functional shoulder remains unexplained. The goal of the present work was to numerically assess the biomechanical parameters that influence the function of the shoulder with CTA. The specific objectives were to show the influence of: (1) a variation of the medial offset of the proximal humerus on the destabilizing forces at the intact (healthy) shoulder; (2) the elevation plane and the friction coefficient on the “mechanics of CTA” and; (3) the geometrical parameters of the humeral head on the “mechanics of CTA” in the context of an emiarthroplasty.

Study #1 assessed the influence of a minimum (0 mm), average (7 mm) and maximum (14 mm) medial offset on the destabilizing glenohumeral forces (transverse to the glenoid) at the intact (healthy) shoulder. Study #2 assessed the influence of the elevation plane (frontal, scapular, sagittal) and the contact friction (coefficient of 0.15, 0.3 and 0.6) on the “mechanics of CTA” (i.e. deltoid length and force; contact forces (glenoid and acromion)). Study #3 assessed the influence of a large medial offset (17 mm) associated with an oversized humeral head hemiprosthesis (120 %) on the same “mechanics of CTA” as in study #2.

Study #1 showed that the maximum medial offset (14 mm) greatly decreases the destabilizing action of the deltoid without affecting the stabilizing action of the rotator cuff. The CTA model of study #2 showed that the elevation plane influences the mechanics of CTA, but that the contact condition (friction) combined with the poor mechanics of the deltoid is more likely to lead to a poor function. Study #3 showed that the combination of a large medial offset with an oversized humeral head hemiprosthesis decreases the acromiohumeral contact force and increases the range of motion more significantly compared to a simple oversized prosthetic head.

The present work highlights the potential of the AnyBody software to study the sensitivity of the human musculoskeletal system (intact and injured) to morphological parameters. This work also brings new lines of thoughts regarding biomechanical parameters that influence the function of the shoulder with CTA. Finally, this work proposes an oversized humeral hemiprosthesis with a large medial offset as an alternative CTA treatment for young patients with poor function, thus leaving more room for revision surgery.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thèse par articles présentée à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention du doctorat en génie" Bibliogr. : f. [121]-133.
Mots-clés libres: Analyse numérique. Arthropathie. Biomécanique. Épaule - Modèles. Humérus. modèle de l’épaule AnyBody, morphologie humérale, abduction, élévation, flexion, arthropathie de rupture de coiffe, friction, hémiprothèse humérale
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Hagemeister, Nicola
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Nuño, Natalia
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 12 févr. 2013 17:23
Dernière modification: 10 mars 2017 02:34
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1115

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