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Modélisation de l'épaule et développement d'une nouvelle forme prothétique dans le cas d'une rupture massive de la coiffe des rotateurs

Collet, Yoann (2007). Modélisation de l'épaule et développement d'une nouvelle forme prothétique dans le cas d'une rupture massive de la coiffe des rotateurs. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

La coiffe des rotateurs est un groupe msuculaire responsable de la stabilité de l'épaule. Lorsque irréparable, la déchirure ou rupture de cet ensemble de muscles provoque douleur et limitations fonctionnelles, empêchant les patients concernés d'effectuer les tâches de la vie quotidienne. À terme, la dégénérescence de l'articulation glénohumérale mène jusqu'à la pseudoparalysie du membre supérieur et nécessite une arthroplastie de l'épaule. Cependant, les résultats des prothèses actuelles demeurent insatisfaisants et imprévisibles en cas de rupture massive de coiffe des rotateurs (RMCR).

Dans le but de proposer une forme prothétique innovante facilitant l'abduction des patients souffrant de RMCR, des expériences in vitro furent réalisées sur six spécimens cadavériques à l'aide d'un montage expérimental. Des modifications latérales et supérieures furent effectuées sur la tête humérale des spécimens pour en observer l'effet sur la cinématique tridimensionnelle et la force du deltoïde simulé durant l'abduction du bras en présence de RMCR. Parallèlement, un modèle informatique de l'épaule permettant de reproduire une RMCR fut développé avec le logiciel Anybody pour utiliser les cinématiques in vitro, se comparer avec les valeurs de force expérimentales et optimiser une forme prothétique.

En raison de limitations logicielles et du besoin de personnalisation des géométries osseuses, les effets d'une modification géométrique supérieure de la tête humérale et de l'imposition des cinématiques expérimentales restent partiellement inexplorés dans le modèle. Avec un ajout latéral de 19 mm, le modèle confirme une diminution de force dans le deltoïde dès 10° d'abduction, atteignant -19% de la force initiale. Expérimentalement, une telle modification géométrique abaisse la force deltoïdienne à partir de 35° et ce jusqu'à -30%. L'abduction du bras en est alors facilitée et augmentée, sans modifier la cinématique du centre de la tête humérale. Une modification supérieure ne diminue pas la force d'abduction mais limite la migration supérieure de l'humérus.

Ce travail a permis de proposer une modélisation informatique de l'épaule simulant une RMCR et une forme prothétique non anatomique visant à diminuer la force nécessaire au deltoïde lors de l'abduction.

Titre traduit

Modelling of the shoulder and improvement of a new prosthetic geometry for massive rotator cuff tears

Résumé traduit

The rotator cuff consists of a muscular group responsible for the shoulder's stability. If the wear or tear of this arrangement becomes non-treatable, the generated pain and functional disabilities are limiting activities of daily living. To its full extent, the glenohumeral joint degeneration can lead to the upper limb's pseudoparalysis, hence requiring a shoulder arthroplasty. Data indicating the performance of today's prostheses remain unsatisfactory and unpredictable when studying the case of massive rotator cuff tear (MRCT).

In vitro experiments have been accomplished onto six cadaveric specimens using an experimental apparatus in order to suggest a novel prosthetic design that would facilitate the patient's abduction movements following a MRCT. Lateral and upper modifications have been generated onto the specimen's humeral head in order to evaluate their effects onto tridimensionnal kinematics and deltoid strength during the upper limb abduction simulation with MRCT. A computational model using the software Anybody and reproducing the MRCT -shoulder has also been developed to use the in vitro kinematics and compare with results of experimental strength, aiming at the generation of an
optimized prosthesis geometry.

The effect of an upper geometric modification of the humeral head, combined with the model's fixed experimental kinematics, are both aspects that remain partly unexplored due to software's limitations and need for a personalized bone geometry. With a lateral addition of 19mm in the model, a deltoid strength lowering event occurs as soon as after 10° of abduction, reaching a level of -19% of the initial strength. Such an experimentaly-tested geometrie modification would lower the deltoid strength after 35° and so, until -30%. Abduction of the upper limb is then facilitated and increased, without modifying the humeral head center kinematics. An upper modification of the humeral head does not lower abduction strength, while it surely does limit humerus superior migration.

This study has allowed for the generation of a new computational model that reproduces and simulates a MRCT -shoulder, as well as a non-anatomical prosthesis design whose purpose is to reduce the required deltoid strength during an abduction movement.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie, concentration technologies de la santé". Bibliogr. : f. ([169]-179).
Mots-clés libres: Coiffe, Deltoide, Epaule, Experimentation, In, Informatique, In-Vitro, Modelisation, Rotateur, Rupture, Vitro
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de thèse
Hagemeister, Nicola
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de thèse
Nuño, Natalia
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 08 avr. 2011 17:47
Dernière modification: 11 nov. 2016 00:47
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/568

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