Développer un modèle cinématique de mobilisation précoce pour les blessés médullaires

Keller, Marie (2024). Développer un modèle cinématique de mobilisation précoce pour les blessés médullaires. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les lésions médullaires sont parmi les événements les plus catastrophiques qu'un individu puisse subir, entraînant une perte majeure de fonctions motrices et sensorielles. Après une telle lésion, la mobilisation précoce est cruciale pour récupérer les fonctions perdues, et il est essentiel qu’elle soit initiée le plus tôt possible, soit dans les 48 heures suivant l'intervention chirurgicale de la colonne vertébrale. L'initiative de mobilisation dans ce délai critique est uniquement pratiquée à l'hôpital du Sacré-Coeur de Montréal, où les patients bénéficient d'une mobilisation par ergomètre cyclique passif. Les séances actuelles se concentrent sur la sécurité des patients, la surveillance de leurs signes vitaux et leur confort pendant l'exercice. Pour aller au-delà de cette approche et explorer la possibilité d'adapter individuellement les séances pour optimiser la récupération à long terme, une étude approfondie a été entreprise. Cette étude a utilisé le modèle FullBody d’OpenSim pour estimer la biomécanique des membres inférieurs des patients médullaires. Le modèle a été ajusté aux dimensions morphologiques des patients afin de reproduire le plus fidèlement possible des mouvements réels. La mise à l'échelle manuelle s'est avérée hautement efficace pour adapter précisément le modèle FullBody à une gamme variée de tailles de segments corporels. De plus, la capacité du modèle à reproduire des poses statiques et des mouvements des jambes a été confirmée comme étant très précise. Sur les 14 séances de vélo prévues par patient, 6 ont nécessité un équipement comprenant des marqueurs réfléchissants, un système de suivi de trajectoire de marqueurs Optitrack, des capteurs électromyographiques avec des électrodes et deux semelles de pression. Leur placement et leur calibration ont été vérifiés pour l'analyse du mouvement de pédalage. L'étude des relations biomécaniques lors de l’exercice cyclique passif chez des sujets médullaires a montré une corrélation entre les mouvements articulaires et les étirements musculaires, mais n'a pas permis d'identifier de lien clair avec les stimulations électriques des muscles ou les forces de pression. En analysant l'impact des paramètres d'amplitude du pédalier et de vitesse de pédalage, il a été constaté que ces paramètres influençaient significativement les étirements musculaires et les mouvements articulaires, offrant ainsi la possibilité de contrôler ces aspects biomécaniques en ajustant les réglages de l’ergomètre cyclique. Cette étude paramétrique a également permis d'identifier un effet patient important, signifiant que la morphologie des sujets médullaires est à prendre en compte pour ajuster les paramètres d’utilisation de l’ergomètre. L'adaptation personnalisée des paramètres de pédalage pourrait ainsi améliorer la stimulation des jambes des sujets, avec des différences notables selon la taille des patients. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour confirmer ces observations préliminaires.

Titre traduit

To develop a kinematic model of early mobilization for people with spinal cord injuries

Résumé traduit

Spinal cord injury is one of the most catastrophic events an individual can suffer, resulting in major loss of motor and sensory function. After such an injury, early mobilization is crucial to recover lost function, and it is essential that it is initiated as soon as possible, i.e. within 48 hours of spinal surgery. Mobilization within this critical timeframe is only practiced at Montreal's Hôpital du Sacré-Coeur, where patients benefit from passive cyclic ergometer mobilization. Current sessions focus on patient safety, vital sign monitoring and comfort during exercise. To go beyond this approach and explore the possibility of individually tailoring sessions to optimize long-term recovery, an in-depth study was undertaken. This study used OpenSim's FullBody model to estimate the biomechanics of the lower limbs of spinal cord patients. The model was adjusted to the morphological dimensions of the patients to reproduce real movements as faithfully as possible. Manual scaling proved highly effective in accurately adapting the FullBody model to a wide range of body segment sizes. In addition, the model's ability to reproduce static poses and leg movements was confirmed as highly accurate, with a mean error of less than 1.2. Of the 14 cycling sessions planned per patient, 6 required equipment including 8 reflective markers, two rigid bodies, an Optitrack marker trajectory tracking system, electromyographic sensors with electrodes and two pressure insoles. Their placement and calibration were checked for pedaling motion analysis. The study of biomechanical relationships during passive cyclic exercise in spinal cord subjects showed a correlation between joint movements and muscle stretching but failed to identify a clear link with electrical muscle stimulation or pressure forces. By analyzing the impact of crankset amplitude and pedaling speed parameters, it was found that these significantly influenced muscle stretching and joint movements, offering the possibility of controlling these biomechanical aspects by adjusting the settings of the cyclic ergometer. This parametric study also identified a significant patient effect, meaning that the morphology of spinal cord subjects should be considered when adjusting ergometer usage parameters. Customized adaptation of pedaling parameters could thus enhance stimulation of the subjects' legs, with notable differences according to patient size. Further research is needed to confirm these preliminary observations.

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 avec mémoire en génie des technologies de la santé". Comprend des références bibliographiques (pages 159-168).
Mots-clés libres:	blessure médullaire, mobilisation précoce, ergomètre passif, OpenSim, analyse biomécanique, adaptation individualisé
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Petit, Yvan
Codirecteur:	Codirecteur Mac-Thiong, Jean-Marc
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	21 nov. 2024 19:04
Dernière modification:	21 nov. 2024 19:04
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3504

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