Intérêts de la géométrie musculaire personnalisée chez l’IMC

Plusieurs auteurs soulignent l’importance de la détermination de la géométrie musculaire personnalisée (Arnold & coll. 2000; Zajac & coll. 2003; Blemker & coll. 2007) pour déterminer les volumes musculaires, les aires physiologiques et les bras de levier afin de personnaliser des modèles biomécaniques génériques.

D’ailleurs, la dose optimale de toxine botulique injectée est liée au volume du muscle à injecter. La méthode recommandée pour le dosage de la toxine est basée sur un calcul par rapport à la masse du sujet. Une étude a été menée sur 11 jambes humaines cadavériques (Bandholm & coll. 2007). Les volumes des gastrocnémiens et du soléaire ont été mesurés par déplacement d’eau et par ultrason. Des formules de régression pour le calcul du volume ont été établies en utilisant deux variables :

l’épaisseur du muscle et la longueur de la jambe. Cependant des erreurs de 10% ont été trouvées (Bandholm & coll. 2007).

La spasticité chez l’enfant IMC entraîne une atrophie (perte de volume) musculaire qui s’avère importante à quantifier. Une étude sur 16 IMC hémiplégiques a calculé les volumes, longueurs et aires maximales des côtés atteints et non atteints en utilisant des coupes IRM axiales (Lampe & coll. 2006). Les contours musculaires sont détectés manuellement sur chaque coupe puis reconstruits en 3D. Les muscles de la partie atteinte au niveau de la cuisse et de la jambe ont diminué de volume de 84% et de 72% respectivement par rapport au côté non atteint (Figure 21).

Figure 21 - Volumes Musculaires des Membres Inférieurs chez un Hémiplégique. Côté sain v/s atteint. a)

volumes réels en cm3 b) volumes normalisés en %. (Lampe & coll. 2006)

Le calcul de la longueur musculaire, surtout durant la marche est étudié dans la littérature grâce à des modèles biomécaniques. Le modèle musculaire le plus connu (SIMM) est celui de Scott Delp (Delp & coll. 1990; Delp & coll. 2007). La géométrie des membres inférieurs dans ce modèle utilise une reconstruction 3D à partir de pièces cadavériques. Une personnalisation est possible en injectant dans

Analyse Biomécanique des Membres Inférieurs chez l’Enfant Infirme Moteur Cérébral Ayman Assi

le modèle la cinématique et la cinétique du sujet. La géométrie reste peu-personnalisée puisqu’une simple multiplication par un facteur d’échelle est effectuée (Figure 22).

Figure 22 - Modèle SIMM : application pour une simulation de chirurgie (Delp & coll. 1990)

Plusieurs études utilisent ce modèle en simulation, surtout les études des profils de marche pathologiques comme le genou raide ou la triple flexion.

Une étude basée sur le modèle SIMM a étudié la longueur (origine - insertion) et la vitesse d’allongement des ischio-jambiers et du psoas dans le cas du crouch gait (van der Krogt & coll. 2007). Il a été montré que chez des sujets sains simulant la marche en crouch, le psoas était raccourci et non les ischio-jambiers.

D’ailleurs ce sujet est très controversé dans la recherche sur ce domaine, et l’allongement des ischio- jambiers est de moins en moins pratiqué en crouch. Il aboutit parfois à une flexion de hanche exagérée en phase d’appui, ou une flexion insuffisante au niveau du genou en phase oscillante. Pour cela, une connaissance exacte de la longueur muscle-tendon durant la marche en triple flexion (ou autre pathologie) est indispensable pour le choix de la chirurgie.

L’équipe de Delp a validé le modèle de SIMM à travers une étude comparative des longueurs de muscles par rapport à l’IRM (Arnold & coll. 2001). Ils ont pu démontrer que lorsque le modèle générique est mis à l’échelle puis déformé correctement selon la géométrie du fémur du sujet (en se basant sur l’antéversion fémorale et l’angle cervicodiaphysaire) les erreurs sur la longueur des ischio- jambiers et du psoas étaient inférieurs à 5mm et 3mm respectivement. Ils en concluent qu’un modèle générique déformable avec un nombre limité de données personnalisées sur le sujet permet une bonne et rapide estimation des longueurs des jumeaux et du psoas. Nous retenons ainsi l’importance de la précision et de la personnalisation de la géométrie musculaire.

Une autre étude menée par l’équipe de Delp autour du même sujet (Arnold & coll. 2005; Arnold & coll. 2007) examine la contribution musculaire dans l’accélération angulaire de la hanche et du genou. Les auteurs retiennent de cette étude l’importance de considérer tous les muscles, pouvant contribuer au mouvement de plusieurs articulations.

Rappelons que le modèle SIMM, comme plusieurs modèles existants dans la littérature, utilise des muscles en représentation filaire, et non pas une approche volumique. Cependant, une certaine originalité existe dans le modèle de Delp, c’est l’utilisation de via-points, où la trajectoire du muscle est forcée à traverser par ces points, et ne reste plus comme une ligne directe entre l’insertion et la terminaison du muscle (Seireg & coll. 1989). D’autres études ont également personnalisé les trajectoires des muscles superficiels par méthodes non-invasives en pointant les trajectoires des muscles sur le sujet en position debout, par technique de capture optoélectronique (Bonnefoy & coll. 2007).

D’autres éléments rentrent en jeu dans la personnalisation des géométries musculaires, comme la définition des insertions. La plupart des études se basent sur des planches anatomiques ou des mesures directes sur pièces cadavériques (Brand & coll. 1982; White & coll. 1989; Kepple & coll. 1994; Kepple & coll. 1998). Pal a montré dans son étude l’intérêt de la personnalisation de ces insertions dans la quantification de la géométrie musculaire (Pal & coll. 2007). La personnalisation des zones d’insertions musculaires a été abordée dans la littérature par l’utilisation de l’IRM (Kaptein & coll. 2004) ou par mesures cliniques (Jenkins & coll. 2003).