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Modélisation de la transition assis-debout. Modélisation musculosquelettique. Introduction. En 1992, les personnes âgées représentaient 11% de la population au Québec. Ce taux atteindra environ les 20% en l’an 2020 (Conseil Consultatif sur les aides techniques)

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Presentation Transcript
mod lisation musculosquelettique
Modélisation musculosquelettique

GTS-504. (C) R. Aissaoui

introduction
Introduction
  • En 1992, les personnes âgées représentaient 11% de la population au Québec. Ce taux atteindra environ les 20% en l’an 2020 (Conseil Consultatif sur les aides techniques)
  • 74% de ces personnes développeront une incapacité au niveau de leur mobilité

GTS-504. (C) R. Aissaoui

la mobilit est reli e
La mobilité est reliée à:
  • Difficulté lors des transferts assis-debout
  • Distance parcourue en marchant
  • Port d’objet lourds
  • Demeurer debout pendant une longue période

GTS-504. (C) R. Aissaoui

pr valence du transfert chez la personne g e et pathologique
Prévalence du transfert chez la personne âgée et pathologique
  • Se lever d’une chaise est une tâche qui requiert un travail mécanique important par rapport à d’autres activités de la vie quotidienne (AVQ)
  • La prévalence du transfert varie entre 32% (debout-assis), 42% (assis-debout) et 54% transfert au lit pour la personne âgée
  • Il existe une forte corrélation entre le transfert assis-debout et le risque de chute

GTS-504. (C) R. Aissaoui

applications
Applications
  • Design des fauteuils (statiques, gériatriques,…)
  • Méthodes thérapeutiques en réadaptation
  • Analyse biomécanique du patron normal et pathologique de la transition assis-debout (TAD)
  • Modélisation biomécanique (SEF. chez les personnes paraplégiques,…)

(SEF: Stimulation Électrique Fonctionnelle)

GTS-504. (C) R. Aissaoui

les tudes sur la tad ont t r alis es essentiellement sur
Les études sur la TAD ont été réalisées essentiellement sur :
  • Les personnes âgées non handicapées
  • Arthrite rhumatoïde
  • Hémiplégie
  • Blessure médullaire (paraplégie,…)
  • Personne obèse
  • Personne atteinte de Parkinson

GTS-504. (C) R. Aissaoui

le processus du vieillissement normal affecte les param tres biom caniques suivants
Le processus du vieillissement normal affecte les paramètres biomécaniques suivants
  • L’anthropométrie
  • L’étendue articulaire
  • Les forces musculaires
  • Puissance musculaire
  • Temps de réaction
  • La proprioception

GTS-504. (C) R. Aissaoui

consid rations anthropom triques
Considérations anthropométriques
  • 65 + : population non-homogène
  • Stratification par intervalle de 5 ans
  • Variable de prédiction modéré à faible (r ~ 0.4)

GTS-504. (C) R. Aissaoui

slide13

ÉTENDUE ARTICULAIRE

* Allander et coll. (1974); 40-70 ans

20% (rotation de la hanche)

10% (poignet et épaule)

* Walker et coll. (1984)

57% (membres inférieurs)

* Battie et coll. (1988); 20-60 ans

25% (rotation latérale tronc)

45% (épaule)

* Einkauff et coll. (1987); 20-80 ans

25 - 50 %  (région lombaire)

GTS-504. (C) R. Aissaoui

slide14

Force Musculaire

* Viitisalo et coll. (1985); 30-70 ans

35-45%  (main, coude, Flex/Ext. Tronc)

Puissance Musculaire

* Bosco et Komi (1980); (18/28)-(70/73) ans

70%  (membre inférieur)

Temps de Réaction

* Welford (1984, 1988)

20% 

Proprioception

* Skinner et coll. (1984)

2 degrés (20 ans)

7 degrés (80 ans)

GTS-504. (C) R. Aissaoui

mesures effectu es durant la t a d
Mesures effectuées durant la T.A.D.
  • Observations cliniques (assistance, temps de mouvement)
  • Cinématique articulaire (système d’analyse d’image - plan sagittal)
  • Forces de réactions au sol (plaque dynamométrique – force verticale)
  • EMG (muscles des membres inférieurs – unilatéral)
  • Accélérométrie (hanche – tête – membre inférieure)
  • Moment articulaire (dynamique inverse - 2D)
  • Puissance articulaire (dynamique inverse - 2D)

GTS-504. (C) R. Aissaoui

effort musculaire et r serve m canique
Effort musculaire et réserve mécanique :
  • Moment musculaire net (MMN) au genou (81 – 112 N.m)
  • Effort isométrique maximal EIM (fléchisseurs 62 à 218 N.m; extenseurs 90 à 382 N.m)
  • Réserve fonctionnelle (MMN / EIM %) (78% p. âgée; 39% p. adulte)

GTS-504. (C) R. Aissaoui

marche moment max 27 n m p 90 kg
Marche Moment max = 27 N.mp. 90 kg

GTS-504. (C) R. Aissaoui

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MODÉLISATION MUSCULAIRE

GL

IL

GL: gluteus maximus

IL: iliopsoas

HAM: hamstrings

RF: rectus femoris

BF: biceps femoris

VA: vastus lat /med

GAS: gastrocnemius

TA: tibialis anterior

SOL: soleus

RF

HAM

BF

GAS

VA

TA

SOL

GTS-504. (C) R. Aissaoui

mod lisation musculaire
Modélisation musculaire

GTS-504. (C) R. Aissaoui

tude de ellis et coll 1979
Étude de Ellis et coll, 1979

GTS-504. (C) R. Aissaoui

r sultat avec le fauteuil motoris
Résultat avec le fauteuil motorisé

GTS-504. (C) R. Aissaoui

standardisation des phases de la t a d
Standardisation des phases de la T.A.D.
  • Kralj et coll. (1990). (N=20)
  • McGibbon et coll. (2004). (N=20)
  • Etnyre et Thomas (2007). (N=100)

GTS-504. (C) R. Aissaoui

tude de kralj et coll 1990
Étude de Kralj et coll. (1990)

GTS-504. (C) R. Aissaoui

slide26

PATRON DE LA T.A.D.

DÉBUT

FIN

INIT.

DÉCHARG.

SIÈGE

STABILISA-

TION.

PHASE

VERTICALISATION

ACCÉLÉRATION

VERTICALE DU

CORPS.

QTÉ. DE

MVT. Hor.

TRONC

DÉCÉL.

CNTRL.

FINAL

ACTIVITÉ

0%

27%

34%

45%

73%

100%

CYCLE

GTS-504. (C) R. Aissaoui

tude de mcgibbon et coll 2004
Étude de McGibbon et coll. (2004)

GTS-504. (C) R. Aissaoui

strat gies de transfert dans la t a d
Stratégies de transfert dans la T.A.D.

Définition : un changement substantiel du patron cinématique de la T.A.D.

  • Stratégie du transfert (moment cinétique, quantité de mouvement du tronc)
  • Stratégie de la stabilisation (positionnement initial du CG du corps dans une zone stable)
  • Stratégie du compromis (efficacité – contrôle)

GTS-504. (C) R. Aissaoui

slide31

Qté

De Mvt.

Vert.

Qté de Mvt.

Horizontale

Hauteur

Siège

Mom.

Art.

Genou

GTS-504. (C) R. Aissaoui

slide32

Stratégie du transfert

Stratégie de la stabilisation

CG

Malléole

Base de support

GTS-504. (C) R. Aissaoui

slide33

Succès - Échec

de la T.A.D.

  • Difficulté de la
  • tâche
  • - hauteur de siège
  • bascule postérieure
  • angle siège-dossier
  • - Position des appui bras

Stratégie

- Transfert

- Stabilisation

- efficacité - contrôle

Aide technique

- siège éjecteur

- ...

Contrôle de la stabilité posturale

Réserve mécanique

Et effort musculaire

requis

GTS-504. (C) R. Aissaoui

strat gies durant la t a d
Stratégies durant la T.A.D.
  • Stratégie basé sur la vitesse horiz. du CG + distance horiz. CG – BS (base de support) au décollement du siège
    • Stratégie du Transfert (VH-CG > 10 cm/s; CG-BS > 5 cm)
    • Stratégie de Stabilisation (VH-CG < 7.5 cm/s; CG-BS < 5 cm)
    • Stratégie du compromis (Intervalle entre les 2 stratégies)
  • Stratégie basé sur les puissances articulaires générées à la hanche tronc et genou
    • Stratégie tronc-hanche (repositionnement du tronc)
    • Stratégie du genou (très haut moment au genou durant la phase 2)

GTS-504. (C) R. Aissaoui

chec dans la r alisation de la t a d
Échec dans la réalisation de la T.A.D.
  • Étude 1 : caractérisation des chutes
    • Chute en arrière
    • Chute par devant

(conclusion: les deux types de chutes sont caractérisées par une faible

Génération de quantité de mouvement pendant le transfert)

  • Étude 2 : Différentiation entre trois types de T.A.D.
    • T.A.D. à vitesse naturelle
    • T.A.D. rapide
    • T.A.D. rapide suivie d’une chute en avant

GTS-504. (C) R. Aissaoui

approches nouvelles dans la d termination de la stabilit pendant la t a d
Approches nouvelles dans la détermination de la stabilité pendant la T.A.D.
  • Optimisation (pendule inversé à 2 segments) avec les contraintes suivantes:
    • Vitesse CG
    • Forces gravitationnelle
    • Friction
    • Déplacement du CP (pied)

les mouvements possibles sont définis par un diagramme représentant la variation de la vitesse A/P du CG en fonction de la projection du CG sur la base de support bipodale.

GTS-504. (C) R. Aissaoui

optimisation par un pendule invers
Optimisation par un pendule inversé

GTS-504. (C) R. Aissaoui

mod le de papa cappozzo 1999
Modèle de Papa & Cappozzo (1999)

GTS-504. (C) R. Aissaoui

slide41
Topologie de mouvement basé sur le diagramme de phase entre le moment conjugué généralisé p1 et l’angle virtuel θ1

GTS-504. (C) R. Aissaoui

mod le propos un double pendule a segment t lescopique
Modèle proposé : Un double pendule a segment télescopique

l(t) : représente la longueur du tronc la

norme du vecteur q2(t)

r(t) : représente la norme du vecteur

hanche-cheville q1(t)

GTS-504. (C) R. Aissaoui

formalisme lagrangien
Formalisme lagrangien
  • Dans le formalisme lagrangien, on postule que le système est caractérisé par un ensemble de 2k (k=2) variables définissant l’état instantanné du système et par une fonction L = T-V définissant l’évolution temporelle de celui-ci sous le principe de moindre action de Hamilton.
  • T= énergie cinétique du système
  • V=énergie potentielle du système

GTS-504. (C) R. Aissaoui

lagrangien
Lagrangien

Coordonnées généralisées

GTS-504. (C) R. Aissaoui

contraintes cin matiques sur le double pendule t l scopique invers
Contraintes cinématiques sur le double pendule téléscopique inversé

GTS-504. (C) R. Aissaoui

moment conjugu moment cin tique du syst me
Moment conjugué : moment cinétique du système

Moment d’inertie

Membre inf.

Tronc

Énergie cinétique

Interaction

Tronc-Membre Inf.

GTS-504. (C) R. Aissaoui

utilisation de l acc lerom tre dans la t a d
Utilisation de l’accéleromètre dans la T.A.D.
  • Détection des événements temporels. (Bijan et coll., 2002)
  • Mesure de la trajectoire angulaire du tronc (accl + gyros) (Giansanti et coll., 2007)
  • Mesure de l’équilibre durant la T.A.D. (Janssen et coll., 2008)
  • Mesure de la dépense énergétique à la marche par la mesure de l’aire sous la courbe accélérométrique.

GTS-504. (C) R. Aissaoui

surface acc l rom trique
Surface accélérométrique

GTS-504. (C) R. Aissaoui

hypoth se de travail
Hypothèse de travail
  • Il existe une corrélation entre le moment cinétique p1 du corps et l’information mesurée par l’accéléromètre au niveau du tronc au moment du décollage du siège (seat-off).

GTS-504. (C) R. Aissaoui

dispositif exp rimental
Dispositif expérimental

GTS-504. (C) R. Aissaoui

traitement des donn es
Traitement des données
  • Filtrage individuelle des coordonnées x, y,z ainsi que les accélérations en x, y, z par le programme PSA (power spectral analysis). Le programme PSA estime le spectre du signal par la méthode paramétrée de la covariance modifiée.
  • L’ajustement des courbes paramétrés par la fonction tangente hyperbolique est réalisée par optimisation par la méthode de Levenberg-Marquardt.

GTS-504. (C) R. Aissaoui

caract ristiques des sujets
Caractéristiques des sujets

GTS-504. (C) R. Aissaoui

r sultat de l optimisation
Résultat de l’optimisation

r(t)

rms = 4 mm

1

GTS-504. (C) R. Aissaoui

r sultat de l optimisation1
Résultat de l’optimisation

2

rms = 0.008 rad = 0.45 deg

1

GTS-504. (C) R. Aissaoui

r sultat typique d une t a d
Résultat typique d’une T.A.D

Hauteur x taille = 81 x 1.85 = 149.85

GTS-504. (C) R. Aissaoui

r sultat typique d une t a d1
Résultat typique d’une T.A.D

Hauteur x taille = 72 x 1.81 = 130.32

GTS-504. (C) R. Aissaoui

d composition de f 1
Décomposition de F(1)

GTS-504. (C) R. Aissaoui

exemple de d calage
Exemple de décalage

GTS-504. (C) R. Aissaoui

analyse statistique
Analyse statistique

Le coefficient de corrélation de Spearman r =0.6 (p<0.04)

GTS-504. (C) R. Aissaoui

conclusion
conclusion
  • Il existe une corrélation entre la mesure accéléromètrique et le modèle non-linéaire à l’instant du décollement du siège.
  • Il existe un couloir (une invariance) lors du moment du décollement pour la quantité du moment cinétique (0.3)
  • Il serait intéressant d’étudier l’echec ou la réussite de la T.A.D en fonction du seuil de décollement

GTS-504. (C) R. Aissaoui