Influence de l’intégration d’un modèle de la musculature cervicale active sur la cinématique tête-cou

Résumé

La région cervicale constitue une zone anatomique particulièrement vulnérable lors d’accidents de la route, de chutes à grande vitesse ou de la pratique de sports de contact. Les patrons de blessures issus des mécanismes lésionnels sont dépendants d’une grande variété de paramètres. Parmi ces facteurs, la contraction musculaire permettrait la réduction de l’amplitude de mouvement de la tête et du cou et contribuerait ainsi à la rigidification de la zone cervicale. Pour élucider ces phénomènes, les modèles numériques de la tête et du cou intègrent des modèles de contraction musculaire de type Hill. Cependant ces mêmes modèles affichent des performances limitées lors de sollicitations à hautes dynamiques. La question qui se pose est donc dans quelle mesure, l’intégration des muscles cervicaux à l’aide d’un modèle de Hill affiné, améliore-t-il la prédiction de la cinématique du cou et de la tête lors d’un impact frontal ? D’abord, le code source libre du modèle de Hill raffiné (Extended Hill Type Model, EHTM) a été traduit et adapté pour le solveur OpenRadioss. Une configuration expérimentale de chargement musculaire sur un spécimen porcin a ensuite été reproduite dans le logiciel de modélisation par éléments finis. Les résultats de vitesse de contraction pour quatre chargements différents (100g, 400g, 800g, 1600g) ont été comparés aux résultats expérimentaux et une très bonne corrélation a été établie pour les faibles chargements avec un score CORA (Correlation Analysis) de 0,89 pour le chargement faible. Dans un second temps, treize regroupements musculaires ont été implémentés au modèle SM2S (Spine model for safety and surgery) et calibrés selon les paramètres physiologiques d’une étude anatomique. La validation du comportement cinématique du modèle s’est faite en reproduisant un essai d’impact frontal sur chariot à 2G de décélération menée sur dix sujets volontaires. Un plan d’expérience a été mis en place pour étudier l’influence du délai d’activation et le niveau d’activation de la contraction des muscles sur la cinématique de la tête et du cou. De plus, une méthode novatrice de contraction basée sur le phénomène physiologique de réflexe monosynaptique a aussi été évaluée. L’étude a démontré que les paramètres d’activation musculaire influencent significativement la cinématique de la tête, avec un effet opposé selon le niveau d’activation : une activation rapide améliore la rotation à faible amplitude (CORA = 0,82), tandis qu’elle la détériore à haute amplitude (CORA = 0,36). Toutefois, la présence de plusieurs maxima locaux du score CORA parfois en dehors de configurations physiologiquement plausibles, révèle un manque de robustesse de la méthode d’activation tabulée. Malgré des scores CORA encore faibles, les résultats obtenus ont permis de rendre compte de l’influence des paramètres des profils de commande d’activation tabulées pour la musculature cervicale sur la cinématique du cou et de la tête. Cette étude constitue les premières données de validation d’un nouveau modèle de Hill à l’échelle d’un muscle sur le solveur OpenRadioss. Des études subséquentes sont envisagées pour investiguer l’utilisation d’un contrôleur de type « boucle fermée » afin d’asservir la commande neuronale et mimer la contraction consciente ou inconsciente de la musculature sans avoir à implémenter des profils d’activation tabulés.

Date	26 août 2025
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Marie-Hélène Beauséjour (Directeur(-trice)) & Éric Wagnac (Codirecteur(-trice))