Tibiofemoral contact areas and contact forces in healthy and osteoarthritic subjects

Résumé

La gonarthrose est un type courant d'incapacité musculo-squelettique, en particulier chez les personnes âgées. Des forces de contact excessives sur l’articulation, ou sur une partie spécifique des surfaces articulaires (par exemples sur le compartiment médial), ainsi que le déplacement des forces de contact vers les régions qui ne sont pas adaptées aux charges sont les facteurs mécaniques qui peuvent provoquer la gonarthrose. Par conséquent, il est crucial de comprendre les différences de ces paramètres mécaniques chez les sujets gonarthrosiques par rapport aux sujets sains. Le but de cette étude était de comparer les localisations des points de contact tibiofémoraux et les forces de contact chez les sujets gonarthrosiques et sains et d'examiner si les localisations des points de contact influencent la distribution des forces de contact dans l’articulation dans ces deux groupes. La localisation des points de contact tibiofémoraux chez 10 sujets sains et 9 sujets gonarthrosiques au cours d'un mouvement de squat a été mesurée à l'aide d’une série d'images radiographiques biplanes. Une méthode manuelle de reconstruction et recalage 3D multi-vues a été utilisée pour reconstruire la forme et la position des os dans différentes positions et un calcul pondéré de la carte des distances os-à-os a été appliqué pour estimer la localisation des points de contact. Les résultats ont montré que les emplacements des points de contact des sujets gonarthrosiques sur les deux compartiments médial et latéral étaient décalés médialement par rapport aux emplacements du groupe sain. Dans les deux groupes, les points de contact ont montré une excursion postérieure sur le compartiment médial et des excursions postérieures et latérales sur le compartiment latéral. L'excursion sur le compartiment lateral était plus petite chez les sujets gonarthrosiques. Afin d’estimer les forces de contact tibiofémorales, un modèle musculo-squelettique du membre inférieur avec l'intégration des points de contact personnalisés a été mise en oeuvre. Le modèle estime les forces de contact pendant la marche aux points de contact spécifiques au sujet, tels que définis pendant le mouvement de squat. Le modèle de l'articulation fémorotibiale a ainsi été reformulé de telle sorte que les contraintes de l'articulation correspondent à la superposition des points de contact personnalisés tibial et fémoral en fonction de l’angle de flexion du genou. Les contraintes proposées sont adaptables aux points de contact dérivés des modèles articulaires classiques (par exemple, des mécanismes parallèles) ou ceux mesurés expérimentalement à partir des techniques d'imagerie 3D (par exemple, la fluoroscopie). Les forces de contact estimées à l'aide des points de contact personnalisés ont été comparées à celles estimées à partir des modèles classiques de l'articulation du genou chez 10 sujets sains. Les résultats ont montré que l'impact de la personnalisation des points de contact sur les forces de contact est très variable entre les sujets et que les déplacements des points de contact seuls ne peuvent prédire la distribution des forces de contact entre les compartiments médial et latéral. Pour évaluer la contribution des points de contact à la distribution des forces de contact, le modèle musculo-squelettique du membre inférieur avec les trajectoires de points de contact personnalisées a été utilisé pour estimer les forces de contact médiales et latérales de 12 gonarthrosiques et 10 sujets sains. Les forces de contact chez les sujets sains étaient légèrement plus élevées que chez les sujets gonarthrosiques. Cependant, aucune différence statistiquement significative n'a été notée dans les pics de force de contact médiaux, latéraux ou totaux. Les résultats d’une analyse de régression linéaire ont montré que le moment d'adduction du genou et le moment de flexion du genou étaient les principaux contributeurs au ratio de force de contact entre médial et total dans les deux groupes. Selon l'emplacement du point de contact dans deux directions anatomiques, seul l'emplacement du point de contact médial dans la direction médiale/latérale a eu une contribution significative au ratio de force chez les sujets gonarthrosiques. Cette étude a montré que le mécanisme de distribution de la force de contact dans l’articulation était différent dans les articulations arthrosiques où, contrairement aux personnes en bonne santé, l'emplacement du point de contact avait une contribution significative. De plus, le moment de flexion du genou a eu une plus grande contribution que le moment d'adduction du genou, alors que chez les sujets sains, le moment d'adduction du genou était le facteur le plus important.

Date	27 juin 2018
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Rachid Aissaoui (Directeur(-trice)) & Raphaël Dumas (Codirecteur(-trice))