Les blessures musculo-squelettiques du membre supérieur représentent un problème de santé publique dans le secteur de la manutention. En plus d’affecter la qualité de vie du travailleur, ces lésions entraînent une perte de temps de travail et une augmentation des coûts de production. Alors que nous avons des évidences épidémiologiques que les femmes manutentionnaires sont plus nombreuses que les hommes à souffrir de douleurs à l’épaule, la littérature fait défaut d’indices biomécaniques qui expliquent l'origine de cette différence. L'objectif général de cette thèse était d'améliorer l'évaluation des techniques de manutention du membre supérieur, avec trois objectifs spécifiques : (1) développer des indices cinématiques, électromyographiques et musculo-squelettiques synthétiques pour évaluer et différencier des techniques de manutention du membre supérieur ; (2) développer un logiciel libre d'analyse biomécanique ; et (3) utiliser les indices et le logiciel développés pour décrire les différences biomécaniques entre des femmes et des hommes manutentionnaires. Nous avons récolté des données de cinématique, d'électromyographie et de force sur 30 femmes et 30 hommes réalisant une tâche de manutention qui consistait à déplacer une boîte de 6 et 12 kg entre la hauteur des hanches et la hauteur des yeux. À partir de ces données, nous avons développé des indicateurs synthétiques : un indicateur cinématique utile pour identifier des techniques de manutention problématiques et plus généralement les fonctions articulaires ; des indicateurs électromyographiques qui permettent d'estimer la quantité d'activation musculaire et la co-contraction musculaire ; et des indicateurs musculo-squelettiques qui permettent d'estimer les contraintes musculaires totales et les contraintes appliquées à l'articulation glénohumérale. Nous avons implémenté ces indicateurs avec pyomeca, notre logiciel libre d'analyse biomécanique. Mis à disposition de la communauté biomécanique, pyomeca supporte des tâches utiles dans le quotidien d'un chercheur biomécanique, mais également des routines biomécaniques plus avancées, axées sur la mécanique du corps rigide et le traitement de signal. Ce dernier se démarque des logiciels biomécaniques existants parce que c'est une solution libre, conviviale, spécialisée et sûre. Nous avons ensuite appliqué les indices synthétiques pour décrire les différences biomécaniques entre les femmes et les hommes participant à notre expérimentation. L'indicateur cinématique a montré que les femmes employaient une technique de manutention moins sécuritaire, avec une plus grande contribution glénohumérale, une faible contribution des membres inférieurs et une boite plus éloignée du tronc. Ces différences de technique se sont répercutées sur les indicateurs électromyographiques et musculo-squelettiques, avec des activations musculaires deux fois plus importantes comparativement aux hommes et une moindre stabilité de l'articulation glénohumérale. Ces différences pourraient contribuer à expliquer la prévalence de blessure du membre supérieur plus élevée chez les femmes manutentionnaires. Cette thèse a donc permis de développer des indicateurs synthétiques et un logiciel libre d'analyse biomécanique qui pourraient permettre aux ergonomes d'évaluer l'exposition aux risques de blessures du membre supérieur pendant une tâche de travail dynamique. Appliqués à une population spécifique, ces indicateurs suggèrent qu'il est crucial d'accorder une attention particulière au sexe pendant l'évaluation d'une tâche de travail au-dessus des épaules. / Work-related upper limb musculoskeletal disorders represent a public health challenge in the material handling industry. In addition to affecting the worker's quality of life, these injuries result in lost work time and increased production costs. While we have epidemiological evidence that more female material handlers suffer from shoulder pain than men, the literature is lacking biomechanical indicators that explain the origin of this difference. The general objective of this thesis was to improve the evaluation of upper limb handling techniques, with three specific objectives~: (1) to develop synthetic kinematic, electromyographic and musculoskeletal indicators to evaluate and differentiate upper limb handling techniques~; (2) to develop an open source biomechanical analysis software~; and (3) to use the developed indicators and software to describe the biomechanical differences between female and male workers. We collected kinematics, electromyography and force data on 30 women and 30 men performing a handling task that consisted in lifting a 6 and 12~kg box from hip to eye level. From these data, we developed synthetic indicators~: a kinematic indicator useful to identify poor handling techniques and more generally joint functions~; two electromyographic indicators to quantify the amount of muscle activation and muscle co-contraction~; and two musculoskeletal indicators to estimate total muscle stress and stress applied to the glenohumeral joint. We have implemented these indicators with pyomeca, our open-source biomechanical analysis software. Available to the biomechanical community, pyomeca provide basic operations useful in the daily workflow of a biomechanical researcher, but also more advanced biomechanical routines geared towards rigid body mechanics and signal processing. pyomeca stands from existing biomechanical software because it is an open-source, user-friendly, specialized and secure solution. We then applied our synthetic indicators to describe the biomechanical differences between the women and men participating in our experiment. The kinematic indicator showed that women used a poor handling technique, with a higher glenohumeral contribution, a low contribution from the lower limbs and a box further away from the trunk. These differences in technique affected the electromyographic and musculoskeletal indicators, with twice as much muscle activation compared to men and less glenohumeral stability. These results may contribute to the sex difference in the prevalence of upper limb musculoskeletal disorders. This thesis has enabled the development of biomechanical indicators and an open-source software that could allow ergonomists to assess the upper limb exposure during a dynamic lifting task. Applied to a specific population, these indicators argue for a careful consideration of sex during ergonomics intervention, particularly during overhead work.

Introduction. La thérapie axée sur la répétition de tâches fonctionnelles est préconisée pour la réadaptation du membre supérieur à la suite d’un accident vasculaire cérébral (AVC). Toutefois, aucun programme d’intervention n’opérationnalise l’ensemble des composantes clés du TOT en une démarche clinique valide de rééducation du membre supérieur post AVC en ergothérapie. Objectifs. 1) Établir la validité de contenu d’un programme de rééducation du membre supérieur post AVC en ergothérapie et 2) proposer un modèle logique de l’intervention qui fait consensus auprès d’experts et d’usagers. Méthodes. Un modèle logique d’un programme de rééducation du membre supérieur post AVC en ergothérapie a été développé, puis soumis à deux méthodes de recherche pour valider le contenu et obtenir un consensus d’experts et d’usagers : 1) Méthode Delphi : 14 experts ont examiné des capsules audiovisuelles illustrant le programme d’intervention et ont répondu à deux questionnaires pour valider les objectifs, la nature de l’intervention, les ressources, les activités et les extrants; 2) Technique de groupe nominal : six usagers ayant un vécu expérientiel de l’intervention ont généré les effets ciblés. L’indice de validité de contenu, deux indices d’accord interjuges et l’analyse de contenu ont été utilisés pour analyser les données. Résultats. Près de 93 % du contenu du programme de rééducation du membre supérieur post AVC en ergothérapie obtient un indice de validité satisfaisant, dont 82 % qui font consensus auprès d’experts et d’usagers dans un modèle logique révisé. Conclusion. Le modèle logique révisé propose une vision commune, quoiqu’incomplète, d’un programme de rééducation du membre supérieur post AVC en ergothérapie basé sur le TOT. Les activités et les extrants de l’évaluation devront faire l’objet de validation lors d’une phase subséquente d’implantation. Un transfert de connaissances sur les moyens pour favoriser le sentiment d’efficacité personnelle est aussi à prévoir pour réévaluer son rôle dans le programme d’intervention. / Background. Task-Oriented Training (TOT) is the recommended approach for upper extremity rehabilitation after a stroke. To date, no program have operationalized all the key components of TOT into a valid upper extremity clinical rehabilitation process post stroke in occupational therapy. Objectives. 1) To determine the content validity of an upper extremity rehabilitation program post stroke in occupational therapy and 2) to propose a logic model reaching consensus among experts and patients. Methods. A logic model of an upper extremity rehabilitation program post stroke in occupational therapy was developed and validated. Two research methods were used to validate the content and to achieve a consensus of experts and patients : 1) Delphi method : 14 experts examined audiovisual capsules of the intervention and completed two questionnaires to validate the objectives, the nature of the intervention, the resources, the activities and the outputs; 2) Nominal group technique : six patients with experience of the intervention generated the outcomes. The content validity index, two interrater agreement statistics and a content analysis were used for data analysis. Results. Almost 93 % of the content of the upper extremity rehabilitation program post stroke in occupational therapy obtained a satisfactory validity index, including 82 % reaching consensus among experts and patients in a revised logic model. Conclusion. The revised logic model now offers a common, albeit incomplete, vision of an upper extremity rehabilitation program post stroke based on the TOT in occupational therapy. Activities and outputs of the evaluation should be validated during a subsequent implementation phase. Knowledge translation on the modalities to promote self-efficacy is also to be planned to reassess its role in the intervention program.

L’utilisation à long terme d’un fauteuil roulant après une lésion de la moelle épinière (LMÉ) est associée à une augmentation de la sédentarité et une diminution du niveau d’activité physique. Malheureusement, ces changements mènent à un cycle de déconditionnement qui contribue à l’augmentation de risques, au développement ou à l’aggravation de problèmes secondaires de santé touchant les membres supérieurs et inférieurs. En ce sens, 60 % de la population avec LMÉ présentent des douleurs et déficiences aux membres supérieurs. Aux membres inférieurs, l’ostéoporose est fréquente et chaque année, 10 % de la population avec LMÉ subit des fractures. Conséquemment, des répercussions sur la fonction et la qualité de vie en résultent. Pour contrer ce cycle vicieux, l’activité physique est recommandée. La marche au sol assistée par un exosquelette robotisé est une intervention prometteuse puisqu’elle nécessite des efforts musculaires aux membres supérieurs et augmente la mise en charge aux membres inférieurs. Toutefois, des cas de fractures aux membres inférieurs ont été rapportés. Ainsi, cette thèse visait à élaborer un algorithme d’entraînement préliminaire pour minimiser les risques de fractures pendant l’intervention, et à explorer les effets sur la force musculaire aux membres supérieurs, la performance et les habilités auto-rapportées en fauteuil roulant, et des marqueurs de force et de remodelage osseux aux membres inférieurs. L’algorithme d’entraînement a été développé par un consensus d’experts en suivant les critères de densité minérale osseuse de l’Organisation mondiale de la Santé. Dix individus (4 femmes, 46±11 ans) avec une LMÉ chronique (≥18 mois), qui utilisent un fauteuil roulant comme principale mode de locomotion, ont été recrutés pour suivre un programme de marche (16 semaines, 1 à 3 séances/sem). Les mesures suivantes ont été effectuées pré et post intervention : la force musculaire fonctionnelle (poussées/tirées sur une roue de fauteuil roulant, force de préhension), la masse musculaire (absorptiométrie), et la force relative (force/masse) aux membres supérieurs ; des tests de performance (vitesse de propulsion naturelle et maximale, slalom) et un questionnaire d’habilités en fauteuil roulant (Wheelchair Skills Test Questionnaire) ; l’ostéodensitométrie et la géométrie osseuse (CT-scan) aux membres inférieurs, ainsi que des marqueurs sanguins de remodelage osseux (ostéocalcine, télopeptide-C). La taille d’échantillon étant limitée (tests non paramétriques), un changement était significatif si : p<0,1 ; taille d’effet ≥0,5 ; et variation relative >5 %. D’une part, l’algorithme préliminaire a permis de moduler le volume d’entraînement en fonction du profil osseux (ostéoporose, ostéopénie et préservé) et aucun cas de fracture n’a été rapporté pendant le programme d’entrainement. D’autre part, suivant l’intervention, la force et la masse musculaire aux membres supérieurs sont demeurées stables. Néanmoins, la vitesse de propulsion naturelle a augmenté. Par ailleurs, une réponse osseuse prometteuse a été observée aux membres inférieurs (fémur : augmentation du contenu minéral osseux, et des indexes de résistance à la compression et à la flexion, mais réduction de l’épaisseur de l’os cortical ; tibia : augmentation de la section transversale corticale, et de l’index de résistance à la torsion). Ainsi, à la lumière des résultats, des interventions multimodales (ex. : combinées à des exercices plus ciblés aux membres supérieurs ou la pharmacothérapie pour l’ostéoporose aux membres inférieures) pourraient s’avérer nécessaires pour optimiser les effets potentiellement bénéfiques d’un tel programme, tant aux niveaux des membres supérieurs et inférieurs que sur la fonction quotidienne. / Long-term wheelchair use following a spinal cord injury (SCI) is associated with increased sedentary behaviour and decreased levels of physical activity. Unfortunately, these changes lead to a cycle of deconditioning that increases the risk, development, and/or aggravation of one or more secondary health conditions affecting the upper and lower limbs. In the upper limbs, pain and impairments are present in up to 60% of the SCI population. In the lower limbs, osteoporosis is commonly experienced. Further, each year up to 10% of this population experience fractures. Consequently, negative repercussions on function and quality of life are experienced. To counter this vicious cycle, physical activity is recommended. Overground exoskeleton-assisted walking is a promising intervention to help counter the cycle, since it requires muscular efforts in the upper limbs and increases weight bearing on the lower limbs. However, such an intervention is not without risk: cases of fractures in the lower limbs have been reported. Thus, this thesis aimed to develop a preliminary training algorithm to minimize the risk of fractures during the intervention, and to explore the effects of exoskeleton-assisted walking on upper limb muscle strength, performance and self-reported wheelchair skills, and strength and bone remodeling markers in the lower limbs. First, the training algorithm was developed by expert consensus following bone mineral density criteria from the World Health Organization. Thereafter, 10 individuals (4 women, 46±11 years) with chronic SCI (≥18 months), who use a wheelchair as their primary mode of locomotion, were recruited into the walking program (16 weeks, 1 to 3 sessions/week). The following measurements were taken pre and post intervention: functional muscle strength (pushing/pulling on a wheelchair wheel, grip strength), muscle mass (absorptiometry), and relative strength (strength/mass) of the upper limbs; wheelchair performance tests (natural and maximal propulsion speed, slalom) and skills (Wheelchair Skills Test Questionnaire); bone densitometry and bone geometry (CT-scan) in the lower limbs, as well as blood markers of bone remodeling (osteocalcin, telopeptide-C). Since the sample size was limited (non-parametric tests), a significant change was observed if three criteria were met: p<0.1; effect size ≥0.5; and relative change >5%. The preliminary algorithm modulated the training volume according to bone profile (osteoporosis, osteopenia and preserved) and no cases of fracture occurred. Following the intervention, strength and muscle mass in the upper limbs remained stable whereas only natural propulsion speed increased. Overall, a promising bone response was measured in the lower limbs (femur: increased bone mineral content, bone strength index, and stress-strain index, but decreased cortical bone thickness; tibia: increased cortical cross-sectional area, and polar moment of inertia). Ultimately, multimodal interventions (e.g., combining with specific upper limb exercises or pharmacotherapy for osteoporosis in the lower limbs) may be necessary to optimize the potential beneficial effects of such a program, both on the upper and lower limbs, and on function.

Les amputations d’un membre supérieur sont non seulement dévastatrices pour le bien-être physique, psychologique et social des patients, mais elles comportent également des répercussions financières importantes pour l’individu et le système de santé. Les allotransplantations de tissus composites vascularisés ont été proposées en tant que solution permettant de rétablir la forme et la fonction au détriment d’une immunosuppression à vie et d’un taux élevé de rejet chronique. Les prothèses myoélectriques combinent l’expertise chirurgicale avec les avancées technologiques pour réhabiliter les fonctions motrices d’un moignon amputé, mais elles demeurent limitées par un taux élevé d’abandon et des coûts importants. Dans les systèmes de santé avec des ressources limitées, les dirigeants ont la tâche complexe de partager équitablement l’allocation de ressources entre plusieurs maladies et interventions. Dans le domaine de l’économie de la santé, les analyses de type coût-bénéfice ont été développées pour répondre à ces questions. Les mesures d’utilité doivent incorporer l’impact que le traitement suscite sur l’espérance de vie et la qualité de vie. Ces utilités sont ensuite rapportées en fonction du coût, ce qui permet aux dirigeants de la santé de déterminer dans quels traitements il serait préférable d’investir les ressources. Dans cette thèse, nous proposons un modèle pour étudier les coûts-utilité des allotransplantations de la main et des prothèses myoélectriques. Pour commencer, une étude pilote a été effectuée sur les amputations du pouce traitées avec des lambeaux libres de l’orteil, ce qui nous a permis de confirmer la faisabilité des questionnaires d’utilité conçus. Par la suite, les utilités ont été mesurées dans une population d’amputés du membre supérieur, de patients réimplantés proximalement et de contrôles en santé. Les résultats démontrent que 1) les patients réimplantés rapportent la meilleure utilité avec les prothèses myoélectriques, 2) les amputés unilatéraux préfèrent significativement les prothèses myoélectriques également, et 3) aucune différence n’a été recelée entre les deux traitements chez les amputés bilatéraux. Au final, une analyse des coûts-bénéfices a été effectuée dans le contexte du système de santé canadien, démontrant que le traitement des patients amputés unilatéralement avec des prothèses myoélectriques permettrait de sauver davantage de coûts, alors que l’écart en épargnes monétaires se rétrécit pour les amputés bilatéraux traités avec une allotransplantation ou une prothèse. Avec les résultats rapportés dans cette thèse, nous pouvons proposer une mise à jour des indications de traitements pour les patients avec une amputation du membre supérieur. Basé sur l’analyse de type coût-utilité, nous concluons que les amputés unilatéraux sont de meilleurs candidats pour des prothèses myoélectriques, alors que les deux traitements sont encore adéquats pour les amputations bilatérales. / Amputations of the upper extremity are not only devastating for the patient’s physical, psychological and social well-being, but they also yield significant financial repercussions to the individual and the healthcare system. Vascularized composite allotransplantations of the upper extremity were proposed as a solution to restore form and function, albeit to the detriment of lifelong immunosuppression and high rates of chronic rejection. New-generation myoelectric prostheses combine surgical prowess with technological refinements to rehabilitate motor functions of the amputated stump, but remain plagued by high rates of abandonment and significant costs. In healthcare systems wherein resources are limited, financial regulators have the difficult task of proposing an equitable divide of resource allocations between a multitude of diseases and interventions. In the field of health economics, cost-benefit analyses were developed to assist in this decision-making process. Utility outcome measures need to encompass the impact that a treatment elicits on life expectancy and quality of life. Comparison of utilities of different interventions as a function of cost further indicates which route healthcare regulators should partake. In this thesis, we propose a model to study cost-utilities of hand allotransplantation and myoelectric prostheses. To begin, a pilot study was performed on thumb amputations treated with free toe flaps, which allowed to confirm the feasibility of the utility questionnaires that we developed. Afterwards, utilities and quality adjusted life years were measured in a population of upper extremity amputees, proximally replanted patients and healthy controls. Findings demonstrated that 1) replanted patients reported the highest utility outcomes for myoelectric prostheses, 2) unilateral amputees significantly preferred myoelectric prostheses as well, and 3) no significant preference between both interventions was obtained in patients with bilateral amputations. Finally, a cost-benefit analysis was performed in the context of the Canadian healthcare system, demonstrating that significant savings can be achieved with treatment of unilateral amputations with myoelectric prostheses, whereas the gap in cost savings between both treatment groups becomes less significant in bilateral amputees. With the findings reported in this thesis, we can propose an update of the indications for treatment in patients with upper extremity amputations. From the perspective of cost-utility analyses, we conclude that unilateral amputees are better candidates for myoelectric prostheses, and that both treatments can still be offered in cases of bilateral amputations.

Problématique. L'utilisation d'un chien d'assistance à la mobilité (CAM) représente une option novatrice pour préserver l’intégrité des membres supérieurs (MSs) chez les utilisateurs de fauteuil roulant manuel (FRM). Aucune étude biomécanique n’a quantifié les effets du CAM sur les efforts aux MSs lors de la montée d’un plan incliné. Objectif. Cette étude quasi-expérimentale vise à comparer les efforts aux MSs lors de la montée d’un plan incliné avec et sans l’assistance d’un CAM. Méthodologie. Dix participants avec une lésion de la moelle épinière (LME) qui utilisent un FRM et possèdent un CAM ont monté un plan incliné à trois reprises avec et sans l’assistance du CAM. Les forces appliquées sur les cerceaux, mesurées avec des roues instrumentées, et les mouvements du FRM et des MSs, enregistrés avec un système d'analyse du mouvement, ont permis de mesurer les efforts mécaniques aux MSs. Simultanément, l'activité électromyographique (EMG) des muscles grand pectoral, deltoïde antérieur, biceps et triceps a été enregistrée et normalisée avec sa valeur maximale pour mesurer les efforts musculaires aux MSs. Résultats. En général, le CAM réduit significativement les valeurs moyennes et maximales de la force totale appliquée aux cerceaux et de sa composante tangentielle, des moments nets de flexion, de rotation interne et d’adduction aux épaules et des taux d’utilisation musculaire du deltoïde antérieur, du biceps et du triceps. Conclusion. L’assistance d’un CAM réduit les efforts aux MSs lors de la montée d’un plan incliné chez les utilisateurs d’un FRM ayant une LME. / Problematic. The use of a mobility assistance dog (ADMob) represents an innovative option to preserve upper limb (U/Ls) integrity in manual wheelchair (MWC) user population. No biomechanical studies have quantified the effects of ADMob on U/Ls efforts when climbing an incline. Objective. This quasi-experimental study compares the U/Ls efforts when climbing an incline with and without the assistance of an ADMob for MWC traction. Methodology. Ten participants with spinal cord injury (SCI) using a MWC and owning an ADMob climbed an incline 3 times with and without the use of an ADMob. The forces applied to the handrims, captured with instrumented wheel and movements of the MWC and the U/Ls, recorded with a three-dimensional motion analysis system, were used to measure the U/Ls mechanical efforts. Simultaneously, the electromyographic (EMG) activity of the pectoralis major muscle, anterior deltoid, biceps and triceps were recorded during the tasks and normalized with its maximum value to measure the U/Ls muscular efforts. Results. Typically, ADMob significantly reduces the mean and peak values of the total force applied to the rings and the tangential component, the mean and peak values of flexion, internal rotation and adduction net joint moments at the shoulder and the mean and peak values of muscular utilization ratio of anterior deltoid, pectoralis major, biceps and triceps. Conclusion. The assistance of an ADMob for MWC traction when climbing an incline reduces the effort to U/Ls among MWC users with a SCI.

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