Cette thèse, née d’une collaboration entre le laboratoire LEMTA et l’entreprise Novastep, a pour but de concevoir une prothèse de resurfaçage des têtes métatarsiennes des rayons latéraux (2ème, 3ème et 4ème orteils). Ces rayons sont touchés par de nombreuses pathologies (arthrose, maladie de Freiberg, …) pouvant engendrer des douleurs et être handicapantes au quotidien. Bien que de nombreuses solutions prothétiques pour le resurfaçage des têtes métatarsiennes soient disponibles sur le marché, elles sont en majorité conçues pour le resurfaçage du 1ier rayon. La prothèse de Novastep est donc prévue pour offrir une solution viable pour le traitement de ces pathologies. Le développement de la prothèse passe par plusieurs étapes qui sont : • La recherche des exigences médicales et mécaniques à respecter ; • La conception de la prothèse ; • La mise au point de la technique opératoire (instrument pour la pose) ; • La réalisation des essais (vérification des performances de la prothèse). Ce cycle de conception permet de justifier les performances de la prothèse dans l’optique d’obtenir l’autorisation de mise sur le marché. En parallèle de la conception de la prothèse de resurfaçage, une étude de remodelage des métatarsiens après implantation a été effectuée. Cette étude a pour but, dans un premier temps, de présenter et valider un protocole pour la préparation des modèles EF de remodelage osseux à partir de données tomodensitométriques spécifiques au patient. Dans un deuxième temps, cette étude a permis d’analyser l’impact de la prothèse de Novastep sur l’os et de comparer ces résultats avec ceux obtenus pour une prothèse concurrente (LMHI de Wright Medical). Dans un dernier temps, l’influence de différents paramètres de la loi de remodelage et du modèle a été étudiée. A notre connaissance, ce travail est le premier portant sur le remodelage osseux d’un métatarsien prothésé. A terme, ce travail pourra aboutir à la création d’un outil d’aide à la décision destiné aux concepteurs pour les choix technologiques de design des prothèses et aux chirurgiens pour sélectionner la technique chirurgicale la plus adaptée à chaque patient. Pour ce faire, il sera nécessaire de valider les résultats issus des prévisions numériques de remodelage avec des résultats cliniques post-opératoires / This doctoral thesis, the result of a collaboration between LEMTA laboratory and Novastep company, explains the design of a metatarsal head resurfacing prosthesis of the lateral toes (2nd, 3rd and 4th toes). These toes can be affected by several pathologies, including arthritis and Freiberg’s disease, which are painful and can bec ripping in everyday life. Although many prosthetic solutions for the resurfacing of the metatarsal heads are available on the market, they are often developed for the first toe only. Novastep’s prosthesis was developed to afford a viable solution for the treatment of those pathologies in other toes as well. The development of this prosthesis requires several steps which are: • The definition of medical and mechanical requirements which must been taken into account ; • The design of the prosthesis ; • The development of the surgical technique, that is, the instrumentation for setting up the prosthesis ; • Mechanical and clinical testing to verify the performance of the prosthesis. This design cycle permits justification of the device’s performance necessary to obtain the market approval. In parallel with the resurfacing prosthesis, a study of metatarsal bone remodeling after implantation was realized. This study aimed to present and validate a protocol for the preparation of finite element models of bone remodeling from patient specific computed-tomography data. It also permitted analysis of the impact of the Novastep’s prosthesis on the metatarsal and comparison of those resuts with results obtained with a competitor’s equivalent prosthesis (LMHI of Wright Medical). To our knowledge, this study was the first on the bone remodeling of a prosthetic metatarsal. In the long term, this work could lead to the creation of a decision-making tool for designers for the technological choices of prosthesis design

CoordenaÃÃo de AperfeiÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / FundaÃÃo Cearense de Apoio ao Desenvolvimento Cientifico e TecnolÃgico / CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / Este trabalho tem por objetivo refletir sobre os aspectos sintÃticos, semÃnticos e discursivos associados ao uso de oraÃÃes pseudo-relativas com marcas de modalidade. Inicialmente, procuramos verificar se, nas gramÃticas tradicionais, anteriores e posteriores à NGB, e em gramÃticas descritivas de lÃngua portuguesa, bem como na pesquisa linguÃstica sobre as oraÃÃes relativas, hà referÃncia ao tipo de construÃÃo que designamos como oraÃÃes pseudo-relativas modalizadoras. A partir desse levantamento bibliogrÃfico inicial, constatamos que essa construÃÃo parece ter sido negligenciada por gramÃticos e linguistas, pois quase inexiste alusÃo a ela. Com orientaÃÃo teÃrica funcionalista, procuramos, entÃo, proceder a uma anÃlise qualitativa sobre as propriedades da construÃÃo pseudo-relativa modalizadora. A anÃlise de ocorrÃncias colhidas, sobretudo em blogs disponÃveis na Internet, revelou-nos que a construÃÃo pseudo-relativa modalizadora: a) exibe uma relaÃÃo de encaixamento; b) constitui-se com verbos de AÃÃo, Processo ou Estado; c) apresenta verbos que, em geral, sÃo de cogniÃÃo e elocuÃÃo que funcionam como predicados encaixadores de proposiÃÃes com valores de modalidade epistÃmica e evidencialidade; d) tem associado, frequentemente, ao Argumento 1 desses verbos o traÃo [+ Exp]; e) parece propensa a ocorrer em passagens de Fundo; f) tem, em geral, no SN antecedente, um referente dado ou pelo menos identificÃvel pelo interlocutor. A partir dessa anÃlise qualitativa do fenÃmeno, pretendemos fornecer contribuiÃÃes para possÃveis pesquisas acerca do fenÃmeno que aqui designamos de pseudo-relativa modalizadora. / This work intends to reflect about the syntactic, semantic and discursive aspects associated to the use of pseudo relative sentences with modal remarks. To begin with, we tried to verify if, in traditional grammars, former and latter ones to NGB, and in descriptive grammars of the Portuguese language, as well as in the linguistic research about the relative sentences, there is a reference to the kind of construction we labeled as pseudo relative modal sentences. From this initial bibliographical overview, we saw that this construction seems to have been neglected by grammarians and linguists, because there is almost no allusion to it. With functionalist theorical guiding, we sought, then, to proceed a qualitative analysis about the properties of the pseudo relative modal construction. The analysis of the observed facts, mainly in blogs available on Internet, revealed us that the pseudo relative modal construction a) shows an embedding relation; b) is formed with Action, Process or State verbs; c) it shows verbs that, in general, are cognition and elocution ones, working as matrix predicates carrying propositions with epistemic modality and evidentiality values; d) it hÃs associated, frequently, to the Argument 1 of these verbs the trace [+ Exp]; e) apparently tends to occur in background excerpts; f) it has, usually, in the former SN, a referred data or at least, identifiable by the interlocutor. From this qualitative analysis of the phenomenon, we intend to provide contributions to possible research about the phenomenon we name here pseudo relative modal.

Une nouvelle architecture robotique parallèle de télescope d'observation spatial actif a été développée préalablement à cette thèse. Afin de pouvoir améliorer le réglage optique du télescope, la structure robotique doit pouvoir être auto-étalonnée dans l'espace, à partir des informations disponibles (mesures proprioceptives, images, etc). Dans un premier temps, les hypothèses nécessaires pour assurer le bon déroulement de l'étalonnage sont analysées. Cette étude théorique, appuyée par des exemples, permet de définir des conditions nécessaires à l'étalonnage. Ces conditions permettent de déterminer les précisions nécessaires sur les paramètres du modèle et l'amplitude maximale du bruit de mesure admissible pour l'étalonnage. Avec ces valeurs, un critère d'arrêt pour les algorithmes d'étalonnage ayant une réelle signification physique peut être obtenu. De plus, une normalisation de la matrice d'identification est proposée, ce qui permet l'analyse de ses valeurs singulières pour détecter les problèmes d'identifiabilité des paramètres. Dans une deuxième partie, nous nous intéressons à la modélisation du télescope d'observation. Plusieurs modèles de déformation des articulations flexibles du télescope sont proposés, en considérant par exemple les équations de la théorie des poutres ou l'équilibre statique de la plate-forme. Ces modèles sont ensuite comparés expérimentalement par une analyse des résultats d'étalonnage photogrammétrique. Cette analyse permet aussi d'observer une déformation de la plate-forme mobile qui peut être approchée par l'intermédiaire de deux modèles. / A new parallel robotic architecture has previously been developed for an active space telescope. The telescope needs to be calibrated in order to improve its optical quality. This also has to be done automatically in space with the available information (propriocetive measures, images, etc) which is referred as self-calibration. First, the necessary hypothesis for calibration are analyzed. This theoretical study, illustrated with examples, leads to the definition of the necessary conditions for an efficient calibration. With those conditions, the required accuracy of the model parameters and the maximal measurement noise allowed for calibration can be calculated. A physically meaningful stop criterion for the identification algorithm can also be derived and a normalization of the identification Jacobian matrix is proposed, which permits the analysis of its singular values in order to detect identifiability problems. Concerning the telescope modeling, three kinematic models taking into account the telescope flexure joint behaviors are proposed, for example using the beam theory or the static equilibrium of the mobile platform. Those models are compared through an analysis of the calibration results using photogrammetry. This analysis highlights a deformation of the mobile platform of the telescope, that was considered using two models. Thus, the kinematic model of the telescope is composed of both a model for the flexure joints and a model approaching the mobile platform deformation. This model was validated with the calibration results of photogrammetry.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / La position de départ adoptée au sprint influence grandement la performance des sprinteurs. Les recherches analysant le départ au sprint impliquaient majoritairement des départs en quatre points d'appui et l'utilisation de blocs de départ. Il est généralement admis que de produire des forces de poussée plus horizontale avec un angle du genou arrière de 90° serait à l'origine des meilleures performances. Très peu d'études ont approfondi le sujet concernant les départs en trois points d'appui sans blocs de départ. L'objectif de ce mémoire était de tester différentes positions de la jambe arrière au départ en sprint avec trois points d'appui et sans bloc de départ. Dix-huit footballeurs de niveau universitaire devaient effectuer des départs en trois points d'appui selon quatre conditions de départ (angle du genou arrière à 90°, 70° ou 50° et leur position préférentielle). Un système de capture de mouvement a été utilisé pour capter la cinématique des premiers pas de course. Le temps sur 10 verges a également été mesuré. Aucune des quatre conditions testées ne se démarque au niveau des différents paramètres calculés incluant le temps de course bien que la condition préférée semble être celle où les meilleures performances ont été enregistrées pour plusieurs participants. La variable ayant le plus d'effet sur la vitesse atteinte à la fin de la poussée est l'angle d'inclinaison du tronc. Le surplus de poids contraint les athlètes à adopter une posture plus à la verticale comparativement aux autres participants plus légers. L'amélioration de la performance sur 10 verges résulterait de la combinaison de plusieurs facteurs, dont l'angle du thorax à la fin de la poussée et l'angle du tibia à la fin du premier pas. Des conseils pratiques sont proposés aux kinésiologues et entraîneurs pour identifier les éléments clés d'un sprint efficace à partir d'un départ à trois points. / The starting position adopted in sprinting greatly influences the performance of sprinters. Research analyzing the sprint start has mostly involved four-point starts and the use of starting blocks. It is generally accepted that producing more horizontal thrust forces with a rear knee angle of 90° is responsible for better performance. Very few studies have investigated the subject of three-point starts without starting blocks. The aim of this thesis was to test different positions of the rear leg at the start of a sprint with three points of support and without a starting block. Eighteen university-level footballers were asked to perform three-point starts under four starting conditions (rear knee angle at 90°, 70° or 50° and their preferred position). A motion capture system was used to capture the kinematics of the first running steps. Time over 10 yards was also measured. None of the four conditions tested stood out in terms of the various parameters calculated, including running time, although the preferred condition seemed to be the one where the best performance was recorded for several participants. The variable with the greatest effect on the speed achieved at the end of the push-up is the angle of inclination of the trunk. The extra weight forced the athletes to adopt a more upright posture compared with other, lighter participants. The improvement in 10 yards performance results from the combination of several factors, including the thorax angle at the end of the push-off and the tibia angle at the end of the first step. Practical advice is offered to kinesiologists and coaches to identify the key elements of an effective sprint from a three-point start.

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L’implication du virus Epstein-Barr (EBV) dans la progression de l’arthrite rhumatoïde (AR) est suspectée depuis plusieurs années. Il a précédemment été démontré que l’infection par le gammaherpèsvirus MHV-68 subséquente à l’injection de sérum arthritique aggrave l’inflammation articulaire. Cette réaction semble également spécifique au virus MHV-68 puisque ce phénomène n’est pas observable lors d’une infection par les virus mCMV ou HSV-1. La présence du génome viral détectée au niveau du tissu synovial indique que le virus peut être transporté par une sous-population cellulaire jusqu’aux articulations. La présence du virus a été décelée dans les monocytes inflammatoires, cellules présentes au niveau du liquide articulaire des souris infectées. Ces résultats démontrent que les monocytes inflammatoires jouent un rôle important dans l’exacerbation des symptômes induits par le virus MHV-68 dans un modèle murin d’arthrite. L’implication du TLR2, du TLR9, de même qu’EBV est également suggérée dans la pathogénèse de l’AR. / For several years, the Epstein-Barr virus (EBV) is suspected to be involved in rheumatoid arthritis (RA) pathogenesis. Using a mouse model of arthritis, it was previously demonstrated that infection of arthritic mice with the herpes virus MHV-68, resulted in exacerbation of inflammation in joints of mice. Furthermore, this phenomenon was MHV-68 specific since no other herpes virus such as HSV-1 of mCMV was found to increase joint inflammation of arthritic mice. The presence of MHV-68 genome in synovial tissues of arthritic mice and subsequently in inflammatory monocytes also suggest the potential role of these cells in virus transport to the joint of arthritic mice. Together, these findings demonstrate the key role of inflammatory monocytes in exacerbation of inflammatory symptoms induced by MHV-68 in arthritic mice. The involvement of TLR2, TLR9 and EBV is also suggested in RA pathogenesis.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L’objectif de cette thèse est de développer de nouveaux robots qui combinent dextérité, compacité et précision afin de réaliser des tâches de micromanipulation complexes dans des environnements confinés. Ainsi, deux architectures robotiques parallèles ont été développées. La première est un poignet à 4 degrés de liberté (DDL) en rotation et la seconde est un robot redondant à 7 DDL. Les deux structures intègrent la fonction de préhension grâce à une plateforme configurable et un actionnement déporté. L’étude géométrique et cinématique des deux robots ainsi que des résultats expérimentaux validant les deux architectures sont présentés. Pour miniaturiser le robot à 7 DDL, les liaisons mécaniques (rotules) ont été remplacées par des liaisons en élastomère (PDMS). Cette solution permet, entre autres, d’éliminer les jeux mécaniques au niveau des articulations tout en gardant une grande plage de déplacement. Cependant, comme le comportement de telles articulations ne correspond pas parfaitement à des liaisons rotules, un modèle de robot prenant en compte le comportement élastique de ces articulations a été développé. Afin de réaliser la structure à l’échelle désirée (jambes et liaisons à 400 µm de côté), un nouveau processus de micro-fabrication en salle blanche a été développé. Contrairement aux méthodes existantes, le nouveau processus permet de réduire le nombre d’étapes de gravure et d’intégrer différents types d’élastomères à des microstructures robotiques en silicium. Enfin, le micro-robot a été réalisé et les capacités de déplacement dans les 6 DDL en plus de la préhension ont été validées. Les applications visées des robots développées dans cette thèse sont le micro/nano-assemblage, la manipulation de cellules biologiques et la chirurgie mini-invasive, notamment en neurochirurgie. / The objective of this thesis is the development of new robots that combine dexterity, compactness and precision to perform complex micromanipulation tasks in confined environments. Thus, two parallel robotic structures have been developed. The first is a wrist that can insure 4 degrees of freedom (DOF) in rotation and the second is a redundant robot with 7 DOF. Both structures integrate the grasping function thanks to a configurable platform and a deported actuation. The kinematic study of the two robots and the experimental results validating the two architectures are presented. To miniaturize the 7 DOF robot, the mechanical joints (spherical) have been replaced by elastomeric articulations (PDMS). This solution allows, among others, to eliminate the mechanical backlash in the joints while keeping a large range of movements. However, as the behavior of such joints does not correspond perfectly to spherical joints, a model for the robot taking into account the elastic behavior of these joints has been developed. In order to made the structure on the desired scale (the cross sectional side of its legs and connections are 400 µm), a new microfabrication process in the clean room has been developed. Unlike the existing methods, the new process reduces the number of etching steps and allow the integration of different types of elastomers into silicon robotic microstructures. Finally, the micro-robot was realized and the displacement capacities in the 6 DOF with the grasping were validated. The targeted applications by the developed robots in this thesis are micro / nano-assembly, manipulation of biological cells and minimally invasive surgery, particularly in neurosurgery.

L'épaule est souvent affectée par des troubles musculo-squelettiques. Toutefois, leur évaluation est limitée à des mesures qualitatives qui nuisent à la spécificité et justesse du diagnostic. L'analyse de mouvement tridimensionnel pourrait complémenter le traitement conventionnel à l'aide de mesures quantitatives fonctionnelles. L'interaction entre les articulations de l'épaule est estimée par le rythme scapulo-huméral, mais la variabilité prononcée qu'il affiche nuit à son utilisation clinique. Ainsi, l'objectif général de cette thèse était de réduire la variabilité de la mesure du rythme scapulo-huméral. L'effet de la méthode de calcul du rythme scapulo-huméral et des conditions d'exécution du mouvement (rotation axiale du bras, charge, vitesse, activité musculaire) ont été testées. La cinématique des articulations de l'épaule a été calculé par chaîne cinématique et filtre de Kalman étendu sur des sujets sains avec un système optoélectronique. La méthode usuelle de calcul du rythme scapulo-huméral extrait les angles d'élévation gléno-humérale et de rotation latérale scapulo-thoracique. Puisque ces angles ne sont pas co-planaires au thorax, leur somme ne correspond pas à l'angle d'élévation du bras. Une nouvelle approche de contribution articulaire incluant toutes les rotations de chaque articulation est proposée et comparée à la méthode usuelle. La méthode usuelle surestimait systématiquement la contribution gléno-humérale par rapport à la méthode proposée. Ce nouveau calcul du rythme scapulo-huméral permet une évaluation fonctionnelle dynamique de l'épaule et réduit la variabilité inter-sujets. La comparaison d'exercices de réadaptation du supra-épineux contrastant la rotation axiale du bras a été réalisée, ainsi que l'effet d'ajouter une charge externe. L'exercice «full-can» augmentait le rythme scapulo-huméral et la contribution gléno-humérale ce qui concorde avec la fonction du supra-épineux. Au contraire, l'exercice «empty-can» augmentait la contribution scapulo-thoracique ce qui est associé à une compensation pour éviter la contribution gléno-humérale. L'utilisation de charge externe lors de la réadaptation du supra-épineux semble justifiée par un rythme scapulo-huméral similaire et une élévation gléno-humérale supérieure. Le mouvement de l'épaule est souvent mesuré ou évalué en condition statique ou dynamique et passive ou active. Cependant, l'effet de ces conditions sur la coordination articulaire demeure incertain. La comparaison des ces conditions révélait des différences significatives qui montrent l'importance de considérer les conditions de mouvement pour l'acquisition ou la comparaison des données. / The shoulder is often afflicted by musculo-skeletal diseases. However, shoulder evaluation is limited to qualitative measures affecting the specificity and accuracy of diagnosis. Three-dimensional motion analysis could complement conventional treatment with quantitative functional measures. The interaction between shoulder joints is estimated by the scapulo-humeral rhythm, but its pronounced variability of measurement ampers appropriate clinical use. Hence, the main objective of the thesis was to reduce the variability in the measure of the scapulo-humeral rhythm. The effect of the calculation method and conditions of motion (arm axial rotation, load, velocity, muscular activity) were tested on healthy subjects. Shoulder joints kinematics were obtained with an optoelectronic system using a kinematical chain and an extended Kalman filter. The common method of scapulo-humeral rhythm calculation extracts the angles of gleno-humeral elevation and scapulo-thoracic lateral rotation. Since these angles are not co-planar, their sum does not correspond to the arm elevation angle. A novel approach of joint contribution including all the rotations of each joint was developed and compared to the common method. The common method systematically overestimated gleno-humeral contribution in comparison to the proposed method. The new scapulo-humeral rhythm calculation allows a dynamic functional evaluation of the shoulder and reduces inter-subject variability. Shoulder coordination was compared on typical supraspinatus rehabilitation exercises contrasting in arm axial rotation, and the effect of adding external load was tested. The ''full-can'' exercise increased the scapulo-humeral rhythm and gleno-humeral contribution, which correspond to supraspinatus function. In contrast, the ''empty-can'' exercise increased scapulo-thoracic contribution, which is associated to compensation to avoid gleno-humeral contribution. The use of external load in supraspinatus rehabilitation seems justified by a similar scapulo-humeral rhythm and superior gleno-humeral elevation. Shoulder motion is often measured or evaluated in static or dynamic and passive or active conditions. However, the effect of these conditions on shoulder coordination remains uncertain. The comparison of these conditions revealed significant differences on shoulder kinematics showing the importance to consider conditions of motion for acquisition or comparison of data.

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