La lombalgie a été identifiée comme étant un problème d'importance dans notre société. La capacité des muscles du tronc à contrôler la stabilité lombaire est réduite lors d'efforts couplés ou asymétriques. La baisse du contrôle moteur, affectée par l'intensité et par la complexité de l'effort, est potentiellement associée à un risque accru de lombalgie. La présente étude avait comme objectif d'évaluer les combinaisons d'efforts réalisables par des sujets sains et comment le contrôle des moments de force diffère selon la nature de la tâche (efforts uni-, bi- et tri-axiaux) et selon son intensité. Dix hommes en bonne santé ont réalisé des efforts isométriques graduels sous-maximaux, variant entre 0% et 55% de la force maximale volontaire. Les efforts (6 uni-axiaux (1D), 10 bi-axiaux (2D), 4 tri-axiaux (3D)) ont été réalisé[i.e.réalisés] en position debout à cinq reprises randomisées. Une rétroaction visuelle tridimensionnelle affichait les moments cibles en plus des moments réalisés au niveau de L5/S 1. Les différences, exprimées en pourcentage, entre les moments cibles et les moments réalisés ont été extraite[i.e.extraites] aux intensités d'efforts 10%, 30% et 50%, pour les trois composantes du moment, (Mlat, Mext et Mrot) et analysées avec des ANOVA bi-factorielles (ESSAI, SESSION, INTENSITE, TACHE) avec mesures répétées. Les résultats démontrent que le contrôle des efforts isométriques du tronc est affecté par l'intensité, la nature et la complexité de la tâche. Le pourcentage d'erreur entre le moment cible (rétroaction visuelle) et le moment exercé est quasiment triple entre 10% et 50% de FMV. Les tâches réalisées dans plus d'un plan (bi-axial et tri-axial) contiennent plus d'erreur sur les trois composantes du moment à L5/S1 (Mlat, Mext, Mrot) que celles réalisées dans un seul plan (uni-axial). Les patrons comprenant une rotation axiale, qu'ils soient uni, bi ou tri-axial, semblent être les plus difficiles à exécuter, menant à un pourcentage d'erreur plus élevé. L'analyse des efforts isométriques du tronc les plus complexes (bi- et tri-axiaux) a besoin d'être approfondi, puisque leur impact sur le risque de lombalgie reste peu documenté. L'inclusion de personnes souffrant de lombalgie est de mise dans des études futures, afin d'évaluer la différence de contrôle des muscles du tronc entre sujets sains et lombalgiques.

Bien que les orthèses lombaires (OL) soient couramment employées depuis de nombreuses années dans le traitement conservateur des lombalgies, leurs effets mécaniques et posturaux restent, à notre connaissance, partiellement inexplorés. Des obstacles d'ordre méthodologique en sont la principale cause avec en premier lieu la difficulté d'évaluer les effets des OL à l'intérieur du tronc sans être invasif et sans nécessiter un équipement coûteux difficilement utilisable lors de la pratique médicale courante. La levée de ces verrous scientifiques a guidé l'ensemble de ce travail doctoral à travers le développement d'une méthodologie spécifique. L'effet mécanique a été étudié à partir d'une nouvelle méthode non-invasive de mesure de la pression intradiscale réalisée à partir d'une modélisation par éléments finis contrôlée par radiographie. Les premiers résultats ont démontré la possibilité de diminuer de 15 à 22% en moyenne la pression intradiscale lors du port d'une OL modifiant la statique rachidienne. Les différents travaux sur l'équilibre postural ont permis de définir une méthodologie d'analyse de la posture en station debout puis assise adaptée à l'évaluation des OL. Les premiers résultats chez des patients lombalgiques subaiguës ont mis en évidence un contrôle postural plus efficient (réduction de la raideur active du tronc) lors du port de l'OL la plus rigide. A terme, cette méthodologie facile à mettre en œuvre permettra d'adapter les caractéristiques du produit (raideur passive / forme) aux caractéristiques des patients (raideur active / courbure lombaire) dans le but d’optimiser l'efficacité clinique / Although lumbar orthoses (LO) are commonly used for many years in the conservative treatment of low back pain, postural and mechanical effects are, to our knowledge, partly unexplored. Methodological difficulties are the main cause with, in the first place, the difficulty to assess the LO effects inside the trunk with a non-invasive and not expensive method adapted for current medical practice. This Ph.D work attempts to address these difficulties through the development of a specific methodology. The mechanical effect was studied by a non-invasive estimation of the intradiscal pressure through a finite element modeling controlled by radiographs. The first results showed the possibility of a mean reduction from 15 to 22% of the intradiscal pressure while wearing an LO which is able to change the spinal posture. The different works on postural balance allowed us to define a methodology for a suitable LO assessment in standing and then sitting postures. The first results in patients with subacute low back pain showed a more efficient postural control (reduction of active stiffness of the trunk) while wearing the most stiffer LO. In the future, this easy-to-implement assessment could be helpful to more accurately target the appropriate LO for a given patient in order to improve his / her clinical status

En pathologie lombaire dégénérative, [des] procédures chirurgicales peuvent être employées pour répondre aux situations clinicoradiologiques rencontrées. Ces procédures sont efficaces mais invasives et grevées d'un taux de complications non négligeables. Les dispositifs interépineux (DIE) [diminuent] ainsi la morbidité. Cependant leur efficacité est controversée. Les effets des DIE peuvent être appréciés sur la modification cinématique de l'étage implanté et sur la modification de la taille des foramens. A travers une série d'études biomécaniques cadavériques, les auteurs tentent de vérifier s'il existe bien ces effets attendus avec 4 dispositifs différents. Concernant L4, DIAM® et In-Space® n'avaient aucun effet contrairement à Wallis qui avait un effet significatif en flexion et en extension. Concernant L5, aucun implant n'avait d'effet en flexion, alors que tous avaient un effet amortissant en extension. Il n'y avait pas d'implant supérieur aux autres. Concernant les variations de mobilité, Wallis® est l'implant qui diminue le plus les amplitudes globales de L4 et L5, de l'ordre de 50% et 42.7%, respectivement. […] Une étude cadavérique de la surface latérale du foramen intervertébrale par méthode photographique et binarisation des images a permis de montrer qu'avec le YODA, la longueur moyenne du foramen était de 15.7±2.8mm et la largeur moyenne de 9.4±1.2mm. Après implantation des DIE, ces dimensions variaient respectivement à 16.8±2.5mm et 10.1±1.3mm. La surface foraminale moyenne était de 150.4±35.8 mm2 à vide et de 165.1±28.3mm2, après implantation. Le gain moyen était de 14.7mm2 (5.3-26.9). Cependant, cet implant n'avait aucun effet sur la cinématique de l'étage implanté, même en extension, justifiant de discuter une modification de sa structure. La mesure stéréoscopique 3D des variations de surface foraminale L4-L5 et des foramens adjacents a permis de montrer que tous les implants ouvrent le foramen L4-L5 en extension. Deux catégories d'implants : 1 qui ouvrent le foramen en position neutre, en flexion et en extension ; 2 qui ferment le foramen en flexion mais l'ouvrent en extension. La mise en place des implants en L4-L5 n'avait aucune conséquence sur la taille du foramen à l'étage L3-L4. En revanche, XSTOP et DIAM entraînaient une fermeture minime du foramen L5-S1 vers l'extension. La mesure de surface nous a semblé insuffisante pour évaluer la globalité de la sténose. Nous avons développé une nouvelle mesure de la taille du foramen en appréciant son volume au scanner. Avec cette technique de mesure, le volume moyen de 60 foramens et de 20 foramens L4-L5 étaient respectivement de 1.17±0.23 et de 1.25±0.27 mm3 pour l'observateur 1 et de 1.21±0.21 et 1.29±0.23 mm3 pour l'observateur 2. Les CIC intra observateurs pour l'observateur 1 pour la mesure de l'ensemble des foramens et pour L4-L5 étaient de 0.98 et 0.99. Pour l'observateur 2, les CIC étaient de 0.90 et 0.92, respectivement. Les CIC inter observateurs pour l'observateur 1 pour la mesure de l'ensemble des foramens et pour L4-L5 étaient de 0.78 et 0.83. Pour l'observateur 2, les CIC étaient de 77 et 0.8. La moyenne des différences de mesures entre les observateurs étaient de moins de 0.2 mm3 (0.05 and 0.15). […] L'excellente reproductibilité de cette mesure simple complète les outils de mesure de la taille du foramen. La validation de cette mesure du volume a permis de vérifier s'il y avait ou pas, une variation du volume foraminal après implantation comparative des quatre dispositifs inter épineux. Les volumes des foramens L4-L5 étaient significativement augmentés après implantation de INSPACE®, XSTOP® et WALLIS®. Le volume foraminal moyen de l'étage sus jacent n'était pas modifié et seul le WALLIS® diminuait le volume en L5-S1. XSTOP® : l’implant qui ouvrait le plus les foramens. Les dispositifs interépineux ont bien des effets biomécaniques sur l'étage implanté, aussi bien en cinématique que sur les variations de la taille du foramen intervertébral. / In lumbar degenerative disease, many surgical procedures can be used to respond to different radiological clinical situations. These invasive procedures are effective, but with a significant complication rate. Interspinous devices (DIE) are positioned with more limited approaches, thereby reducing morbidity. However, their effectiveness is controversial. The effects of EIS can be evaluated on the kinematic changes of the implanted level and changing in the foramina size. Through a series of cadaveric biomechanical studies, the authors try to check if these are good effects expected with 4 devices. Concerning L4, DIAM® and In-Space® had no effect on either flexion or extension, contrary to Wallis®, which had a significant effect on flexion and extension. Concerning L5, no implant had an effect in flexion, while all presented a significant amortisation effect on extension.No significant difference was revealed between implants on flexion, in extension or on a global cycle. Concerning the mobility variations, Wallis® is the implant which decreases the global average movement of L4 and L5 the most, by 50% and 42.7%, respectively.The analysis of variations in the size of foramina is still confidential. Few authors are concerned. A cadaver study of the lateral surface of the intervertebral foramen by photographic method and binarization images has shown that with YODA, the average length of foramen was 15.7 ± 2.8mm and the average width of 9.4 ± 1.2mm. After implantation of DIE, these dimensions ranged respectively 16.8 ± 2.5mm and 10.1 ± 1.3mm. The mean foraminal area was 150.4 ± 35.8 mm2 vacuum and 165.1 ± 28.3mm2 after implantation. The average gain was 14.7mm2 (5.3-26.9). However, this implant has no effect on the kinematics of the implanted level even in extension justifying discuss a modification of the implant. Stereoscopic 3D measuring foraminal area variations on L4-L5 level and adjacent foramina has shown that all implants open the L4-L5 foramen in extension. There seems to be two types of implants: those who open the foramen in neutral, flexion and extension, and those who close the foramen bending but open to extension. There were no effects on the size of the foramen L3 -L4. However, Xstop and DIAM resulted minimal closure L5-S1 foramen to the extension. Surface measurement seemed insufficient to assess the totality of the stenosis. We developed a new measure of the foramen size enjoying its volume scanner. With this measurement technic, the mean volume of 60 foramen and 20 L4-L5 foramen were respectively 1.17 ± 0.23 and 1.25 mm 3 ± 0.27 for the observer 1 and 1.21 ± 0.21 and 1.29 ± 0.23 mm 3 for the observer 2. The intra observer CIC 1 for the observer for all measuring foramina and L4 - L5 were 0.98 and 0.99, respectively. For observer 2, ICC were 0.90 and 0.92, respectively. The inter-observer CIC for the observer 1 for measuring all foramina and L4 - L5 were 0.78 and 0.83, respectively. For observer 2, the CIC were 77 and 0.8, respectively.The average differences in measurements between observers were less than 0.2 mm3 (0.05 et 0.15). This is the first study to measure the volume of the foraminal scanner. The excellent reproducibility of this simple measure complements the tools to measure the size of the foramen. The validation of this volume measurement was used to check whether or not there was a change in the foraminal volume after comparative implementation of four interspinous devices. L4-L5 foramina volumes were significantly increased after implantation of InSpace ®, Xstop ® and WALLIS ®. The average volume of the underlying foraminal volume was not changed and only WALLIS ® decreased the volume L5 -S1. Interspinous devices have many biomechanical effects on the implanted level, as well as kinematic changes in the size (area and volume) of the intervertebral foramen. They have no impact on adjacent

Bien que les orthèses lombaires (OL) soient couramment employées depuis de nombreuses années dans le traitement conservateur des lombalgies, leurs effets mécaniques et posturaux restent, à notre connaissance, partiellement inexplorés. Des obstacles d'ordre méthodologique en sont la principale cause avec en premier lieu la difficulté d'évaluer les effets des OL à l'intérieur du tronc sans être invasif et sans nécessiter un équipement coûteux difficilement utilisable lors de la pratique médicale courante. La levée de ces verrous scientifiques a guidé l'ensemble de ce travail doctoral à travers le développement d'une méthodologie spécifique. L'effet mécanique a été étudié à partir d'une nouvelle méthode non-invasive de mesure de la pression intradiscale réalisée à partir d'une modélisation par éléments finis contrôlée par radiographie. Les premiers résultats ont démontré la possibilité de diminuer de 15 à 22% en moyenne la pression intradiscale lors du port d'une OL modifiant la statique rachidienne. Les différents travaux sur l'équilibre postural ont permis de définir une méthodologie d'analyse de la posture en station debout puis assise adaptée à l'évaluation des OL. Les premiers résultats chez des patients lombalgiques subaiguës ont mis en évidence un contrôle postural plus efficient (réduction de la raideur active du tronc) lors du port de l'OL la plus rigide. A terme, cette méthodologie facile à mettre en œuvre permettra d'adapter les caractéristiques du produit (raideur passive / forme) aux caractéristiques des patients (raideur active / courbure lombaire) dans le but d'optimiser l'efficacité clinique

De par son caractère multifactoriel, la lombalgie chronique (LC) reste difficile à définir et ce malgré le nombre important de travaux scientifiques qui y sont consacrés. Son traitement est complexe et a généré le développement de nombreuses approches thérapeutiques dont une option moderne est la prise en charge pluridisciplinaire (PECP). <br />Ce travail de thèse a été réalisé en collaboration avec le Réseau Nord-Pas de Calais du Dos (RENODOS). Les médecins de ce réseau ont mené une réflexion collective sur la faisabilité d'une harmonisation des prises en charge qu'ils proposent et la standardisation des méthodes d'évaluation des patients lombalgiques chroniques.<br />L'objectif principal de ce travail a été d'expérimenter l'applicabilité d'un protocole d'évaluation standardisé au sein du RENODOS à travers l'étude de l'efficacité d'une PECP harmonisée. Il s'agissait également de mettre en exergue l'apport d'une organisation en réseau pour le traitement de la LC. <br />Une première étude a démontré qu'il était possible d'instaurer un langage commun pour l'évaluation du patient lombalgique chronique. Une seconde a quant à elle mis en évidence que les PECP proposées dans les différents centres du réseau se révélaient efficaces et qu'un fonctionnement en réseau apportait une dynamique supplémentaire au bénéfice du patient. <br />Enfin, ce travail présente des perspectives relatives à l'évolution du fonctionnement et à la poursuite de la démarche qualité du réseau.

Les patients présentant une pathologie rachidienne dégénérative témoignent généralement de douleurs ayant un retentissement sur leurs capacités locomotrices. L’évaluation préopératoire des individus repose actuellement sur la réalisation d’auto-questionnaire déclaratifs validés qui permettent d’approximer l’état fonctionnel. Aucun consensus sur l’analyse des résultats d’une chirurgie rachidienne n’est actuellement établi. Les capacités fonctionnelles réelles sont intéressantes pour étudier l’impact des pathologies rachidiennes. L’évaluation des capacités locomotrices et fonctionnelles de manière quantitative pourrait être utilisé afin d’améliorer la prise en charge des patients. L’objectif de cette thèse est d’utiliser l’évaluation des capacités locomotrices des patients comme marqueur des capacités fonctionnelles pour décrire une sémiologie quantifiée des patients candidats à une chirurgie du rachis.Matériels et méthodes :Mise en place du projet SPEED (Évaluation quantitative de la motricité avant et après une chirurgie du rachis chez les patients atteints de pathologie rachidienne dégénérative). Ce protocole prospectif a été mis en place en 2016 avec une période d’inclusion de 2 ans. Au total 40 patients ont été inclus dans cette étude. Les données présentées dans ce manuscrit correspondent aux études ancillaires de nos résultats. Cette thèse se compose de 4 articles principaux : évaluation quantitative clinique puis radiologique des patients, modélisation de l’équilibre sagittal permettant une quantification de l’équilibre sagittal dynamique, et méta-analyse sur la capacité discriminante de l’analyse quantifiée du mouvement au sujet du mouvement du tronc et du pelvis.Résultats :Premièrement, pour la partie clinique, nous trouvons un décalage important entre les limitations perçues et celles réelles des capacités de marche chez les patients atteints de canal lombaire étroit. L'évaluation directe de la vitesse de marche libre est plus pertinente que le périmètre de marche car elle est corrélée à l'état fonctionnel et est plus facile à mettre en œuvre dans la pratique.Deuxièmement, concernant l’analyse radiologique, nous trouvons une amélioration de l'équilibre sagittal et de la lordose lombaire après une chirurgie de décompression lombaire postérieure sans fusion. Cette amélioration est surtout retrouvée chez des patients qui présentent des troubles posturaux antalgiques liée à la sténose lombaire. Cette compensation antalgique est difficile à différencier des troubles statiques avec nos outils de mesure actuels.Troisièmement, concernant l’analyse du mouvement, nous avons réalisé la première étude montrant que les paramètres de mouvement 3D peuvent estimer correctement la « sagittal vertical axis » calculée sur l'imagerie. De plus, cette estimation pourrait être utilisé lors de l'analyse de la marche et nous pensons qu'un tel type d'analyse permettrait de mieux caractériser les déficiences des patients.Quatrièmement, concernant l’analyse quantifiée tronc/pelvis, nous confirmons que les patients lombalgiques présentent une coordination tronc/pelvis différente dans le plan transverse au cours de la marche. De plus, notre méta-analyse confirme et révèle cette différence significative en montrant une coordination plus en phase pour les patients lombalgiques par rapport aux sujets en bonne santé pendant la marche. La coordination entre ces mouvements est plus rigide en présence de lombalgie et refléterait les adaptations neuromusculaires nécessaires pour adopter un comportement de protection sans douleur pendant la marche. / IntroductionPatients with degenerative spinal pathology generally report pain that affects their locomotor abilities. The preoperative assessment is currently based on the completion of validated self-questionnaire declarations that allow to approximate the functional state. No consensus on analyzing the results of spinal surgery is currently established. The actual functional capacities are interesting to study the impact of spinal pathologies. The evaluation of locomotor and functional capacities in a quantitative way could be used to improve the management of patients. The aim of this thesis is to use the evaluation of patients' locomotor capacities as a marker of functional abilities to describe a quantified semiology of patients who are candidates for spine surgery.Materials and methods:Implementation of the SPEED project (Quantitative motor capacities evaluation before and after spinal surgery in patients with degenerative spinal pathology). This prospective protocol was implemented in 2016 with an inclusion period of 2 years. 40 patients were included in this study. The data presented in this manuscript correspond to the preliminary studies of our results. This thesis is composed with 4 main researches: clinical and radiological quantitative evaluation of the patients, sagittal equilibrium modeling allowing a quantification of the dynamic sagittal equilibrium, and meta-analysis on the discriminant capacity of the quantified analysis of the movement about the movement of the trunk and pelvis.Results:First, for the clinical part, we find a significant gap between perceived and actual limitations of walking ability in patients with lumbar spinal stenosis. The direct evaluation of the comfortable walking speed is more relevant than the walking perimeter because it correlates to the functional state and is easier to implement in practice.Second, concerning radiological analysis, we find an improvement in sagittal balance and lumbar lordosis after posterior lumbar decompression without fusion. This improvement is mostly found in patients with postural analgesic disorders related to lumbar stenosis. This analgesic compensation is difficult to distinguish from static disorders with our current measurement tools.Third, regarding motion analysis, we performed the first study showing that 3D motion parameters can correctly estimate the sagittal vertical axis computed on imaging. In addition, this estimate could be used during the gait analysis and we believe that such a type of analysis would better characterize patients' impairments during walking.Fourth, concerning the quantified trunk / pelvis analysis, we confirm that low back pain patients have different trunk / pelvis coordination in the transverse plane during walking. In addition, our meta-analysis confirms and reveals this significant difference by showing more in-phase coordination for low back pain patients compared to healthy subjects during walking. The coordination between these movements is more rigid in the presence of low back pain and reflects the neuromuscular adaptations necessary to adopt a painless protection behavior during walking.Conclusion:Quantitative analysis of function and locomotion through the use of different functional and dynamic measures provides a better assessment of patients. This analysis can be done through complementary walk tests that are easy to implement in our daily practice, but also by new technologies using motion analysis.

But de l'étude: Nos connaissances anatomiques sur le rachis lombaire reposent sur des dissections cadavériques rares, comprenant peu de sujets, très agés. La précision du scanner fait référence pour la morphologie articulaire. Une base de données scannographique (Lombonice 2005) a été crée puis 400 patients ont été mesurés. L'objectif est d'élaborer un Atlas biométrique de référence. Nous chercherons également à décrire la forme afin de concevoir une prothèse anatomique. Enfin, nous espérons dégager un dimorphisme sexuel et ainsi prédire l'âge ou le sexe d'un sujet en se basant ses articulations lombaires. Patients et méthodes : Nous avons mesuré 217 hommes et 183 femmes d'âge moyen 59 ans. Les coupes natives font 1,25 mm d'épaisseur (de L1 à S1). Nous crérons chaque plan de coupe puis nous positionnons des points de repères sur ces plans. Les coordonnées de ces points nous permettront de calculer des distances, des angles et le rayon des cercles mécaniques. Nous comparons ensuite les mesures obtenues avec l'âge, le côté, le sexe ou le niveau étudié. Résultats : De L1 à S1, les articulaires se rapprochent du mur postérieur mais s'éloignent l'une de l'autre. L'angle d'étrave postérieure augmente vers la caudalité. Le rayon des cercles mécaniques droit et gauche ne sont symétriques que dans 50% des cas et se confondent dans moins de 10 % des cas. Les mesures réalisées ne permettent pas de déterminer le sexe ou l'âge du sujet. Les mesures centrées sur le corps vertébral semblent plus discriminantes. Conclusion: La forme en 3D des articulaires postérieures est plus complexe qu'un fragment de sphère. / Aim of the study: Our anatomical knowledge about lumbar spine is based on few cadaveric dissections with very few specimens of very old. The CT scan is very informative concerning about bony facets morphology. We have first created a database of lumbar CT called « Lombonice 2005 » and then we have made differents measureson 400 subjects. The aim of this study is to obtain a biometric atlas. Then, we wanted to create a new anatomic lumbar facet prosthesis. At least, we would like to determine the age or the sex of a sunject only with anatomic measures. Patients and methods : We have measured 217 men and 183 women of 59 years old on average. The native slices was 1,25 mm thick and goes from L1 to S1. We have created each cutting plan and we have placed many landmarks on them. The coordonates of these landmarks let us calculate differents distances, angles or mechanical circle radius which describe well the shape of the facets. We have compared then the measures obtained and the age, sex, side or level studied. Results : From L1 to S1, on transversal plan, the facets are getting closer to posterior wall but are getting away from each other. The posterior angle like a boat's bow increase from L1 to S1. The mechanical circle radius of each sides are symmetrical just in 50% of cases and unique in less than 10 % of cases. All the measures even in 3 dimensions does'nt let us determine the sex or the age of subjects. Measures on vertebral body seems to be more discriminant. Conclusion: We found that 3D shape of lumbar facets is more complicated than a spere fragment as expected. The side asymmetry makes it difficult to reproduce an anatomical facet's prosthesis.

La lombalgie est un problème de santé commun qui touche une grande partie de la population des pays industrialisés. Au cours des années, la modélisation numérique a été largement étudiée pour étudier la biomécanique du rachis lombaire pour aider fortement les cliniciens dans le diagnostic et les traitements de cette pathologie. Ce travail présente une méthodologie pour la modélisation éléments finis spécifique au patient prenant en compte à la fois la géométrie individualisée et les propriétés des matériaux des structures biologiques. Dans cette étude, le maillage est piloté par des connaissances des matériaux personnalisées qui sont extraites de l'imagerie médicale avancée. En outre, un logiciel convivial comprenant du traitement d'images, des maillages « material-driven » et de l'affectation des propriétés des matériaux, nommé C3M pour le «Computed Material-driven Mesh Model», a été développé pour générer efficacement des modèles FE spécifiques aux sujets à partir d'images médicales. Ce procédé est appliqué pour générer un modèle FE spécifique au patient du rachis lombaire à partir d'images issues par Résonance Magnétique (IRM) ou par tomodensitométrie 3D (CT). Cette approche ouvre une nouvelle perspective pour améliorer le processus de maillage à l'aide de connaissances du matériel dérivées d'images médicales. Le modèle proposé permet un assemblage précis et simple de vertèbres et des disques intervertébraux en tenant en compte à la fois la géométrie et les propriétés mécaniques des matériaux reflétant la spécificité du patient. / Low back pain is a common health problem which impacts a large part of the population in industrialized countries. Over the years, numerical modeling has been widely studied to investigate the biomechanics of lumbar spine for strongly assisting clinicians in diagnosis and treatments of this spinal pathology. In recent years, there has been a growing interest in researching and developing patient specific computer modeling which has proven its ability to provide great promises for developing realistic model of individual subject. However, still the specificity of these models is not fully described or is often limited to patient geometry. In fact, few models consider appropriate material properties derived from tissue characterization obtained from medical images. Furthermore, patient specific models can be obtained with geometry and mechanical properties derived from CT, but few from MRI which is well-suited for examining soft tissues. Therefore, development of the high-fidelity, patient-specific finite element model of the lumbar spine still presents the challenge. In this context of patient-specific finite element modeling, mesh generation is a crucial issue which requires an accurate representation of the geometry with well-shaped and sized elements and a relevant distribution of materials. This work presents a methodology for patient-specific finite element modeling which takes both individualized geometry and material properties of biological structures into consideration. In this study, the mesh is driven by personalized material knowledge which is extracted from advanced medical imaging. Additionally, a user-friendly program including image processing, material-driven meshing and material properties assignment, named C3M for “Computed Material-driven Mesh Model”, has been developed to generate efficiently subject-specific FE models derived from medical images. This process is applied to generate a patient specific FE model of lumbar spine based on both MRI and CT images. This approach opens a new direction to improve the meshing process using material knowledge derived from medical images. The proposed model allows an accurate and straightforward assembly of vertebrae and IVDs considering both geometry and material properties reflecting patient-specificity.

Il n'existe pas de méthode non invasive validée pour déterminer la valeur absolue de la pression intracrânienne (PIC). Le liquide céphalorachidien (LCS) et le liquide cochléaire sont reliés par l'aqueduc cochléaire. Le but de ce projet est d'utiliser l'absorbance de l'oreille, optimale lorsque les structures vibrantes sont en position de repos, de sorte que les étriers lorsque la pression à l'extérieur de l'oreille (dans le conduit auditif externe -P_cae ) contrarie la PIC par les osselets de l'oreille moyenne. Les sujets ont été testés dans différentes positions d'inclinaison du corps, ce qui augmente la PIC, à l'aide d'un tympanomètre à large bande. 78 oreilles (sujets témoins entre 20 et 30 ans) ont montré que l'absorbance est maximale à toutes les fréquences à P_cae = 0 mmH2O en position début, elle diminue de façon complexe à P_cae zéro, mais à nouveau identique l'absorbance maximale à P_cae = 13 mm H2O ± 7 en position allongée, et 23 mm H2O ± 14 en position Trendelenburg (-30°), en 68 oreilles sur 78. Les 10 oreilles restantes présentaient un dysfonctionnement anatomique. Un modèle physique a été établi à partir d'un modèle d'oreille électromécanique classique, qui reproduit le comportement observé en attribuant à la PIC la cause des changements d'absorbance et en prédisant la capacité du P_cae pour compenser les changements d'absorbance dus à la PIC. De plus, 3 patients traités par un test de perfusion ont été testés, ainsi que 2 patients traités par ponction lombaire. Ces patients ont montré l'effet de la pression positive et négative dans les courbes d'absorbance. La littérature permet d'établir une corrélation entre la PIC absolue (dans chaque position du corps) et l'absorbance, nous pouvons conclure qu'en raison de la géométrie de l'oreille moyenne, la relation d'équilibre entre les valeurs absolues est PIC = 15 x P_cae , où 15 est le rapport des surfaces entre la MT et la platine de l’étrier. Des sujets suivis par une mesure invasive de la PIC seront nécessaires pour la continuation de cette étude. / There is no validated non-invasive method for determining the absolute value of intracranial pressure (ICP). Ear connect cerebrospinal fluid (CSF) and cochlear fluid via cochlear aqueduct. The goal of this project is to use ear absorbance, optimal when the vibrating structures are in resting position, so the stapes when the pressure outside the ear (in the external ear canal -Peec) counteracts the ICP through the middle ear ossicles. Subjects are testing in different tilt body position, which increase ICP, using a tympanometer Wideband. 78 ears of control subjects between 20 and 30 years have shown that the absorbance is maximum at all frequencies at Peec = 0 mmH2O in standing posture, decreases in a complex way at zero Peec, but again identical to the maximum absorbance at Peec = 13 mm H2O ± 7 in supine, and 23 mm H2O ± 14 in Trendelenburg posture (-30 °), this in 68 ears out of 78. The remaining 10 ears had an anatomical dysfunction. A physical model was established from a classical electromechanical ear model, which reproduces the observed behavior by attributing to the ICP the cause of changes in absorbance and predicting the ability for Peec to offset the absorbance changes due to ICP. Furthermore, 3 patients treated with a perfusion test were tested as well as 2 patients treated by a lumbar puncture. These patients showed the effect of positives and negatives pressure in absorbance curves. Literature make possible a correlation between absolute ICP (in every tilt body position) and absorbance, we can conclude that due to the geometry of the middle ear, the equilibrium relationship between absolute values is ICP = 15 x Peec, where 15 is the ratio of the areas between the tympanic membrane and the stape plate. Subjects tested by invasive measurement of ICP will be required for the continuation of this study.

La sténose lombaire et l'arthrose facettaire représentent les indications principales du remplacement facettaire. L'objectif était d'analyser l'influence d'un nouvel Implant Facettaire Auxiliaire (IFA) sur la biomécanique du rachis lombaire. Les expérimentations cinématiques in vitro ont montré que l'IFA n'avait qu'une faible influence sur les amplitudes de mobilités en flexion-extension et en inflexion latérale du niveau L4-L5 instrumenté. La facettectomie augmentait la torsion axiale de manière importante, alors que l'IFA la réduisait grâce à la liaison transverse de l'implant. Cette limitation d'hypermobilité après facettectomie représente l'intérêt majeur de l'implant. Le disque instrumenté a été étudié in vitro par mesures de pressions intradiscales et par modélisation en éléments finis. Les pressions intradiscales étaient diminuées par l'IFA en flexion-extension. Les contraintes de von Mises de l'annulus étaient similaires entre l'IFA et la lésion par facettectomie et recalibrage. La fusion diminuait les contraintes intradiscales de manière plus importante. Au niveau des segments adjacents, l'IFA et le rachis intact se comportaient de façon similaire en flexion-extension et en inflexion latérale, alors que la fusion augmentait les contraintes de l'annulus et les forces de contact facettaires. En torsion axiale, l'IFA et la fusion augmentaient les contraintes discales et les forces de contact facettaires de manière similaire. Les expérimentations in vitro en cisaillement ont permis de simuler le spondylolisthésis dégénératif débutant. La lésion a entraîné une diminution de la raideur et une augmentation des déplacements antérieurs en cisaillement, alors que le comportement était similaire entre le segment instrumenté par IFA et le rachis intact.