Le but général de ce mémoire consiste à documenter l’utilisation actuelle et potentielle (utilisabilité) des exosquelettes des membres inférieurs pour la marche. Deux volets sont présentés afin de répondre à ce but : 1) une revue systématique portant sur les exosquelettes des membres inférieurs utilisés pour la mobilité fonctionnelle chez les personnes ayant une lésion de la moelle épinière et 2) une étude exploratoire portant sur l’utilisabilité des exosquelettes des membres inférieurs : les perspectives des personnes ayant une lésion incomplète de la moelle épinière. Les résultats des sept études recensées démontrent qu’en tant qu’aide technique, l’applicabilité et l’efficacité des exosquelettes des membres inférieurs dans la communauté restent à démontrer. Les résultats obtenus auprès de 13 personnes ayant une lésion de la moelle épinière interviewées à leur domicile révèlent un écart important entre les attentes des participants en termes de versatilité d’utilisation et de convivialité des caractéristiques techniques par rapport aux exosquelettes actuellement disponibles sur le marché.

L’utilisation d’une nouvelle prothèse à la suite d’une amputation d’un membre inférieur (MI) demande une ré acquisition de la capacité de marcher, ce qui peut mener à différentes stratégies de mouvement. Malgré les connaissances actuelles des stratégies de mouvement employées chez la population des individus ayant une amputation du MI (IA), aucune étude n’a évalué leur évolution lors d’un exercice de marche prolongée et à la suite d’un retour en milieu écologique. Pourtant, une diminution des performances à la marche pourrait être observée suivant l’apparition de la fatigue et/ou suivant une diminution du temps alloué aux activités physiques quotidiennes. C’est pourquoi l’objectif de cette étude est de quantifier les paramètres de marche des IA 1) lors d’un test de marche de six minutes (TM6) à la fin de leur réadaptation et 2) lors d’un TM6 six semaines suivant la fin de leur réadaptation. Nous posons l’hypothèse que l’ajout de centrales inertielles lors de l’évaluation de la marche des IA en milieu clinique permettra de caractériser les stratégies adoptées. Nous nous attendons à une dégradation de ces paramètres sur une période de six minutes de marche en continu ainsi que sur une période de six semaines suivant la fin des traitements de réadaptation. Pour ce faire, des centrales inertielles ont été utilisées, puisqu’elles permettent de quantifier les paramètres spatio-temporels et cinématiques de la marche dans différents environnements et populations, permettant l’acquisition de données « sur le terrain ». Au total, 17 IA on fait le TM6 à T1 et T2 avec des centrales inertielles posées sur chacun de leur pied pour enregistrer leurs paramètres de marche (c.-à-d. dégagement minimal des orteils (minTC), phase de chargement (LDr), phase de pied plat (FFr), largeur de pas en phase oscillante, longueur de foulée, vitesse et cadence). Une analyse ANOVA non paramétrique a comparé 1) l’évolution des paramètres de marche sur une période de six minutes et 2) l’évolution des paramètres de marche entre T1 et T2. Un test de Wilcoxon des rangs signés a été exécuté lorsqu’une interaction était détectée dans l’ANOVA (P < 0.05). Contrairement à l’hypothèse posée en début de projet, une amélioration des performances au membre prothétique (AL) entre T1 et T2 a été observée (largeur de pas en phase d’oscillation, vitesse et cadence augmentées, et la phase d’appui diminuée). Cependant, le minTC n’a pas évolué proportionnellement à la vitesse de marche. Finalement, les capacités physiques et à la marche se sont améliorées entre T1 et T2 dans la population des IA malgré une incapacité d’adapter leur minTC (c.-à-d.., d’augmenter le minTC proportionnellement à la vitesse de marche) à l’augmentation de leur vitesse de marche. Ce phénomène pourrait être expliqué par un patron de marche déficient utilisant la stratégie de « hip hiking » caractérisé par un large minTC et petite largeur de pas à T1 qui s’est amélioré à T2. Toutefois, un petit minTC est aussi relié à un plus grand risque de chute. Ainsi, l’évaluation des paramètres de marche des IA en milieu clinique de même qu’un programme de réadaptation à distance ciblant l’amélioration des paramètres de marche en lien avec la réduction du risque de chute est primordial pour assurer un retour sécuritaire en communauté. / The use of a new prosthetic limb following a lower limb amputation demands a reacquisition of the ability to walk, leading to different gait strategies. Although those strategies have been identified in the lower limb amputee (LLA) population, no studies have assessed their evolution following a return in the ecological environment. Indeed, decreased gait performances could be observed following the onset of fatigue and/or a decline of the daily active time. Therefore, the aim of this study was to quantify the gait parameters of the LLA 1. Along a six-minute walk test (6MWT) following their rehabilitation and 2. Along a 6MWT six weeks following the end of the rehabilitation. It is hypothesized that the use of inertial sensors during the assessment of the IA’s gait parameters will allow the characterisation of their adopted gait strategies. We are expecting a deterioration of the gait parameters along a six-minute continuous walk and six weeks following the end of the rehabilitation treatments. To do so, inertial measurement units (IMU) have been used, as they are effective to quantify gait in different environments and populations, allowing data acquisition in “real-life”. Seventeen LLA performed a six-minute walk test (6MWT) at T1 and T2 with inertial sensors fixed on both feet to register their gait parameters (i.e. minimum toe clearance (minTC), loading ratio (LDr), flat foot ratio (FFr), swing width, step length, speed and cadence). A non-parametric ANOVA compared 1) the evolution of the gait parameters over a 6MWT and 2) the evolution of the gait parameters over T1 and T2. Post-hoc Wilcoxon signed-rank tests were performed if a main effect was detected (P < 0.05). A performance improvement on the amputated limb (AL) between T1 and T2 has been observed (swing width, speed and cadence increased, added to a decreased stance phase). However, the minTC did not evolve proportionally to the speed. Physical capacity and walking abilities have increased between T1 and T2 in LLA population despite the inability to adapt their minTC (i.e. to increase the minTC proportionally to the gait speed) to an increased speed. It could be explained by a poor walking pattern using a hip hiking strategy including a high minTC and a small step width at T1 that improved (lower minTC than at T1) at T2. However, a small minTC is related to higher risks of fall. Therefore, the evaluation of the LLA’s gait parameters in clinical settings added to a home rehabilitation programme focused on the reduction of the risks of fall is primordial to ensure a secure return in the community.

OBJECTIF : L'anesthésie du nerf saphène est nécessaire dans les chirurgies orthopédiques du pied, notamment pour l'hallux valgus. Différentes techniques de bloc ont été décrites dans la littérature avec des succès très variables de sorte qu'il n'y a pas une technique standard reconnue. Dans cette étude, nous avons évalué si la proportion de succès du bloc du nerf saphène par la technique subsartoriale modifiée est plus élevée que celles obtenues par les techniques infrapatellaire et transartoriale. MÉTHODES : Dans cette étude clinique, unicentrique, prospective et randomisée, nous avons recruté, entre novembre 2005 et mai 2007, 90 adultes chez qui une chirurgie orthopédique du pied était prévue. Ils ont été répartis de façon aléatoire en trois groupes selon la technique à utiliser : subsartoriale modifiée, infrapatellaire ou transartoriale. Le succès du bloc (réussite ou échec) était défini comme une perte de sensation partielle ou complète au test du piqué-touché à 20 minutes dans le territoire d'innervation du nerf saphène (face médiane de la jambe au-dessus de la malléole interne). RÉSULTATS : Il n'y a pas de différence significative entre les proportions de succès des techniques subsartoriale (66,7%) et infrapatellaire (69,0%) (p=0,43) ni entre celles des techniques subsartoriale (66,7%) et transartoriale (72,4%) (p=0532). Aucun incident anesthésique, complication ou effet indésirable n'a été rapporté dans les trois techniques. CONCLUSION : Ces résultats suggèrent qu'il n'y a pas d'intérêt à modifier les pratiques en anesthésie régionale en faveur de la technique subsartoriale modifiée par rapport aux techniques infrapatellaire et transartoriale pour les chirurgies orthopédiques du membre inférieur au-dessous du genou.

La prise en charge des maladies cardiovasculaires vise à lutter contre les anomalies du système nerveux autonome cardiaque (SNA) en restaurant la balance sympatho-vagale avec l'aide de moyens pharmacologiques ou non pharmacologiques. Nous avons montré que l'exercice physique intermittent (EI) chez l'insuffisant cardiaque chronique (IC) permettait de majorer le tonus vagal. L'EI était plus efficace que l'exercice continu pour obtenir une réduction des arythmies. Dans un deuxième travail nous avons montré que l'électrostimulation musculaire des membres inférieurs chez l'IC permettait de réduire le tonus sympathique en lien avec une stimulation des afférences. Dans l'artériopathie oblitérante des membres inférieurs (AOMI) enfin, nous montrons que l'électrostimulation sensitive des membres inférieurs permettait d'améliorer la distance de marche via des mécanismes potentiellement sympatho-inhibiteur. / The management of cardiovascular disease is to fight against abnormal heart autonomic nervous system (ANS) by restoring sympatho-vagal balance with the help of pharmacological or non-pharmacological means. We have shown that intermittent exercise (IE) in patients with chronic heart failure (CHF) allowed to increase the vagal tone. The IE was more effective than continuous exercise for reducing arrhythmias. In a second work we have shown that electrical muscle stimulation of the lower limbs in CHF reduced sympathetic tone related to stimulation of afferents. In peripheral arterial disease (PAD) finally, we showed that the sensitive electrostimulation of lower limbs improved the walking distance via potentially sympatho-inhibitor mechanisms.

La dysfonction du tendon tibial postérieur (DTTP) affecte 3,3% des femmes de plus de 40 ans. Elle se caractérise par une dégénérescence du tendon tibial postérieur (tendinose). La biomécanique de cette population est marquée par une augmentation de l’éversion de l’arrière-pied et du moment de force en inversion à la cheville. L’orthèse plantaire (OP) diminue ces déficits biomécaniques chez la population asymptomatique. Cependant, aucune étude n’a isolé l’effet de l’OP sur la biomécanique du membre inférieur chez cette population. L’objectif de ce projet de recherche était de faire l’état des connaissances sur la DTTP et de mesurer l’effet de trois types d’OP sur la biomécanique de quatorze individus atteints de la DTTP ; OP préfabriquée, OP sur mesure et OP sur mesure varisée avec un biseau médial de 5° et un biseau calcanéen médial de 4 mm. La principale hypothèse était que l’OP sur mesure diminuerait les déficits retrouvés chez la population DTTP comparativement à l’OP préfabriquée. Pour ce faire, une analyse de la cinétique, de la cinématique et de l’activité musculaire à la marche du membre inférieur atteint ont été effectuées. Une diminution de l’angle d'éversion de l'arrière-pied, une diminution du moment d'inversion à la cheville et une augmentation du moment d’abduction du genou ont été observées avec des OP sur mesure par rapport au port de la chaussure et de l’OP préfabriquée (p <0.001). Les OP sur mesures pourraient être plus adaptées que les OP préfabriquées pour optimiser la biomécanique observée à l’articulation de la cheville chez la population DTTP. Cependant, les résultats montrent des effets se répercutant à l’articulation du genou qui pourraient être bénéfiques pour cette population. Une étude clinique, telle qu’un essai contrôlé randomisé, est requise afin de savoir si ces effets biomécaniques se traduiront en bénéfices cliniques pour les individus atteints d’une DTTP. / Posterior tibial tendon dysfunction (PTTD) affects 3.3% of women over the age of 40. It is characterized by the degeneration of the posterior tibial tendon (tendinosis). The biomechanics of this population is marked by an increased eversion of the hindfoot andankle inversion joint moment. Foot orthoses (FO) are more efficient to reduce those biomechanical features in the asymptomatic population. Also, FO reduce the pain associated with PTTD. However, no study has isolated the biomechanical effect of OP on this population. The aim of this research project was to synthesize knowledge on PTTD and determine the effect of three types of FO; prefabricated FO, custom FO and custom-varus FO with a 5 ° medial wedge and a 4 mm medial heel skive on the biomechanics of fourteen individuals with PTTD. The first hypothesis was that both custom FO will reduce the biomechanical deficits observed in PTTD population compared to prefabricated FO. To do so, a quantitative analysis of the gait on the affected lower limb of the kinematic, kinetic and muscular activity was conducted. A decreased in the angles of eversion of the hindfoot,a decreased ankle inversion moment and an increased knee abduction moment wereobserved with both custom FO compared to wearing shoes and prefabricated FO (p<0.001). Custom FO could be more appropriate than prefabricated FO to optimize the biomechanics of the lower limb observed at the ankle joint in PTTD population. However,clinicians should be careful when prescribing custom FO for PTTD since unwanted collateral biomechanical effects can be observed at the knee. A clinical study, such as arandomized controlled trial, is required to find out the clinical impact of those biomechanical effects.

Introduction: L’incidence annuelle des blessures à la course à pied est élevée et l’influence des paramètres d’entrainement sur le développement des blessures demeure incertaine. Objectifs: 1) Décrire la présentation clinique et le profil de course chez des militaires présentant des douleurs aux membres inférieurs (MIs) lors de la course à pied, 2) explorer l’association entre les changements récents des paramètres d’entrainement (volume ou intensité) et le type de diagnostic. Méthodologie: Étude descriptive transversale effectuée auprès de militaires présentant des douleurs aux MIs lors de la course à pied. Les principales mesures de résultats de l’évaluation en physiothérapie incluaient : localisation et diagnostic de blessure, paramètres d'entrainement à la course (volume, durée, fréquence, intensité) et changements récents de ces paramètres avant l’apparition de la blessure. Des analyses statistiques descriptives, des tests de Khi-carré et des analyses de correspondances multiples ont été effectuées. Résultats: Chez les 107 militaires inclus, les blessures étaient principalement localisées au genou (47,6%), à la jambe distale (20,6%) et au pied/orteils (16,8%). Les diagnostics plus fréquents étaient: syndrome fémoropatellaire (26,2%), périostite (11,2%), fasciite plantaire (9,3%). Près de la moitié des participants couraient moins de 15 kilomètres/semaine et la majorité couraient moins de 2 heures/semaine (62,6%). La majorité des particiants ont rapporté des changements récents dans leurs paramètres d’entrainement (75,7%) qui ont précédé l’apparition de la blessure. Aucune association n’a été identifiée entre la présence d’un changement récent du volume de course (c2(4)=2,849; p=, 606), ou de l’intensité (c2(4)=1,381; p=, 855) et le diagnostic. Conclusion: Dans cette étude, les blessures étaient surtout localisées au genou ou à la jambe distale et le diagnostic le plus fréquent était le syndrome fémoropatellaire. La majorité des coureurs ont rapporté des changements récents dans leurs paramètres d’entrainement qui ont précédé l’apparition de la blessure, mais le type de changement récent n'était pas associé au diagnostic. / Background: The yearly incidence of running-related injuries (RRIs) is high and the influence of running parameters on the development of injury is unclear. Objectives: 1) Describe the clinical presentation and running profile among military members who presented lower limb running-related pain, and 2) explore any association between recent changes in running parameters (volume or intensity) and specific RRI diagnoses. Methods: Descriptive cross-sectional study conducted on military members who presented lower limb running-related pain. The main outcome measures collected during a physiotherapy evaluation were: injury location and diagnosis, running parameters (volume, duration, frequency, intensity) including recent changes in training prior to injury onset. Descriptive statistical analyses, chi-square tests and multiple correspondence analysis were conducted. Results: Among the 107 participants included in the study, most injuries were located at the knee (47.6%), lower leg (20.6%) or foot/toe (16.8%). The most common diagnoses were patellofemoral pain (26.2%), medial tibial stress syndrome (11.2%) and plantar fasciopathy (9.3%). Nearly half of the participants ran less than 15 km per week and most runners ran less than 2 hours/week (70.5%). The majority of participants reported recent changes in their training parameters (75.7%) prior to injury onset. No association was found between recent changes in running volume ((χ2(4) =2.849; p=0.606), or intensity ((χ2(4) =1.381; p=0.855)) and the diagnosis. Conclusion: The most common injuries were located at the knee or lower leg and the most frequent diagnosis was patellofemoral pain. The majority of runners reported previous RRI, as well as recent changes in their running parameters just prior to injury onset, but unique types of recent changes were not associated with specific diagnoses

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2016-2017 / Cette thèse synthétise la conception d'une plateforme de marche destinée à la réadaptation des membres inférieurs pour le mouvement de la marche. L'automatisation du travail des thérapeutes, la réduction de leur charge de travail et la diversification des exercices pour les patients est un atout par rapport aux outils existants sur le marché tels que les tapis roulants ou les allées instrumentées pour la réadaptation. La conception d'une interface de locomotion pour la simulation de la marche présente des défis en terme de performance et de stabilité du mécanisme, de même que pour assurer la sécurité de l'utilisateur. L'équilibre de l'utilisateur doit être préservé grâce à une interaction humain-robot souple durant la phase d'élancement du pied et une sensation de rigidité lors de la phase d'appui. Dans un premier temps, la thèse présente le mouvement de la marche humaine pour trois types de milieux, c'est-à-dire la marche au sol, la marche d'escalier ascendante et la marche d'escalier descendante. Entre autres, le chapitre 1 cible les points essentiels de la cinématique et de la dynamique des membres inférieurs afin d'établir les exigences physiques pour la conception de la plateforme de marche. Le chapitre 2 introduit l'architecture mécanique de l'interface de locomotion basé sur deux systèmes indépendants de courroies déplaçant les deux effecteurs dans les translations horizontale et verticale, correspondant au plan sagittal dans lequel la majeure partie du mouvement de marche s'effectue. L'architecture du routage de courroies découple les degrés de liberté et simplifie ainsi la commande de la plateforme en séparant chaque degré de liberté en système indépendant. Cette architecture augmente également le rendement des efforts articulaires transmis aux effecteurs comparativement à un système dont les degrés de liberté sont co-dépendants. La thèse introduit ensuite la commande mise en place pour l'interaction entre le mécanisme et l'opérateur. Les exigences cinématiques et dynamiques diffèrent selon la phase d'élancement et la phase d'appui de la marche. Ainsi, le chapitre 3 présente la stratégie mise en place dans la direction horizontale pour minimiser les forces d'interaction entre l'utilisateur et l'effecteur. La commande en force permet, dans un premier temps, de diminuer l'inertie apparente de l'effecteur ressentie par l'utilisateur. Par la suite, un mécanisme passif à câbles est utilisé en tant qu'interface pour réduire davantage l'impédance ressentie du système. Le chapitre 4, quant à lui, décrit la stratégie mise en place pour gérer la phase d'appui de la marche afin de générer la contrainte rigide nécessaire à la simulation du sol virtuel. Le chapitre introduit la commande pour générer la limite virtuelle ainsi que la mise en place du système d'équilibrage statique à ressort à gaz pour diminuer le travail des moteurs et supporter le poids de la personne. Finalement, le chapitre 5 introduit la commande haut niveau pour générer le mouvement infini sur l'interface de locomotion avec un algorithme de recul, ramenant l'utilisateur dans la direction opposée à son mouvement pour générer l'espace nécessaire aux prochaines phases de marche, dans la direction horizontale comme pour le fonctionnement d'un tapis de course et dans la direction verticale, comme pour le fonctionnement d'un escalier mécanique inversé. / This thesis summarizes the design of a locomotion interface for gait rehabilitation. The aim of the mechanism is to alleviate the workload of therapists by automating the repetitive movements involved in the rehabilitation exercises. Moreover, by offering a larger panel of exercises, the locomotion interface should be an asset compared to standard treadmills or rehabilitation walkways. Walking simulation is a challenge in terms of performance, power and safety since the mechanism includes the user in the workspace of the effectors. The balance of the user should be ensured during the swing phase with a reduced human-robot interaction and reliable during the stance phase. First, Chapter 1 describes the walking motion, the stair climbing up and down movement and highlights their main kinematic and dynamic features. Chapter 2 then introduces the architecture of the locomotion interface based on independent belt routings which transmit the movement to two end-effectors that carry the user. Each foot platform has two degrees of freedom (dofs) corresponding to the horizontal and vertical translations in the sagittal plane. Decoupling the dofs simplifies the control of the locomotion interface and increases the efficiency of the torque of the motor sent to the end-effectors compared to systems with co-dependent degrees-of-freedom. Then, the thesis presents the strategies used to supervise the human-robot interaction. The kinematic and dynamic requirements are different during the swing phase and the stance phase of the human gait. Therefore, Chapter 3 introduces the force controllers that lighten the apparent inertia of the mechanism as well as the additional mechanism based on passive cables in order to further alleviate the impedance of the effector. Chapter 4 presents the controller that generates the vertical virtual constraint in order to produce the required reliable floor during the stance phase. The rendering of the virtual environment is improved with the implementation of a static balancing system based on gas springs that alleviates the workload of the motors that handle the weight of the user. Finally, Chapter 5 introduces the cancellation algorithm that generates the infinite environment. Horizontally, the user is brought backward such as on a treadmill. Vertically, the user is moved in the opposite direction of his/her movement such as in a reversed escalator.

L’artériopathie oblitérante des membres inférieurs (AOMI) est une affection vasculaire obstructive athéroscléreuse. Elle touche 20% des plus de 70 ans. L’ischémie critique des membres inférieurs (ICMI) est le stade ultime et nécessite une revascularisation. La thérapie cellulaire (TC) tente de promouvoir l’angiogenèse chez les patients en impasse thérapeutique. Les cellules souches mésenchymateuses (MSCs) sont un bon candidat, car elles associent des propriétés angiogéniques et immunomodulatrices. L’objectif de cette thèse a été 1), d’évaluer dans un modèle murin d’ischémie de la patte, l’efficacité de deux types de MSCs: les MSCs indifférenciées et les MSCs « endothelial like » (MELs) en les comparant aux cellules dérivées de la moelle osseuse; 2) d’analyser le membre ischémié par spectroscopie Raman.Les MELs et les MSCs ont induit une restauration complète du flux et une amélioration fonctionnelle du membre. Aucune nécrose n’a été signalée après administration des MELs. Histologiquement, les MELs ont induit les taux les plus élevés de néoangiogenèse et de régénération musculaire. Les acquisitions spectrales ont révélé que la spectroscopie Raman peut différencier un membre ischémié d'un membre sain et indique une augmentation du ratio lipide/protide au cours de l’ischémie.Notre étude indique que les MELs de patients ICMI rétablissent le flux sanguin et permettent la réparation musculaire. La spectroscopie Raman peut être utilisée pour évaluer l'ischémie chez les patients atteints d’ICMI. / Peripheral artery disease (PAD) is an atherosclerotic obstructive disease affecting lower limbs arteries. It affects nearly 20% of over 70s. Critical limb ischemia (CLI) is the ultimate stage and requires revascularization. Cell therapy (CT) has been proposed for patients with CLI. Clinical trials were encouraging but failed to establish efficacy. Mesenchymal stem cells (MSCs) may be a better option as they combine angiogenic and immunomodulatory properties. MSCs can be obtained from BMCs of CLI-patients. The aim of this study was first to evaluate, in a murine hindlimb ischemia model, the efficacy of two types of MSCs: undifferentiated mesenchymal stem cells (MSCs) and “endothelial like” MSCs (MELs) in comparison with currently used BMCs. Secondly, the objective was to perform a non-invasive analysis of ischemic limb using Raman Spectroscopy. MELs and MSCs induced complete perfusion restoration whereas BMCs did not. The complete flow recovery was significantly earlier with MELs in comparison with MSCs. Both MSCs and MELs improved functionality more efficiently than BMCs. Interestingly, complete limb salvage was observed in the MELs treated group exclusively. In muscles, MELs induced the highest rate of neoangiogenesis and the best muscle repair as shown by the presence of regenerated myofibers. Spectral acquisitions revealed that Raman spectroscopy can discriminate ischemic limb from healthy limb and can grade ischemia over time.Our study brings evidence that MELs obtained from CLI-patients can restore blood flow and provide muscle repair. Moreover Raman spectroscopy could be used clinically to assess ischemia in CLI-patients.

L'infirmité motrice cérébrale (IMC) est une pathologie résultante d'une lésion cérébrale qui atteint environ 4/1000 des nouveau-nés. Cette pathologie consiste en un trouble moteur dû à la contraction continue des muscles (spasticité) qui induit des raideurs musculaires évolutives avec l'âge engendrant des déformations osseuses. L'analyse quantifiée de la marche (AQM) permet d'objectiver et de mieux cibler les traitements orthopédiques. Cette thèse vise à enrichir l'AQM par une modélisation tridimensionnelle personnalisée du squelette et des muscles. L'AQM a été effectuée dans un laboratoire installé au Liban. Une base de données de sujets sains a été établie pour servir de référence à la compréhension des patterns de marche des patients. Une estimation des incertitudes liées aux paramètres de l'AQM a été effectuée, par étude de répétabilité et méthode de Monte Carlo, afin d'objectiver les comparaisons entre patients et sujets sains et entre données pré et post traitement. Une reconstruction 3D personnalisée du squelette en position debout a été effectuée par stéréoradiographie sous le système EOS® chez des enfants sains et IMC pour valider la faisabilité d'une telle technique. Des paramètres quantifiant les vices architecturaux ont été calculés et les incertitudes ont été estimées. Le recalage des structures osseuses durant la marche a été étudié grâce à la mise en place d'une cabine de stéréoradiographie au laboratoire d'analyse de la marche à Beyrouth. Des acquisitions IRM chez des sujets sains et un sujet IMC à Beyrouth ont permis d'explorer la faisabilité de la reconstruction 3D personnalisée des muscles des membres inférieurs en position couchée. La géométrie musculaire a été quantifiée en terme de longueurs, volumes et aires physiologiques. Une première approche de la reconstruction 3D des muscles en position debout a été réalisée en combinant les données de l'IRM et les structures osseuses obtenues par stéréoradiographie, permettant ainsi de calculer les rapports de longueurs entre corps musculaire et partie tendineuse. Ce travail permet d'analyser les anomalies de la marche à la lumière des déformations osseuses et musculaires pour une meilleure prise en charge thérapeutique des enfants IMC.

L’analyse 3D du mouvement humain repose généralement sur un ensemble d’hypothèses permettant de modéliser et d’approcher la complexité du corps humain. Le but de ce travail de thèse est de s’affranchir des hypothèses les plus classiques (liaisons simples et parfaites de type rotule ou pivot) dans les calculs de cinématique et de dynamique inverse allant jusqu'à l'estimation des forces musculo-tendineuses. La première partie de la thèse traite de la cinématique articulaire du genou à l’aide de modèles cinématiques « géométriques » représentant les structures anatomiques par des éléments simples (sphère, plan, barre). Ces modèles apparaissent sous la forme de contraintes lors des calculs de cinématique (effectués notamment par optimisation multi-segmentaire). Le travail réalisé a consisté à introduire des ligaments déformables par l’utilisation de méthodes de pénalités pour la gestion de cescontraintes. Il a été montré que ces méthodes, utilisées avec un modèle géométrique générique, permettaient une amélioration de l’estimation de la cinématique du genou in-vivo basée sur des marqueurs cutanés (par rapport aux autres méthodes classiques) en introduisant des couplages articulaires physiologiques. La flexibilité des méthodes permet également d’envisager lapersonnalisation des modèles. La seconde partie se penche sur la dynamique du membre inférieur en étudiant l’influence des actionspassives des structures péri-articulaires durant la marche. Le travail a consisté en une étude locale et une étude globale de ces actions. L’étude locale a montré que l’influence des moments passifs ligamentaires reste limitée sur les forces musculo-tendineuses et les forces de contact articulaire. L’étude globale a montré que les moments passifs de l’ensemble des structures péri-articulaires ontune contribution substantielle aux moments moteurs durant la marche et que les modèles de moments passifs ligamentaires disponibles dans la littérature ne sont pas fiables. L’ensemble de ces développements cherche, à terme, à permettre une approche multi-échelle de la modélisation du membre inférieur. Dans cette optique, la modélisation articulaire proposée (avec desliaisons qui ne sont plus ni simples ni parfaites) permet un couplage plus adapté entre les différentes modélisations (de type multi-corps rigides articulés et éléments finis). / The main objective of this work is to overcome the most classical hypotheses used in kinematics (lower pair mechanical joints) and inverse dynamics computation (joints without resistance) including the estimation of muscular forces. Kinematics is addressed in the first part of the thesis by using “geometric” kinematic models consisting in simple elements (sphere, plane, shaft) modeling the anatomical structures. These models correspond to constraints in the kinematic computation (especially in multi-body optimization). The work consisted in introducing deformable ligaments by using a penalty-based method. It has beenshowed that this method used with a generic geometric model improved the estimation of the knee kinematics from the skin markers, when compared to more classical methods, and introduce physiological couplings between the degrees of freedom. Model personalization is also considered thanks to the flexibility of the method. The influence of the passive structure actions during gait is studied in the second part of the thesis. The work consisted in a local and a global study of those actions. The local study showed that the influence on the joint contact and musculo-tendon forces of the ligament passive moments is limited. The global study showed that the passive moments of the whole peri-articular structures contribute to the motor moments during gait and that the passive ligament moments available in the literature are not appropriate. The long term objective of those studies is to develop a multi-scale approach of the lower limb modeling. The proposed articular modeling (with more complex joints) allows a better interaction between the different scales of modeling (rigid multi-body vs. finite elements).