Journal of Forensic Biomechanics

Abstrait

Un modèle computationnel dynamique basé sur la stabilité en 3D du mouvement du tronc humain : vers le développement d'un paradigme pour l'analyse biomécanique des lésions médullaires médico-légales

Vahid Khorsand Vakilzadeh, Mohsen Asghari, Hassan Salarieh, Naira H Campbell-Kyureghyan, Mohamad Parnianpour et Kinda Khalaf

Contexte : Les lésions de la colonne vertébrale et les litiges associés continuent de poser des défis humains et économiques importants à l'échelle mondiale. Les modèles de simulation prédictive biomécanique de la colonne vertébrale fournissent des outils efficaces en termes de temps et de coût pour l'analyse quantitative biomécanique des lésions médico-légales.
Méthodes : Un modèle informatique 3D comprenant 18 muscles a été développé pour simuler le mouvement du tronc humain. Trois indices de performance basés sur la physiologie ont été utilisés pour modéliser les trajectoires optimales associées au mouvement du tronc. Le moment généré autour de l'articulation lombo-sacrée a été calculé à l'aide de la dynamique inverse. La contribution des muscles au moment a été évaluée en effectuant une optimisation basée sur la stabilité statique, où le mouvement du tronc d'une position verticale à 60 degrés de flexion a été simulé. La contribution du mécanisme intrinsèque à la stabilité de la colonne vertébrale a été abordée en ajoutant des contraintes de stabilité à la routine d'optimisation tout en permettant une augmentation de l'activité des muscles antagonistes.
Résultats : La co-contraction des muscles agonistes et antagonistes dans le modèle informatique résultant augmente la raideur articulaire autour de l'articulation L5/S1. Les fuseaux musculaires fournissent une rétroaction réflexive pour contrôler la position du tronc pendant l'exécution de la trajectoire optimale. L'augmentation du délai dans le mécanisme réflexe réduit la stabilité de la colonne vertébrale.
Conclusion : La principale contribution de ce travail est double : 1. L'utilisation innovante de trois indices de performance physiologiquement plausibles pour simuler le mouvement de la colonne vertébrale avec et sans contraintes de stabilité, et 2. L'incorporation de plusieurs contrôles d'avance et de rétroaction bien établis dans le modèle. Les indices de performance du tronc ont donné lieu à différents modèles de mouvement et de recrutement musculaire. Le modèle a prédit qu'imposer la stabilité du tronc entraîne une rigidité vertébrale plus élevée en augmentant le recrutement musculaire en accord avec les données expérimentales. Cette étude fournit un cadre informatique pour la modélisation et la prédiction du mouvement de la colonne vertébrale qui peut être utilisé pour l'analyse biomécanique quantitative des lésions de la colonne vertébrale.