Contributions à l'amélioration d'un système d'analyse de la biocinématique tridimensionnelle du genou

Abstract

L'analyse de la biocinématique tridimensionnelle du genou est nécessaire à une bonne compréhension de l'état du genou et au rétablissement de sa fonction après une blessure. Le système Geni (pour Genou Non-Invasif) développé au sein du groupe de recherche en Biomécanique et Biomatériaux permet de mesurer cette biocinématique. Le système enregistre le mouvement du tibia par rapport au fémur grâce à des capteurs magnétiques de mouvement fixés à la jambe. Le système permet d'exprimer le mouvement de ces capteurs suivant une convention clinique établie et naturelle : flexion-extension, abduction-adduction, rotation tibiale interne-externe et translations le long d'axes médio-latéral, antéropostérieur et proximo-distal. Pour exprimer le mouvement du genou sous la forme d'indices cinématiques suivant cette convention, une définition d'axes cinématiques sur modèle numérique virtuel ainsi qu'un calibrage de ce modèle numérique sur le genou réel sont nécessaires avant chaque expérimentation. Ces opérations peuvent engendrer des erreurs qui se répercutent nécessairement sur la valeur des indices cinématiques. Afin de caractériser l'importance de ces erreurs et leur répercussion sur les résultats d'analyse cinématique, il a fallu dans un premier temps identifier et quantifier les principales sources d'erreur associées au système lorsqu'il est utilisé dans deux contextes différents : expérimentation in vitro sur pièce cadavérique et expérimentation in vivo sur sujet. Il a ainsi été déterminé que l'utilisateur génère une erreur plus importante dans le contexte in vivo que dans le contexte in vitro, principalement à cause de la difficulté d'identification des repères anatomiques utilisés pour définir les axes cinématiques. Ainsi, il a été déterminé que les mesures sont plus précises sur le modèle virtuel de l'os (0.23 mm et 1.37 mm respectivement pour des points facilement et difficilement identifiables) que sur le genou réel (1.9 mm et 7.0 mm respectivement pour des points facilement et difficilement identifiables). Dans un second temps, il a été possible d'estimer l'effet de ces erreurs sur le calcul des indices cinématiques. En expérimentation in vitro, une erreur moyenne de 2 degrés est obtenue pour la mesure des indices cinématiques de rotation et c'est l'étape d'identification des axes cinématiques sur les modèles virtuels qui est la source la plus importante de cette erreur. En expérimentation in vivo, une erreur moyenne de 10 degrés est obtenue pour la mesure des indices cinématiques et c'est l'identification de repères de calibrage qui est la principale source de cette erreur. Il a aussi été démontré que les résultats des expérimentations in vivo ne sont pas comparables d'une expérimentation à l'autre. Diverses avenues possibles afin d'améliorer la reproductibilité inter-expérimentale de ces résultats sont abordées.