Colloque IMT - 15/10/2019 - Healthcare 4.0 – « Modélisation semi-analytique personnalisée du port des ceintures lombaires. Application à des essais précliniques in vitro » -Présentation par Jérôme Molimard

1. MODÉLISATION SEMI-ANALYTIQUE PERSONNALISÉE
DU PORT DES CEINTURES LOMBAIRES,
APPLICATION À DES ESSAIS PRÉ-CLINIQUES IN SILICO.
J. Molimard, R. Bonnaire, W.S. Han, R. Convert, P. Calmels

2. La lombalgie
14/10/2019
Contexte Modélisation Application Conclusions
Prévalence
Plus de 50% de la population Française touchée chaque année
(Étude sur 10 ans, publiée en 2002-2003)
Healthcare 4.0 - Nouvelles avancées en ingénierie pour la santé2
Traitements
Médication, Physiothérapie, Suivi psychologique, Ceintures lombaires,
École du dos, Ultrasons, Programme d’entraînement, Ostéopathie ...
Mode d’action des ceintures lombaires
Biomécanique : limitation des amplitudes segmentaires et globales,
correction de posture ...
Fonctionnelle : baisse de la consommation de médicaments, amélioration
de la vie quotidienne...
Physiopathologique et clinique : effet décontractant, effet sur la douleur...

3. La lombalgie
14/10/2019
Contexte Modélisation Application Conclusions
Healthcare 4.0 - Nouvelles avancées en ingénierie pour la santé3

4. Travaux antérieurs : modèle EF générique
Krigeage sur un modèle de tronc générique
Pression moy.
M
oyenne
Hauteur
0,003
-0,006
M
odèle
Taille
Lordose
Corpulence
Peau
Ventre
Autres
tissus
m
ous
O
s
Annulus
Nucleus
Pression(MPa)
Pression Abdominale
Pression Annulus
Pression Nucleus
Contexte Modélisation Application Conclusions
Bonnaire et al., Biomechanical analysis and modelling of lumbar belt: parametric study,
Computer methods in biomechanics and biomedical engineering, Taylor & Francis, 2014, 17, 62-63
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Ceinture Morphologie
du patient
Propriétés
mécaniques
Propriétés
des disques

5. Travaux antérieurs : modèle EF générique
Krigeage sur un modèle de tronc générique

Principaux résultats
◌
Effet délordosant
◌
Baisse de la pression intradiscale moyenne
◌
Principaux éléments d’efficacité des ceintures : conception de la ceinture,
morphologie du patient

Limitations
◌
Représentativité du tronc générique
◌
Difficultés à s’adapter à un sujet spécifique
◌
Temps de calcul
Contexte Modélisation Application Conclusions
Développement d’un modèle analytique basé sur des formes
de tronc réelles
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6. Vers un outil de conception
14/10/2019 Healthcare 4.0 - Nouvelles avancées en ingénierie pour la santé6
Tension de la
ceinture
Pression appliquée sur
le tronc par la ceinture
Morphologie
du patient
Loi de Laplace : , R>0, ε ≥ 0P=
kL ϵ
R
=
T
R
T T
P
R
Contexte Modélisation Application Conclusions

7. Vers un outil de conception
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Tension de la
ceinture
Pression appliquée sur
le tronc par la ceinture
Morphologie
du patient
Indice de conception
Loi de Laplace : , R>0, ε ≥ 0P=
kL ϵ
R
=
T
R
T T
P
R
Contexte Modélisation Application Conclusions

8. Vers un outil de conception
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Propriétés mécaniques
des ceintures
Tension de la
ceinture
Pression appliquée sur
le tronc par la ceinture
Morphologie
du patient
Propriétés des
textiles
Conception de
la ceinture
Indice de conception
Contexte Modélisation Application Conclusions

9. Vers un outil de conception
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Déformation unidirectionnelle
Rigidité homogénéisée
Contact adhésif
Hypothèses
Propriétés mécaniques
des ceintures
Tension de la
ceinture
Pression appliquée sur
le tronc par la ceinture
Morphologie
du patient
Propriétés des
textiles
Conception de
la ceinture
Indice de conception
Interaction
tronc-ceinture
Contexte Modélisation Application Conclusions

10. Exemple de résultats
14/10/2019 Healthcare 4.0 - Nouvelles avancées en ingénierie pour la santé10
Contexte Modélisation Application Conclusions
F,27a.,IMC=21kg/m²
ceinture #c, fA
= 0,3, fermeture asymétrique
H,46a.,IMC=29kg/m²
Pression (mmHg)
Pression (mmHg)

11. Exemple de résultats
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Contexte Modélisation Application Conclusions
F,27a.,IMC=21kg/m²H,46a.,IMC=29kg/m²
Ventre
Dos
PressionPression

12. Exemple de résultats
14/10/2019 Healthcare 4.0 - Nouvelles avancées en ingénierie pour la santé12
Contexte Modélisation Application Conclusions
F,27a.,IMC=21kg/m²
ceinture #c, fA
= 0,3, fermeture asymétrique
H,46a.,IMC=29kg/m²
Ventre
dos
Ventre
dos
Mf

13. Etude clinique in silico
14/10/2019 Healthcare 4.0 - Nouvelles avancées en ingénierie pour la santé13
Contexte Modélisation Application Conclusions

14. Etude clinique in silico : effet de la ceinture
14/10/2019 Healthcare 4.0 - Nouvelles avancées en ingénierie pour la santé14
Contexte Modélisation Application Conclusions
Pressionmoyenne(mmHg)
Ceinture #c Ceinture #d
Des pressions significativement différentes

15. Etude clinique in silico : effet de l’adhésion
14/10/2019 Healthcare 4.0 - Nouvelles avancées en ingénierie pour la santé15
Contexte Modélisation Application Conclusions
Pression(mmHg)
Coef. d’adhésion
#c, fermeture asymétrique
#c, fermeture symétrique
#d, fermeture asymétrique
#d, fermeture symétrique
Baisse de la pression avec le coef. d’adhésion

16. Etude clinique in silico : effet de l’IMC
14/10/2019 Healthcare 4.0 - Nouvelles avancées en ingénierie pour la santé16
Contexte Modélisation Application Conclusions
Momentdeflexion(N.m)
IMC (kg/m²)
#c, fermeture asymétrique
#c, fermeture symétrique
#d, fermeture asymétrique
#d, fermeture symétrique
Baisse du moment de flexion avec l’IMC

17. Conclusions
14/10/2019 Healthcare 4.0 - Nouvelles avancées en ingénierie pour la santé17
Contexte Modélisation Application Conclusions
Des premiers résultats intéressants
●
Influence de l’IMC (et du tronc)
●
Conception de la ceinture importante
Modèle analytique
●
Modèle des propriétés du textile à l’efficacité mécanique
●
Outil de conception et d’étude in silico
●
Laplace modifiée → génération de pression avec adhésion
Johnson / Love → déformation du tronc
Travaux en cours
●
Liens indicateurs externes/indicateurs internes
●
Mise en mouvement du modèle

18. Remerciements
Co-auteurs : R. Bonnaire, W.S. Han, R. Convert, P. Calmels
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Financeurs :
Contact
molimard@emse.fr

20. Modélisation des ceintures
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Contexte Modélisation Application Conclusions

21. Modélisation des ceintures
14/10/2019 Healthcare 4.0 - Nouvelles avancées en ingénierie pour la santé21
Contexte Modélisation Application Conclusions

22. Propriétés des textiles
14/10/2019 Healthcare 4.0 - Nouvelles avancées en ingénierie pour la santé22
Contexte Modélisation Application Conclusions
0 0,01 0,02

23. Propriétés des ceintures
14/10/2019 Healthcare 4.0 - Nouvelles avancées en ingénierie pour la santé23
Contexte Modélisation Application Conclusions
#c
#d
0 0,01 0,02

24. Propriétés des ceintures
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Ceintures Rigidité (kN.m-1) Erreur
(%)
Mesurée Calculée
#a 6,93 6,26 9,76
#b 11,0 10,9 1,28
#c 12,6 12,1 3,29
#d 12,4 11,4 7,68
Contexte Modélisation Application Conclusions