Soutenance mémoire
L’articulation du genou
L’articulation du genou, un système couplé complexe
Le système couplé complexe
L’objet de la thèse est une étude de la cinématique du genou. La cinématique du genou est analysée par la position relative du tibia par rapport au fémur. Cette position pourrait être décrite à partir des angles d’Euler ou d’autres conventions mécaniciennes de description du mouvement d’un corps solide par rapport à un autre. Cependant ayant pour objectif d’être compréhensible et utile pour les chirurgiens orthopédistes, une autre convention a été utilisée. Le mouvement relatif du tibia par rapport au fémur est décomposé en trois rotations et trois translations. La description précise de ces rotations et de ces translations est présentée un peu plus tard dans le chapitre « Définition des positions et des conventions de signes ».
Les muscles quadriceps et poplité sont représentés avec plusieurs faisceaux. Trois faisceaux représentent le quadriceps pour être fidèle à l’anatomie : le vaste médial, le droit antérieur et le vaste latéral. Le muscle poplité est aussi représenté par trois faisceaux, ce qui permet d’assurer la stabilité du complexe poplité et de respecter la direction globale de traction du muscle.
L’articulation de la hanche est immobilisée. Les deux corps rigides ont donc été solidarisés. De même, les mouvements entre le tibia et la fibula étant négligeables au regard des amplitudes de mouvement du genou, ces deux os ont été considérés comme solidaires l’un de l’autre.
Les maillons dans le tendon quadricipital permettent de gérer l’enroulement du quadriceps lors des grandes flexions. Ces maillons entrent en contact avec la trochlée fémorale dès 40 degrés de flexion. Le maillon proximal dans le Fascia lata permet de gérer le contact avec le fémur au niveau de l’épicondyle médial. Le maillon distal dans le Fascia lata permet de gérer le contact avec le tibia au dessus du tubercule de Gerdy. Les deux maillons sont reliés par une distance constante correspondant à une structure indéformable. Cette structure peut aussi être considérée comme une partie du tendon du fascia lata. Le maillon poplité permet à la fois d’assurer le contact de la structure poplitée avec le fémur et le tibia et d’assurer la connexion du tendon poplité, du ligament fibulo-poplité et du muscle poplité qui est représenté par ses trois faisceaux.
Les os
L’objet de la thèse est une étude de la cinématique du genou. L’étude du mouvement sera réalisée sur des amplitudes de mouvements de l’ordre de 120°. Les os sont considérés comme des solides indéformables. Avant de décrire la construction des repères, il est nécessaire de faire un rappel de quelques repères anatomiques .
Morphométrie des os du modèle
Les os utilisés pour la modélisation proviennent du scanner d’une personne. Ces os ont été intégrés en fin de chaine numérique dans le logiciel de modélisation. Les travaux de Jens Dargel [13] fournissent des informations dimensionnelles sur la morphométrie du fémur et du tibia d’une population de 60 sujets anatomiques. La cohérence du modèle par rapport à cette population a été vérifiée au regard des paramètres suivants :
– La longueur du fémur
– La largeur distale des condyles
– La largeur postérieure des condyles
– La hauteur antérieure du condyle médial
– La hauteur antérieure du condyle latéral
– La largeur du condyle médial
– La largeur du condyle latéral
– L’épaisseur du condyle latéral
– La largeur intercondylienne
– La hauteur intercondylienne .
La longueur du fémur
L’article de Jens Dargel [13] définie la longueur du fémur comme étant la distance entre le centre de tête fémorale et le point le plus distal des deux condyles. Cette distance est mesurée sur le modèle : 433.0mm. Cette distance est comprise dans la plage de valeur définie par l’étude de Jens Dargel [13].
Les tendons
Les tendons relient les os aux muscles. Ils transmettent les efforts des muscles (actionneurs) aux os. Le tendon quadricipital est considéré comme une chainette de longueur constante. Le tendon du muscle poplité et le tendon du Fascia-lata obéissent à une loi de comportement similaire à celle des ligaments. Pour uniformiser la description et fluidifier la lecture de la thèse, leurs descriptions seront présentées dans la partie suivante destinée aux ligaments.
Les ligaments
Description du manuel d’anatomie
Le manuel d’anatomie sur l’appareil locomoteur de C.Cabrol [100] donne les descriptions anatomiques des ligaments suivantes : Le ligament rotulien représente le prolongement du tendon d’insertion du muscle quadriceps et s’étend depuis la rotule jusqu’à la tubérosité antérieure du tibia. (…) .
Il existe également deux ligaments latéraux. Le ligament latéral interne (ligament collatéral médial) est une lame aplatie, triangulaire, qui adhère fortement à la capsule articulaire et au ménisque interne. Le ligament présente trois groupes de fibres. Les fibres antérieures longues sont tendues entre la tubérosité fémorale interne et la marge infraglénoïdienne interne du tibia. Les fibres postéro-supérieures courtes irradient dans le ménisque interne alors que les fibres postéro-inférieures s’étendent entre le ménisque interne et le tibia. (…) Le ligament latéral externe (ligament collatéral latéral) n’est adhérent ni à la capsule articulaire ni au ménisque externe. Il est tendu de la tubérosité externe du fémur à la tête du péroné .
Au niveau de la face postérieure de l’articulation, le ligament poplité oblique constitue une expansion du muscle demi-membraneux et se dirige vers le dehors et vers le haut. Le ligament poplité arqué naît de l’apophyse styloïde de la tête du péroné, croise la face postérieure du muscle poplité et se termine en éventail dans la capsule articulaire.
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Table des matières
Introduction
Première partie : L’articulation du genou
L’articulation du genou, un système couplé complexe
Le système couplé complexe
Les os
Les repères mécaniques
Définition des positions et des conventions de signes
Morphométrie des os du modèle
Les tendons
Les ligaments
Description du manuel d’anatomie
Observation lors des travaux de dissection
Positionnement des ligaments par un groupe de chirurgiens experts
Comportement mécanique des ligaments
Remplacement des constructions mécaniques par une loi mathématique
Ligament croisé antérieur (LCA)
Ligament croisé postérieur (LCP)
Ligament collatéral médial (LCM)
Ligament collatéral latéral (LCL)
Complexe poplité
Tendon du muscle poplité
Ligament fibulo-poplité
Tendon quadricipital et ligament patellaire
Ligament fémoro-patellaire médial (MPFL)
Fibres de Kaplan (Tenseur du Fascia-lata)
Tableau récapitulatif
Les muscles
Les contacts
La capsule
Deuxième partie : Les conditions aux limites
Généralités sur les conditions aux limites
La flexion passive
La flexion sous effort antérieur de 10daN
La flexion sous couple interne de 10daN.m
La flexion sous couple externe de 10daN.m
Le Pivot shift ou Jerk test
Troisième partie : Résultats du modèle
Présentation du modèle 01-01-2011
Récapitulatif des constantes de raideur et longueurs initiales
Liste des résultats observés
Rotation interne du tibia par rapport au fémur
Recul du fémur par rapport au tibia (médial et latéral)
Effets sur le LCA
Effets sur le LCP
Effets sur le LCM
Effets sur le LCL
Effets sur la structure poplité
Effets sur les structures tendineuses du fascia-lata
Effets sur le ligament patellaire
Effets sur les ligaments fémoro-patellaires
Effets sur les efforts de contact fémoro-tibiaux et fémoro-patellaires
Effets sur les efforts dans le muscle quadriceps
Effets sur les efforts dans le muscle poplité
Effets sur les efforts dans le muscle Fascia-lata
Quatrième partie : Influence des paramètres
Méthodologie utilisée
Influence du LCA
Influence du LCA (dans sa globalité : trois faisceaux ensemble)
Influence du faisceau antéro-médial du LCA
Influence du faisceau intermédiaire du LCA
Influence du faisceau postéro-latéral du LCA
Influence du LCP
Influence du LCP (deux faisceaux ensemble)
Influence du faisceau antéro-latéral du LCP
Influence du faisceau postéro-médial du LCP
Influence du LCM
Influence du LCM (trois faisceaux ensemble)
Influence du faisceau profond du LCM
Influence du faisceau superficiel antérieur du LCM
Influence du faisceau superficiel postérieur du LCM
Influence du LCL
Influence du tendon du muscle poplité
Influence du ligament fibulo-poplité
Influence du tendon du Fascia-lata
Influence des fibres de Kaplan
Influence du ligament fémoro-patellaire médial (MPFL)
Influence du ligament fémoro-patellaire médial (deux faisceaux ensemble)
Influence du faisceau supérieur du ligament fémoro-patellaire médial
Influence du faisceau inférieur du ligament fémoro-patellaire médial
Influence du ligament fémoro-patellaire latéral (LPFL)
Influence du ligament fémoro-patellaire latéral (deux faisceaux ensemble)
Influence du faisceau supérieur du ligament fémoro-patellaire latéral
Influence du faisceau inférieur du ligament fémoro-patellaire latéral
Outils de synthèse
Synthèse des résultats
Conclusion
