en fr Modeling of the Musculoskeletal System of the Lower Limb: Biomechanical Model vs. Meta Model Modélisation du Système Musculosquelettique des Membres Inférieurs : Modèle Biomécanique vs. Méta Modèle Report as inadecuate




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1 Biomécanique et Bioingéniérie

Abstract : Understanding of the mechanical behavior of the human body is a challenge to take appropriate medical decisions e.g. the patient-s diagnosis or treatment. To solve this problem, rst, a dynamic model of the musculoskeletal system of the lower limbs has been developed. A sensitivity analysis of the anthropometrical and geometrical parameters of the bones and muscles was performed with literature data. The computational results showed strong variations of kinematics and kinetics parameters function of the selected input data. All these ndings suggest the development of patient specic musculoskeletal models using medical imaging technique for individualized geometrical parameters of the subjects. As clinical application, two personalized models were developed a healthy subject with normal gait and a subject with gait disorders Polio pathology. This study showed the importance of personalized modeling to evaluate and design the Polio lower limb orthoses. The limitations and perspectives of the biomechanical models were presented in real clinical context. Second, a new class of model was proposed as meta-model Computer-Aided Decision System combining knowledge-based engineering methods to diagnose and guide the clinical treatment of the disorders of the musculoskeletal system of the lower limbs. The ontology, the data mining, the belief theory and the articial intelligence were applied to develop our meta-model. The crossing of these methods allowed us to develop a generic, exible and extensible system. Three clinical applications rotational anomalies, clubfeet deformities, and cerebral palsy were studied in the rst version of our system. The results showed that our system is able to provide aids to clinicians in their medical decisions e.g. a diagnosis or a treatment. Finally, the methodological confrontation of these two modeling approaches was carried out to highlight the strengths and also the weaknesses of each modeling approach.

Résumé : La compréhension du fonctionnement du corps humain est un challenge de recherche an de prendre une décision médicale le diagnostic, le traitement adéquate dans le cas des pathologies liées au syst ème musculosquelettique. Pour faire face à cette problématique, dans un premier temps, un modèle biomécanique a été développé décrivant la dynamique du mouvement avec prise en considération des caractéristiques géométriques os et muscles et mécaniques du système musculo-squelettique. Une étude de sensibilité de ces paramètres géométriques à partir des données de la littérature a montré l-importance de la personnalisation des ces paramètres. En application, un cas d-étude clinique d-un sujet présentant une pathologie Heine-Medin polio a été étudié. Deux modèles personnalisés un sujet sain et un sujet pathologique ont été réalisés. Les résultats obtenus ont montré l-intérêt d-une modélisation personnalisée pour évaluer et concevoir des orthèses personnalisés. Dans un deuxième temps, nous avons proposé une nouvelle classe de modèle - un méta modèle Système d-Aide à la Décision - intégrant des résultats du domaine de l-ingénierie des connaissances pour prédire, diagnostiquer, classer et proposer un traitement des pathologies du système musculo-squelettique des membres inférieurs anomalies rotationnelles AR, enfants PC Paralysie Cérébrale, pied bot. La modélisation de ce méta modèle se base sur les modèles mathématiques prédictifs pour prendre une décision médicale une prédiction, un diagnostic, ou une classi cation. Le but nal est de dégager un résultat cliniquement applicable. Ce système est générique, exible, et extensible et permet donc l-étude et l-analyse de pathologies diverses du système musculosquelettique des membres inférieurs. Enn, une comparaison de ces deux approches de modélisation a été eectuée an d-évaluer leur complémentarité pour une utilisation clinique.

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Keywords : Biomechanics modeling patient specic movement analysis lower limbs meta model ontology data mining belief theory articial intelligence medical tele-diagnostic computer-aided decision system rotational abnormalities clubfeet deformities cerebral palsy.

Mots-clés : Modélisation biomécanique personnalisation analyse du mouvement membres inférieurs ingénierie des connaissances méta modèle ontologie fouilles de données théorie de fonction des croyances système d-aide à la décision Heine-Medin Polio anomalies rotationnelles pied bot paralysie cérébrale.





Author: T.T. Dao -

Source: https://hal.archives-ouvertes.fr/



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