Modélisation multiphysique des traumatismes de la moelle épinière et leurs impacts fonctionnels

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Les traumatismes de la moelle épinière (TME) représentent un lourd fardeau pour les personnes atteintes et la société. Au Québec, les TME se produisent majoritairement chez les jeunes hommes lors d'accidents de la route, de chutes et d'accidents de véhicules hors route. Toutefois, les femmes et les personnes âgées sont plus souvent blessées dans des accidents de moins haute énergie. Les mécanismes de TME dépendent de plusieurs facteurs géométriques et mécaniques (conditions de chargement, propriétés des tissus, taille, forme du canal vertébral, etc.) qui varient en fonction de l'âge et du sexe des victimes. De plus, la relation entre le chargement traumatique et les pertes fonctionnelles implique un couplage électro-mécanique complexe. L'objectif de ce programme de recherche est de développer des modèles numériques simulant les traumatismes de la moelle épinière et leurs impacts fonctionnels. Les objectifs spécifiques sont : 1) de caractériser expérimentalement le comportement mécanique et électrique de la moelle épinière soumise à des conditions de chargement traumatiques; 2) de développer et valider des modèles numériques raffinés de la moelle épinière permettant de simuler les TME; 3) de développer un modèle neuro-musculosquelettique pour étudier l'atteinte et le potentiel de récupération des fonctions motrices suite à un TME. L'objectif à long terme est de produire des outils d'ingénierie sophistiqués qui supporteront le développement d'approches innovantes pour prévenir et favoriser la récupération fonctionnelle suite à un TME. L'approche méthodologique proposée combine le développement de modèles de simulation numérique et des études expérimentales du comportement mécanique et électrique de la moelle épinière soumise à des chargements traumatiques dans le but d'étudier les TME. Des études expérimentales seront réalisées pour investiguer l'effet de différents paramètres mécaniques tels que le site d'impact, la vitesse et la force d'impact sur les pertes de potentiels actifs de la moelle. Les données expérimentales recueillies permettront de développer et valider des modèles par éléments finis (MÉF) de la moelle épinière aux propriétés mécaniques viscoélastiques non-linéaires et anisotropes, ainsi que des faisceaux d'axones sensitifs et moteurs aux propriétés piézo-électriques. Un modèle neuro-musculosquelettique des membres inférieurs intégrant une boucle de contrôle représentant le système nerveux central sera développé et validé pour étudier l'effet d'une atteinte neuronale sur la coordination du mouvement. La modélisation raffinée de ces mécanismes des conditions traumatiques et de conditions spécifiques aux personnes affectées permettra à long terme d'améliorer l'évaluation, la prévention et le traitement de ces traumatismes graves. Ces outils avancés permettront de mieux comprendre les impacts fonctionnels des TME et de concevoir des dispositifs de prévention et de traitement des blessures à la moelle épinière plus performants.