Type de document
Rapports de recherche scientifique
Année de publication
2024
Langue
Français
Résumé
Les charges imposées sur la colonne vertébrale lombaire constituent un facteur de risque important pour les maux de dos. Connaître la distribution de ces forces internes lors d’activités de travail est nécessaire autant en prévention qu’en réadaptation des travailleurs. La modélisation musculosquelettique (MS) de la colonne vertébrale est la seule approche non invasive permettant d’estimer les charges sur les structures internes de la colonne.
Deux modèles ont été développés au Québec, soient un modèle par éléments finis (MEF) guidé par le mouvement et un autre guidé par des mesures électromyographiques (EMG) d’activation musculaire (modèle MEMG). Ces modèles sont donc sensibles aux stratégies individuelles de mouvement et d’activation musculaire. Un troisième modèle, permettant l’estimation de la stabilité lombaire, est aussi attaché au MEF, permettant de mieux comprendre, entre autres, les marges de stabilité et le risque d’hyper mobilité.
Les objectifs généraux de la présente étude sont (1) de fusionner les trois modèles MS (MEF, MEMF, stabilité lombaire) en un modèle hybride en vue d’obtenir la solution la plus sensible aux stratégies individuelles de mouvement et d’activation des muscles du tronc, (2) de retenir les caractéristiques en lien avec la personnalisation de ce modèle tout en y intégrant les courbures naturelles de la colonne vertébrale et (3) d’implanter la technique d’étalonnage sous-maximale des signaux EMG et d’en faire la validation.
Le présent rapport de recherche résume le contenu de trois articles qui ont détaillé les résultats en lien avec ces objectifs. Les résultats de ce projet ont confirmé, avec deux jeux de données indépendants impliquant des tâches statiques (article 1) et dynamiques (article 2) de levers de charges, que la technique d’étalonnage maximale des signaux EMG peut être remplacée par la technique sous-maximale. Le succès de cette validation permet d’utiliser un modèle MS solutionné par EMG chez des travailleurs souffrant de lombalgie ou n’ayant pas les aptitudes à produire les contractions maximales volontaires nécessaires à la technique d’étalonnage maximale. De plus, il a été démontré que la personnalisation du profil de la colonne vertébrale doit être prise en compte dans la modélisation MS de la colonne vertébrale (article 3).
L’ensemble des résultats démontrent que les estimations portant sur le chargement articulaire (compression et cisaillement) et les indices de stabilité lombaire sont beaucoup moins sujettes aux erreurs que les estimations des forces musculaires et semblent donc à privilégier pour documenter l’exposition à différentes tâches ainsi que les effets d’intervention. Les applications de ce modèle hybride seront ainsi possibles pour l’évaluation du risque associé à différentes tâches de travail ou à titre de mesures de résultats pour évaluer les effets d’interventions ergonomiques ou cliniques.
Loads on the lumbar spinal column are a significant risk factor for backaches. It is important to know the distribution of these internal forces during work activities both for prevention and for worker rehabilitation. Musculoskeletal (MS) modelling of the spinal column is the only non-invasive approach that can estimate loads on the spinal column’s internal structures.
Abstract
Two models have been developed in Quebec: a finite element model (FEM) guided by movement and another model guided by electromyographic (EMG) measurements of muscle activation (EMGM). These models are therefore sensitive to individual movement and muscle activation strategies. A third model, which allows lumbar stability to be assessed, is also associated with the FEM and makes it possible to better understand stability margins and the risks of hypermobility, among other things.
The general objectives of this study are to (1) amalgamate the MS models (FEM, EMGM, lumbar stability) in a hybrid model with the aim of obtaining the solution that is the most sensitive to individual movement and trunk muscle activation strategies; (2) retain the characteristics related to the personalization of this model by integrating natural spinal column curves; and (3) implement and validate the submaximal EMG normalization technique.
This research report summarizes the contents of three articles that described the results in relation to these objectives. On the basis of two independent data sets concerning static (article 1) and dynamic (article 2) lifting tasks, the results of this project confirmed that the maximal EMG normalization technique can be replaced by the submaximal technique. The success of this validation allows one to use an EMG-based MS model in workers who have backache or are unable to produce the maximal voluntary contractions needed for the maximal normalization technique. In addition, it was shown that personalized spinal column profiles must be taken into account in MS modelling of the spinal column (article 3).
Together, these results show that estimates concerning joint loading (compression and shear) and lumbar stability indices are much less subject to error than estimates of muscle force and should therefore be preferred when documenting exposure during different tasks and the effects of interventions. This hybrid model can therefore be applied in evaluating the risk associated with different work tasks or in measuring results to assess the effects of ergonomic or clinical interventions.
ISBN
9782897972783
Mots-clés
Troubles musculosquelettiques, Musculoskeletal disease, Soulèvement des charges, Manual lifting, Modèle, Model, Manutention manuelle, Manual handling, Mécanique humaine, Body mechanics, Charge physique, Physical workload, Électromyographie, Electromyography
Numéro de projet IRSST
2019-0018
Numéro de publication IRSST
RS-1191-fr
Citation recommandée
Larivière, C., Ghezelbash, F., Eskandari, A., Gagnon, D., Mecheri, H., Arjmand, N. et Shirazi-Adl, A. (2024). Fusion et validation de modèles musculosquelettiques de la colonne lombaire pour la prévention et la réadaptation des travailleurs (Rapport n° RS-1191-fr). IRSST.