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Thématiques

--- Page en cours de rédaction, suite à la création en 2023 de la nouvelle équipe BiomécaMot, issue de la fusion des équipes BIOMECA (Biomécanique des Tissus Vivants et des Matériaux – Modélisation et Caractérisation) et SPM (Santé, Plasticité, Motricité) de TIMC. ---

 

BiomécaMot a pour but de fédérer au sein de TIMC les acteurs de la biomécanique des tissus vivants et des matériaux pour le vivant et de la motricité, afin de donner une meilleure visibilité nationale et internationale à ces compétences propres à notre laboratoire de recherche.

bullet Les activités biomécaniques conduites par les chercheurs de cette équipe ont pour la majorité des finalités applicatives (assistance clinique et conception de dispositifs médicaux pour le vivant) impliquant à la fois des aspect théoriques (modélisation du comportement des tissus biologiques et des matériaux architecturés), computationnels (simulation numérique) et expérimentaux (caractérisation des matériaux, mesures in vivo ou sur tissus post-mortem). La force de l’équipe est de pouvoir coupler tous ces thèmes sur un même projet scientifique.

bullet Le second thème de recherche de l'équipe, la motricité, s'appuie sur des spécialistes de l’analyse du mouvement humain et de cliniciens, et puise sa spécificité dans une démarche unissant chez l’enfant et l’adolescent des compétences fondamentales et cliniques dans le domaine de la sensori-motricité.

Ces compétences prennent appui sur une plateforme d’analyse du mouvement déployée au sein du laboratoire et sur le site de l’hôpital couple-enfant du CHU. L’objectif est de mieux comprendre les processus qui assurent chez le sujet sain ou pathologique, le maintien de la station debout, d‘une part, et les interactions que ces mécanismes posturaux entretiennent avec le mouvement, en particulier la locomotion, d’autre part.

Ces recherches s’appuient essentiellement sur des études comportementales chez l’individu en mouvement, à partir d’indicateurs indirects que sont l’analyse cinématique et cinétique des coordinations motrices, l’électromyographie des muscles  impliqués, l’analyse de la charge attentionnelle liée au coût de régulation de la posture et/ou du mouvement, l’imagerie, ou encore l’activité électroencéphalographique.

 

Axes de recherche

Pour la biomécanique, les thématiques de recherche scientifique de l’équipe s’articulent autour de quatre axes de recherche :
 

  • La caractérisation expérimentale ex vivo et in vivo des lois de comportement des tissus vivants et des matériaux pour le vivant (figure 1).

  • La proposition de nouvelles lois de comportements adaptées aux tissus et matériaux étudiés, avec en permanence le souci de proposer des lois dont les paramètres pourront être caractérisés expérimentalement.

  • La simulation numérique des tissus vivants et des matériaux pour le vivant (figure 2), prenant en compte l’anatomie spécifique au patient et proposant des solutions pour une utilisation en routine clinique (génération des modèles patients-spécifiques, accélération des calculs via des techniques de réductions de modèles).

  • Le transfert vers la clinique, avec des évaluations sur patients via des études cliniques.

 

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Figure 1 : Caractérisation ex vivo (gauche) et in vivo (centre) des tissus mous linguaux.
Caractérisation de la paroi vasculaire (droite) à partir de séquences ultrasonores intravasculaires.

 

Concernant la motricité, les thématiques de recherche scientifique concernent :

Interactions posture-mouvement

L’organisation et le contrôle de la posture et du mouvement sont souvent analysés indépendamment, dans des tâches de laboratoire ou au travers de tests cliniques relativement simples. Pourtant, c’est dans les interactions entre les dimensions posturale et motrice, d’une part, et fondamentale et clinique, d’autre part, que les adaptations mises en place par le système nerveux central (SNC) prennent tout leur sens pour gérer la complexité de la MOTRICITÉ humaine pathologique.

Le couplage fonctionnel entre mécanismes de régulation de l’activité posturale et mécanismes de contrôle du mouvement n’est pertinent que s’il tient compte, chez le sujet sain ou pathologique, de la PLASTICITÉ cérébrale liée aux contraintes imposées aux systèmes sensoriels, moteur, ou cognitif.

Enfin, notre objectif est de mieux comprendre les mécanismes fondamentaux sous-jacents aux pathologies observées, en relation avec l’ontogénèse de l’enfant, et de contribuer dans une perspective de SANTÉ au développement et à l’évaluation de solutions thérapeutiques et de dispositifs biomédicaux innovants.

Nos travaux ouvrent également des perspectives de recherche très peu explorées quant à l’évolution de la pathologie avec l’âge et aux soins spécifiques dont les adultes ont besoin. Par exemple, une recherche rapide fait apparaître plus de 22 000 articles sur le thème de la paralysie cérébrale de l’enfant dont seulement 735 concernent l’adulte (3% des travaux engagés). Pour l’étude de la scoliose, plus de 5 000 articles sont répertoriés dont 700 concernent les adultes scoliotiques (12% des travaux engagés).

 

fig 3 SPM


Développement de la motricité chez le sujet sain et pathologique

Les connaissances actuelles dans le domaine du développement moteur montrent que l’évolution comportementale est non linéaire au cours de l’ontogenèse. Notre intérêt dans ce domaine porte plus particulièrement sur les processus de contrôle assurés par le SNC et sollicités dans tous les processus anticipatoires et/ou préparatoires, se déroulant avant l’initiation des commandes motrices et/ou posturo-motrices.

Deux thématiques orientent principalement nos recherches.
La première concerne le coût attentionnel et les ressources mobilisées par l’enfant aux différents âges de son développement pour contrôler sa posture et son mouvement.
La seconde  porte sur la paralysie cérébrale liée aux lésions cérébrales pré ou péri natales. En effet, cette pathologie engendre de nombreuses déficiences posturales et motrices auxquelles nous tentons d’apporter des réponses thérapeutiques mieux adaptées.

Fig 4 SPM


Scolioses idiopathiques de l'adolescent

La scoliose idiopathique, dont l’origine est multifactorielle, représente l’une des pathologies les plus fréquentes de l’adolescence. Mais force est de constater que les solutions thérapeutiques actuelles ne sont pas satisfaisantes car relativement peu efficaces in fine. Par ailleurs, on connaît assez peu quels sont les mouvements de la colonne vertébrale scoliotique, avec ou sans corset, au cours des gestes de la vie quotidienne.

Nos travaux visent à développer de nouveaux outils permettant de mieux prédire les déformations de la colonne vertébrale, d’améliorer les modalités d’intervention chirurgicale, et d’optimiser la conception des corsets et de leurs effets sur la colonne.

Ils visent aussi à développer des solutions innovantes de traitement des scolioses idiopathiques par corset externe et/ou « corset » interne dynamique en s’appuyant sur l’activité sensori-motrice du patient.

 


Contrats et programmes de recherche

Prévention Ulcères Pied

Responsable(s) : Yohan PAYAN
Contrat : Projet International de Coopération Scientifique (PICS) France-Israël - CNRS - [1970]

Projet FOTONG

Responsable(s) : Yohan PAYAN
Contrat : Projet IdEx Sorbonne Universités - UNIVERSITE GRENOBLE ALPES - [2017]
Fossil tongues − FOTONG

Projet PICS Prévention Ulcères

Responsable(s) : Yohan PAYAN
Contrat : Projet International de Coopération Scientifique (PICS) France-Israël - CNRS - [2017]
Prévention des ulcères du pied diabétique

Projet biomécanique et tissus mous

Responsable(s) : Yohan PAYAN
Contrat : Programme Hubert Curien France - Nouvelle-Zélande (Campus France) - UNIVERSITE GRENOBLE ALPES - [2017]
Modélisation biomécanique des tissus mous du sein pour une assistance à la chirurgie

Projet Imagerie et génération de modèles biomécaniques

Responsable(s) : Yohan PAYAN
Contrat : Fondation pour la Recherche Médicale (FRM) - UNIVERSITE GRENOBLE ALPES - [2016]
Imagerie pour la génération de modèles biomécaniques personnalisés de la jambe : applications à l’arthrodèse de cheville et à l’ostéotomie tibiale

Convention CHU Nantes

Responsable(s) : Yohan PAYAN
Contrat : Convention Reversement CHU Nantes - UNIVERSITE GRENOBLE ALPES - [2013-2017]
Étude préliminaire en vue de la prévention des escarres à l'aide d'un dispositif embarqué.

 

Projet OPTIMOVE

Responsable(s) : Vincent NOUGIER
Contrat :  SATT Linksium, Technology transfer and startup building Grenoble Alpes - UNIVERSITE GRENOBLE ALPES - [2017-2018]
 


Autres programmes de recherche : 

  • Programme ANR Technology Enhanced Learning Environment for Orthopaedic Surgery. 2007-2010.
  • Financement ENVEI-IO pour le développement de vêtements pour enfants mieux adaptés à la marche.
  • PHRC-IP pour l’enregistrement des pressions à l’interface moignon-emboîture chez l’amputé fémoral.
  • Crédit Impôt Recherche - Chabloz Orthopédie pour le développement de corsets innovants. SATT Linksium

 

Membres
Introduction membres

L'équipe BiomécaMot est co-dirigée par Grégory Chagnon et Estelle Palluel.

Responsable(s)

Permanents

Autres

Doctorants

Thèses

Les thèses en cours dans l'équipe :

  • Lise BRUN : "Le monitoring moteur : vers un pont entre approche représentative et approche systématique " (encadrée par Estelle PALLUEL , Chalabaev AINA () , Céline SOUCHAY (LPNC) )
  • Benoît GAULIN : "Analyse de l'influence du positionnement personnalisé d'implants dans l'arthroplastie de genou par analyse quantifiée du mouvement et modélisation biomécanique. " (encadrée par Estelle PALLUEL )
  • Clément HORTEUR : "Intérêt de la planification et modélisation pré-opératoire sur jumeau numérique pour le choix des critères d'implantation d'une prothèse totale de genou " (encadrée par Yohan PAYAN )
  • Marie Charlotte PICARD : "Modélisation biomécanique du visage humain pour l'assistance chirurgicale. " (encadrée par Yohan PAYAN )
  • Vianney POIRON : "VELIS augmenté " (encadrée par Pierre Yves GUMERY )
Plateformes - Ressources
PLATEFORME Santé, Plasticité, Motricité

 

   
  
  • Système 32 canaux d’acquisition de données (A/D 12 bit)
    + 32 I/O digitales, sans fils

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  • Analyse cinématique du mouvement en 3D sans fils

    • Systèmes opto-électronique (optotrak + codamotion)
    • Accéléromètres
    • Système vidéo 3D
    • Goniomètres
    • Centrales inertielles 9 canaux

 

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  • Electromyographie de surface

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  • EEG 128 canaux

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  • Plates-formes de force
    (statique et dynamique)

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  • Tapis de marche Gaitrite
     

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  • Tapis roulant

   
 
  • Capteurs et appareils divers :

         jauges de contrainte, contacts au sol,
         vibrateurs tendineux, etc.

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  * Localisation : Bâtiment Jean Roget (UGA - Site Santé)

  * Responsable scientifique : Estelle Palluel

Collaborations & Partenariats

Le comportement mécanique des organes et tissus mous humains est souvent très complexe, puisque non-linéaire, variable au cours du temps, actif, non-homogène et anisotrope. Toute caractérisation mécanique expérimentale de tels tissus (voire des matériaux en interaction avec ces tissus) repose sur des modèles de comportement prenant au mieux en compte cette complexité mécanique / géométrique / physique.

Les chercheurs de l’équipe Bioméca-TIMC déterminent donc des lois de comportement (hyperélastiques, viscoélastiques, plastiques ou poroélastiques) capables de mimer les déformations subies par les tissus humains et/ou les matériaux en interaction avec ces tissus. Nous proposons aussi des modélisations originales pour les tissus actifs (e.g. activation musculaire en interaction avec les segments osseux, déformation des organes actifs comme le cœur, la langue ou les tissus mous faciaux).

Les modèles développés sont multi-échelles (temps et espace) et multiprocessus (chimie, cellules, tissus, mécanique des milieux continus). Leur couplage avec l’environnement peut se faire via des conditions aux limites équivalentes (volumes élémentaires représentatifs) afin de limiter la complexité du modèle lui-même. L’équipe collabore avec plusieurs services cliniques, avec des laboratoires de chimie, matériaux et biomécanique, ainsi qu’avec des industriels (startups et grands groupes).

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Figure 2 : Simulations numériques des déformations du sein (gauche) et de plaques d’athérome (droite)

 

Valorisation

Rayonnement

  • Positionnement au sein de la communauté de biomécanique : Y. Payan (2012) et J. Ohayon (2016) lauréats du prix Sénior de la Société de Biomécanique (SB); J. Ohayon ancien président de la SB ; Y. Payan associate editor de la revue Clinical Biomechanics à partir de 2020 ; J. Ohayon et Y. Payan éditeurs de la série Biomechanics of Living Organs publiée par Elsevier (à partir de 2017).

  • Partenariats internationaux : UK, Iran, Canada, USA, Espagne, Pays-Bas, République Tchèque, Nouvelle Zélande, Israël.

  • Large spectre des tissus modélisés : cellule, vaisseaux coronariens, muscles, graisse, cerveau, face, langue, sein, poumons, cœur, foie, intestins, fesses, prostate, urètre, genou, rachis et pied.
     

Valorisation clinique et industrielle

La valorisation clinique et industrielle des résultats est également un objectif central de l’équipe.

Les chercheurs ont déjà d’importantes collaborations avec plusieurs services cliniques en France et à l’étranger, et notamment un partenariat privilégié avec le Laboratoire d’Anatomie du CHU de Grenoble.

La valorisation industrielle passe par le dépôt de brevets (4 brevets déposés sur la période 2014-219), des contrats industriels (General Electric, ANSYS, URGO, Sinclair, Anatoscope, Uromems, Demeure Orthopédie) et des transferts via la pré-maturation de l’Institut CARNOT LSI (projets CARDIO et IFEM), la maturation en SATT (projet IPAV) et la création de startups (Texisense et TwinSight).

 

Contact

Adresse : TIMC, Site Santé, Pavillon Taillefer, Rond-Point de la Croix de Vie, 38700 La Tronche
Adresse : Faculté de Médecine de Grenoble, Bâtiment Jean Roget, 38706 La Tronche