Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Cet article présente une vision synthétique des différents dispositifs permettant la mesure du mouvement humain, et en particulier des systèmes opto-électroniques à marqueurs passifs. Les méthodes de calcul de la cinématique articulaire et les erreurs liées au protocole expérimental sont décrites. Le calcul par dynamique inverse des moments représentant l'action résultante des muscles croisant une articulation, puis les principales approches utilisées pour avoir accès aux forces développées dans les différents muscles sont exposés.
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This article aims to give an overall view of the various devices used for measuring human movement and in particular opto-electronic systems based on passive markers. Methods for computing the joint kinematics and the errors related to the experimental protocol are described. The inverse dynamics calculation giving the moments representative of the resulting action of all muscles crossing the joint, then the main approaches used to evaluate the forces developed in the different muscles are exposed.
Auteur(s)
-
Laurence CHÈZE : Professeur des universités, Université Lyon 1 - Laboratoire de biomécanique et mécanique des chocs, Lyon
INTRODUCTION
Les pathologies de l'appareil locomoteur et neurologiques deviennent un problème majeur de santé publique, notamment en raison du vieillissement de la population et de l'accès plus large aux activités de loisirs dans les pays industrialisés. Pour parvenir à une meilleure compréhension et à un meilleur traitement de ces troubles, les études cliniques, mais aussi sportives ou ergonomiques, font de plus en plus appel à la biomécanique du mouvement, qui consiste à appliquer les outils, méthodes et formalismes de la mécanique à l'étude du mouvement humain en considérant celui-ci comme un système constitué de segments rigides articulés entre eux. Toutefois, par rapport à un système mécanique classique, le corps humain se distingue d'une part par son haut niveau de redondance à la fois cinématique et musculaire, mais également par une commande très complexe qui permettent, ensemble, une très grande diversité et de larges possibilités d'adaptation dans les gestes et les postures. La modélisation musculo-squelettique tente donc d'apporter des éléments de compréhension plus fins sur la contribution des différentes structures (géométrie articulaire, muscles, tendons, ligaments...) à un mouvement donné.
Dans ce contexte, cet article vise à donner au lecteur une vision synthétique des différentes étapes à franchir, depuis la mesure du mouvement jusqu'à la détermination de résultats interprétables sur le plan clinique. Les différents dispositifs permettant la mesure du mouvement humain sont succinctement présentés. Puis le principe sur lequel repose la reconstruction tridimensionnelle des systèmes les plus couramment utilisés – les systèmes opto-électroniques à marqueurs passifs – est exposé de manière plus détaillée. Les méthodes de calcul de la cinématique articulaire, donnant accès aux mouvements de chaque degré de liberté des articulations à partir des mesures de ces systèmes sont ensuite décrites, et les erreurs liées au système de mesure mais aussi au protocole expérimental utilisé pour sa mise en œuvre sont détaillées. Avant d'aborder la modélisation musculo-squelettique, le calcul par dynamique inverse des moments représentant l'action résultante des différents muscles croisant une articulation est présenté. Enfin, nous terminerons cet article en exposant les principales approches utilisées pour avoir accès aux forces développées dans les différents muscles au cours d'un mouvement.
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MOTS-CLÉS
Systèmes d’analyse du mouvement Plateformes dynamométriques Enregistrement électromyographique Evaluation clinique de la locomotion Performance sportive Analyse cinématique Dynamique des systèmes multi-corps
KEYWORDS
Motion capture systems | Force platforms | Electromyographic recording | Clinical evaluation of locomotion | Sport’s performance | kinematics | Multi-body dynamics
DOI (Digital Object Identifier)
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Différents dispositifs d'analyse du mouvement disponibles sur le marché
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6. Conclusion
En ce qui concerne la mesure des mouvements par des systèmes opto-électroniques basés sur des marqueurs passifs, les sources d'erreurs expérimentales, notamment celles liées aux artéfacts des tissus mous, demeurent un problème ouvert, les méthodes proposées pour les modéliser et les compenser n'étant, comme on l'a vu, pas encore complètement satisfaisantes. Cela induit une incertitude non négligeable sur la cinématique articulaire, qui rend difficile leur utilisation pour certaines applications cliniques nécessitant une grande précision.
L'accès aux efforts développés dans les muscles et aux réactions articulaires au cours des mouvements de la vie courante est évidemment fondamental pour affiner la compréhension de la contribution des différentes structures (géométrie articulaire, ligaments, tendons, muscles...) à ces mouvements et ainsi améliorer les diagnostics et les traitements des nombreux troubles de la locomotion. Toutefois, il est important de mettre en regard cet intérêt potentiel avec les nombreuses limitations des méthodes mises en œuvre pour quantifier ces efforts.
Dans la perspective de développement d'applications cliniques, des recherches doivent encore être menées [MED 8 250], notamment pour développer des modèles personnalisés pour le patient analysé, pouvant présenter des déformations osseuses ou des propriétés musculaires altérées, comme les enfants paralysés cérébraux ou les personnes ayant subi un accident vasculaire cérébral. Il semble également important de compléter les modélisations musculo-squelettiques actuelles par les aspects liés à la commande du mouvement, ce qui implique d'intégrer dans les approches proposées les connaissances acquises dans le domaine des neurosciences notamment. Une phase de validation des modèles doit enfin être menée, en s'appuyant en particulier sur les mesures des réactions articulaires effectuées sur des patients porteurs de prothèses instrumentées.
Ainsi, malgré l'apport réel de ces outils et méthodes pour de nombreuses applications, cet état de l'art montre que...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - HARTLEY (R.), STRUM (P.) - Triangulation. - Computer vision and Image Understanding, 68(2), p. 146-157 (1997).
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-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Base de données publique contenant les données d'actions mécaniques articulaires mesurées à partir de prothèses instrumentées dans différentes situations de la vie courante (page consultée le 11 février 2014) http://www.orthoload.com/
Orthoload, Loading of orthopaedics implants, en ligne, 2014, Bergman G. editor http://www.OrthoLoad.com
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