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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Erreurs liées à la mesure du mouvement
En anglais
2. De la mesure à l'interprétation : calcul de la cinématique articulaire
En analyse du mouvement humain, où l'intérêt se porte sur les articulations du squelette, il est usuel de considérer le corps humain comme un système mécanique composé de corps rigides – les segments corporels supposés alors indéformables – articulés entre eux. Selon l'application envisagée, on pourra, par exemple dans le cas du membre supérieur, faire l'hypothèse que le thorax, le bras, l'avant-bras et la main sont des corps rigides articulés respectivement par le complexe de l'épaule, le coude et le poignet si l'on souhaite une analyse globale du geste ; ou décomposer plus finement les différents segments osseux et articulations du complexe de l'épaule ou de la main dans d'autres cas...
La plupart du temps, les translations articulaires sont négligées, notamment parce qu'à l'heure actuelle peu de systèmes de mesure non invasifs sont suffisamment précis pour les évaluer correctement. Néanmoins, il existe de multiples solutions pour exprimer les rotations tridimensionnelles des articulations, et les résultats obtenus par les différentes méthodes ne sont pas comparables entre eux, ce qui rend la compilation des données recueillies par les nombreuses équipes travaillant en analyse du mouvement à travers le monde très complexe, voire impossible, et limite ainsi la possibilité de créer des bases de données robustes, même en ce qui concerne les populations asymptomatiques. Cet état de fait a motivé la création, au niveau international, d'un groupe de travail issu de la Société Internationale de Biomécanique (ISB) dont la mission était de proposer des recommandations pour standardiser l'expression des rotations articulaires. Dès 1993, ce groupe de travail a décidé d'adopter et de généraliser à l'ensemble des articulations le « Joint Coordinate System » (JCS), autrement dit une approche basée sur les angles d'Euler, initialement proposée par Grood et Suntay pour le genou . En effet, cette approche présente l'avantage d'une interprétation des angles articulaires pertinente d'un point de vue clinique....
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De la mesure à l'interprétation : calcul de la cinématique articulaire
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - HARTLEY (R.), STRUM (P.) - Triangulation. - Computer vision and Image Understanding, 68(2), p. 146-157 (1997).
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(3) - SABATELLI (S.), GALGANI (M.), FANUCCI (L.), ROCCHI (A.) - A double-stage Kalman filter for orientation tracking with an integrated processor in a 9-D IMU. - IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 62(3), p. 590-598 (2013).
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(4) - MAHONY (R.), HAMEL (T.), PFLIMLIN (J.) - Nonlinear complementary filters on the special orthogonal group. - IEEE Transactions on Automatic Control, 53(5), p. 1203-1218 (2008).
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(5) - EL-GOHARY (M.), McNAMES (J.) - Shoulder and elbow joint angle tracking with inertial sensors. - IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 59(9), p. 2635-2641 (2012).
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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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