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.
L'expertise technique et scientifique de référence
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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Modélisation musculo-squelettique
En anglais
4. Dynamique inverse
Pour aborder la dynamique inverse, c'est-à-dire la détermination des efforts inter-segmentaires équilibrant les actions mécaniques extérieures, il faut ajouter aux données de déplacements – traitées précédemment – des informations supplémentaires concernant le champ des forces appliquées sur le corps en mouvement ainsi que les masses, inerties et accélérations des différents segments corporels.
Les actions mécaniques extérieures sont très souvent limitées aux actions de contact des pieds au sol (analyse de posture, de la marche ou de la course), dont le torseur résultant est mesuré par des plateformes dynamométriques intégrant des capteurs piézoélectriques ou des jauges de déformation.
4.1 Estimation de la répartition de masse des segments corporels
La mesure directe de la répartition de masse de chaque segment corporel étant difficile sur sujet vivant, cette répartition est très souvent estimée à partir de modèles anthropométriques dont on peut distinguer deux catégories : les modèles géométriques et les modèles proportionnels .
Les modèles géométriques représentent les segments corporels par des formes géométriques plus ou moins complexes et supposent la densité des segments connue et constante. Par exemple, celui de Jensen découpe le corps en zones elliptiques de 2 cm d'épaisseur, alors que celui de Hatze ...
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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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(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).
-
...
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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