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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Conclusion
En anglais
5. Modélisation musculo-squelettique
Pour aller plus loin dans l'analyse des efforts appliqués sur les articulations, et en particulier des actions de contact, une modélisation plus complète est requise. Ces informations sont essentielles pour prévenir les troubles dégénératifs ou pour dimensionner les prothèses articulaires. En effet, un même mouvement articulaire, dans les mêmes conditions de chargement extérieur, pourra être réalisé de nombreuses façons, en particulier par des sollicitations très variées des différents muscles croisant cette articulation qui induiront des actions de contact très différentes.
Or, la mesure directe des forces musculaires, ligamentaires ou de contact articulaire est difficilement réalisable. De plus, la redondance inhérente au système musculo-squelettique comportant environ 630 muscles squelettiques pour mobiliser 244 degrés de liberté induit un nombre d'équations d'équilibre dynamique insuffisant pour calculer ces différentes forces. Plusieurs méthodes sont proposées pour résoudre ce problème, mais elles requièrent de nombreux paramètres d'entrée, pour la plupart difficiles, voire impossibles, à ajuster à chaque sujet spécifique.
5.1 Géométrie musculaire
L'ensemble des méthodes d'estimation des forces musculaires nécessite une description préalable de la géométrie musculaire. Le plus souvent, les principaux muscles sont représentés sous la forme d'une ou plusieurs lignes d'actions, reliant par des segments de droite des points de passage définis entre l'origine et l'insertion musculaire. Ces données sont mesurées sur quelques spécimens cadavériques ...
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Modélisation musculo-squelettique
BIBLIOGRAPHIE
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(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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-
...
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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