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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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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
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3. Erreurs liées à la mesure du mouvement
3.1 Erreurs instrumentales
En ce qui concerne les systèmes d'analyse de mouvement à capture optique, les erreurs instrumentales correspondent aux erreurs avec lesquelles les positions tridimensionnelles des marqueurs passifs sont reconstruites dans le référentiel global du laboratoire, qui sont dues au système opto-électronique lui-même. Ces erreurs instrumentales sont de deux types . D'une part, des erreurs systématiques dépendent de la validité du modèle choisi pour définir les caméras et de la précision avec laquelle sont identifiés les paramètres de ce modèle lors de la phase de calibrage du système. D'autre part, des erreurs aléatoires sont liées au calcul du centre du marqueur, c'est-à-dire à la prise en compte de la distorsion de sa forme lorsque la vitesse d'obturation n'est pas adaptée à sa vitesse de déplacement, ou lorsque certains marqueurs sont partiellement occultés ou encore fusionnent s'ils sont trop proches…
Pour limiter les erreurs systématiques, il convient de définir avec soin la configuration expérimentale, c'est-à-dire le volume de travail, le nombre et la position optimale des caméras, la taille des marqueurs… et de prendre le temps de bien balayer tout l'espace utile lors du calibrage dynamique (§ 1.2). La correction des erreurs aléatoires se base essentiellement sur des techniques de lissage ou de filtrage des trajectoires de marqueurs ...
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BIBLIOGRAPHIE
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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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