Cinématique de la marche

L’analyse de la cinématique de la marche consiste en l’observation des angles articulaires. Ces derniers correspondent aux angles formés entre 2 segments du corps et ont une valeur nulle à la position anatomique de repos. Par exemple, l’angle formé par le tibia et le fémur donne l’angle de flexion du genou et est nul lorsque les axes longitudinaux sont alignés dans le plan sagittal. La flexion/extension, l’abduction/adduction ainsi que les rotations internes et externes sont les paramètres qui sont mesurés lors de l’analyse cinématique. Plusieurs systèmes de mesure tels que les goniomètres, les capteurs inertiels ainsi que les systèmes optiques à marqueurs actifs ou passifs peuvent être utilisés. Les systèmes de caméras optoélectroniques (système optique à marqueurs passifs) sont fréquemment utilisés pour l’analyse de la marche.

Système de capture du mouvement optoélectronique Les systèmes de caméra optoélectroniques à marqueurs passifs se basent sur la technique de stéréophotographie pour reconstruire la position tridimensionnelle de chaque marqueur. En d’autres mots, le système a besoin d’au moins trois points de vue différents d’un même marqueur pour en établir sa position en 3 dimensions. Ce genre de système nécessite une calibration en deux étapes. Dans un premier temps, une calibration dynamique qui consiste à déplacer dans l’espace un objet de référence avec des marqueurs réfléchissants ayant des positions relatives connues et définies dans le système est requise. Cette étape permet de définir où sont les caméras, les unes par rapport aux autres. La seconde étape consiste à définir le système d’axes du repère global du système de capture. Ainsi, chaque caméra connait sa position et son orientation par rapport à l’origine. Suite à la calibration, une opération qui consiste à masquer les bruits perçus par les caméras doit être réalisée. Les bruits peuvent être causés par des objets réfléchissants dans le volume de calibration ou encore par la lumière émise par les caméras elles-mêmes. De nos jours, la précision des systèmes de capture du mouvement de marque Vicon avoisine les 100 micromètres en condition statique et de 1 mm en condition dynamique. Les principales limitations d’un système de capture du mouvement optoélectronique sont le risque d’occlusion des marqueurs lors d’un mouvement ainsi que les erreurs de position des marqueurs causées par le déplacement ou le glissement des corps rigides (regroupement de marqueurs sur une plaque rigide et fixé sur le corps) lors des acquisitions. Néanmoins, le risque de déplacement des marqueurs n’est pas propre au système optoélectronique et peut également survenir lors de l’utilisation de capteurs inertiels ou magnétiques par exemple.

Pour les marqueurs directement apposés sur la peau, le mouvement de la peau est également une source d’erreur non négligeable (Benoit, Ramsey et al. 2006). Pour palier à cette situation, certains auteurs ont fixé les marqueurs directement dans les os, mais il s’agit là d’une technique exploratoire, très invasive et rarement utilisée (Lafortune, Cavanagh et al. 1992, Arndt, Wolf et al. 2007).

Néanmoins, la technologie KneeKG commercialisée par la compagnie Emovi offre une solution clinique qui permet de mesurer la cinématique au genou en minimisant le mouvement relatif des capteurs dû au déplacement de la peau. Un harnais dont les points d’appui sont les épicondyles fémoraux a été développé et offre une méthode de mesure rapide, précise et fiable (Lustig, Magnussen et al. 2012).

Analyse tridimensionnelle

Bien que l’analyse de la cinématique de la marche se fasse le plus souvent dans le plan sagittal, les plans frontal et transverse peuvent donner des renseignements pertinents, entre autres, sur le contrôle de la stabilité lors de la marche (Dicharry 2010). Cependant, les valeurs angulaires en rotation dans le plan frontal (abduction/adduction) et transverse (interne/externe) présentent une certaine variabilité en fonction du protocole utilisé (Ferrari, Benedetti et al. 2008). La Figure 1.3 montre les patrons de marche dans les 3 plans selon 5 protocoles différents. Pour cette raison, il est important de connaitre et de maitriser le protocole de calibration utilisé lors de la comparaison de données avec celle trouvées dans la littérature. Cinématique du genou Un grand nombre d’études se sont intéressées à la cinématique du genou lors de la marche.

Dans le plan sagittal, la majorité de ces études arrivent à un consensus quant au parton de mouvement décrit par le genou. Le patron moyen de flexion/extension au genou se produit en deux phases : une légère flexion suivie d’une faible extension dans la phase d’appui et une grande flexion elle aussi suivie d’une extension lors de la phase d’élan (Figure 1.5). Au début du cycle, lorsque le talon est en contact avec le sol, le genou est légèrement fléchi. Lorsque la phase de chargement débute, une flexion de 20 degrés est observée.

Cette flexion diminue par la suite jusqu’au moment où l’autre jambe entre dans la phase d’oscillation pour atteindre une valeur maximum en extension. Une augmentation de la flexion de 35 degrés se produit entre 50% et 60% du cycle de marche. La phase d’envol est caractérisée par une large flexion atteignant plus de 60 degrés et qui redevient nul au moment où le talon refait contact avec le sol (Chao, Laughman et al. 1983, Kadaba, Ramakrishnan et al. 1990, Lafortune, Cavanagh et al. 1992).

Cinématique de la hanche

En comparaison avec le genou, moins d’auteurs se sont intéressés à l’étude de la cinématique de la hanche pendant la marche. De plus, la majorité des études propose une analyse uniquement dans le plan sagittal. Dans ce plan, une grande partie des études rapportent un patron similaire tel que présenté à la Figure 1.9 (Kadaba, Ramakrishnan et al. 1990, Besier, Sturnieks et al. 2003, Mills, Morrison et al. 2007, Ferrari, Benedetti et al. 2008). Ce patron est caractérisé par une flexion de 30 degrés au début du cycle qui diminue jusqu’à atteindre environ dix degrés en extension à la fin de la phase d’appui. Pendant la phase pré-envol qui s’étend de 50% à 60% du cycle, la flexion à la hanche augmente de dix degrés et atteint une valeur nulle. Lors de la phase d’envol, une augmentation rapide d’environ 35 degrés en flexion est observée et diminue d’environ cinq degrés au moment ou le talon refait contact avec le sol. Cinétique de la marche L’analyse cinétique est l’étude des forces impliquées dans le mouvement.

Elle est souvent utilisée lors de l’analyse de la marche puisqu’elle permet d’obtenir des informations sur la cause et les mécanismes impliqués dans le mouvement (Winter 2009). Les paramètres cinétiques font référence, entre autres, aux forces de réaction au sol lors de la marche. L’utilisation de plates-formes de force est une des méthodes utilisées afin de quantifier l’amplitude et la direction du vecteur force produit en réaction à la pression plantaire appliquée sur ces dernières. Comme montré à la Figure 1.10, cette force peut-être analysée dans les trois dimensions.

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Table des matières

INTRODUCTION
Revue de la littérature
1.1 Analyse de la marche
1.1.1 Plans anatomiques
1.1.2 Cycle de marche
1.1.3 Paramètres spatiotemporels
1.1.4 Cinématique de la marche
1.1.4.1 Système de capture du mouvement optoélectronique
1.1.4.2 Analyse tridimensionnelle
1.1.4.3 Cinématique du genou
1.1.4.4 Cinématique de la hanche
1.1.5 Cinétique de la marche
1.2 Modèles de contrôle moteur lors de la marche
1.3 Modalités sensorielles impliquées dans la régulation de la marche et du mouvement
1.3.1 Proprioception
1.3.2 Retour visuel
1.3.3 Incohérence entre vision et proprioception
1.4 Réalité virtuelle
1.4.1 Latence
1.4.2 Égo-avatar et le sentiment d’incarnation
1.4.2.1 L’égo-localisation
1.4.2.2 Le sentiment d’intentionnalité
1.4.2.3 Le sentiment d’appropriation
PROBLÉMATIQUE ET OBJECTIFS
2.1 Problématique
2.2 Objectifs
2.3 Hypothèses
MÉTHODOLOGIE
3.1 Contexte
3.2 Matériel
3.3 Outils logiciels
3.3.1 Égo-avatar modulable
3.3.2 Calibration fonctionnelle
3.3.3 Protocole expérimental
3.3.4 Répétabilité de la méthode de calibration
3.3.5 Évaluation de la latence
3.3.6 Étude de faisabilité
3.3.6.1 Méthodologie
3.3.6.2 Données analysées
3.3.6.3 Tests statistiques
RÉSULTATS
4.1 Répétabilité de la méthode de calibration
4.2 Latence du système
4.3 Étude de faisabilité
4.3.1 Données démographiques
4.3.2 Égo-avatar non modulé
4.3.2.1 Données cinématiques
4.3.2.2 Données cinétiques
4.3.2.3 Longueur de pas
4.3.3 Égo-avatar modulé
4.3.3.1 Données cinématiques
4.3.3.2 Données cinétiques
4.3.3.3 Longueur de pas
4.3.3.4 Variation de la vitesse de déplacement du pied
4.3.4 Questionnaire sentiment d’incarnation
DISCUSSION
5.1 Répétabilité de la méthode de calibration
5.2 Latence du système
5.3 Étude de faisabilité
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE