Évaluation biomécanique

III.2.1.1 Matériel

— Tapis ADAL

Les participants marchent sur un tapis roulant instrumenté ADAL3DM–F-COP-Mz (Medical Developpement, France). Ce tapis possède une plateforme de force intégrée sous chacune des deux bandes, qui enregistre l’amplitude des forces et des moments agissant au sol en 3D. Une étude bibliographique, un contact avec les fournisseurs et les auteurs d’un document interne sur l’évaluation du tapis ADAL (Black I. et coll. 2006) ainsi qu’une collaboration avec le LBM ont permis d’ébaucher un protocole. Un outil a été mis au point pour effectuer un premier calibrage des forces verticales. Un protocole complet reste à être mis en place pour permettre d’évaluer la précision de la localisation du centre de pression et de l’amplitude de toutes les composantes des forces et moments du tapis.

— Système VICON

Les déplacements 3D des marqueurs réfléchissants sont enregistrés par un système d’analyse de mouvement VICON à 6 caméras (Oxford Metrics Ltd.) à une fréquence d’acquisition de 120Hz. Déterminer rigoureusement la précision du système VICON est une procédure longue qui nécessite du matériel spécifique. Ainsi, un compromis entre l’exhaustivité de l’évaluation de la précision et la charge de travail qu’elle requiert doit être trouvé. Un protocole a été mis en place en collaboration avec le LBM et a permis de déterminer la précision avec laquelle le système fournit la distance entre deux marqueurs placés sur un bâton de calibrage. Le bâton a été déplacé dans tout le volume de mesure (en translation puis en rotation), les caméras étant placées comme pour l’analyse d’un membre droit (4 caméras à droite, 2 à gauche) puis d’un membre gauche (4 caméras à gauche, 2 à droite). Pour l’un des essais, un dizaine de marqueurs ont été placés dans le volume. Le volume de mesure est de 2*2.1*3m. La distance de référence des marqueurs a été mesurée par un pied a coulisse « DIGIMATIC » Mitutoyo (Résolution 0.01mm, précision ±0.02mm, répétabilité = 0.01mm).

Nous obtenons une erreur systématique inférieure à 0.2mm avec les caméras placées à droite et 0.4 mm à gauche. L’erreur aléatoire des caméras est inférieure à 0.9mm à droite et 1.2 mm à gauche. L’erreur est plus importante pour un mouvement de rotation qu’un mouvement de translation ; la présence d’autres marqueurs dans le volume n’influence pas les résultats. Le résidu des caméras fourni par VICON doit être inférieur à 0.8 mais ne

enregistrement, on peut évaluer la déformation des corps rigides ou le résidu fourni pour chaque marqueur.

— Systèmes d’attache des marqueurs

Les participants portent des sandales neutres (Portofino) et sont équipés de différents corps rigides pour enregistrer la position du pied, du tibia, du fémur et du bassin (Figure 27): - un corps rigide portant 4 marqueurs est fixé sur la sandale

- une plaque tibiale en plexiglas, munie de 4 marqueurs, est placée sur le bord antéro- médial du tibia par deux bandes velcro

- une ceinture sacrale est serrée à l’aide de bandes velcros autour du bassin du sujet. Un corps rigide muni de 4 marqueurs est fixé à l’arrière de cette ceinture. Ces marqueurs permettent de suivre le mouvement du bassin au cours de la marche du sujet.

- un harnais, aussi appelé exosquelette (Figure 27 c) est fixé par deux ortho plastes (A et B sur la figure), qui viennent se placer entre les tendons du participant. Un point d’appui (C) est également placé au niveau du condyle médial. Une arche (D) relie les orthoplastes. Une tige verticale (E), longe la partie médiale de la cuisse et se termine par une bande velcro (F), qui permet de fixer le système à la partie proximale de la cuisse. Ce système a été validé par des études fluoroscopiques (Sati et coll. 1996; Ganjikia et coll. 2000), qui ont permis de conclure que ce système permet de mesurer des mouvements couplés avec une précision de 0.4o _{en abduction/adduction, de 2.3}o _{en rotation axiale et de 2.4mm en translation antéro-}

postérieure (Hagemeister et coll. 1999). La répétabilité intra-observateur a été évaluée sur 15 sujets lors de la marche : le coefficient intra-classes de Kadaba atteint 0.96 pour le calcul de l’angle de flexion, 0.91 pour l’angle d’abduction et 0.84 pour l’angle de rotation tibiale (Fuentes Dupré et coll. 2004). Sur une étude menée sur 12 sujets avec repositionnement du système par 3 opérateurs, Labbe obtient une répétabilité moyenne inter et intra observateur inférieure à 1.3° (Labbe et coll. 2006). Le déplacement pseudo statique de ce système pour différents angles de flexion du genou a été quantifié et comparé à d’autres systèmes d’attache (Sudhoff et coll. 2007). Il en est ressorti que les déplacements étaient faibles en translation et en rotation dans le plan sagittal et frontal (erreurs moyennes inférieures à 5mm et 1.5° respectivement). En revanche dans le plan axial, l’erreur moyenne atteint 7°.

(b) (a)

(c)

Figure 27: (a) sujet debout sur le tapis roulant, muni de l’ensemble des systèmes d’attache, (b) ceinture sacrale et (c) harnais fémoral (issu de Hagemeister, 2005).

III.2.1.2 Calibrage : définition des repères

Le LIO a développé une nouvelle méthode de calibrage des mouvements (Hagemeister et coll. 2005). Des systèmes d’axes anatomiques orthonormés sont définis sur le fémur et le tibia à partir de marqueurs externes mais aussi de différents mouvements.

Les centres articulaires sont définis comme suit :

- le centre articulaire de la hanche (CTF) est défini à partir d’un mouvement de circumduction de la cuisse de 10 secondes. Il est calculé comme étant le point dont le mouvement est minimal par rapport à l’exosquelette et à la ceinture sacrale au sens des moindres carrés (Siston et coll. 2006).

- le centre articulaire de la cheville (AJC) est défini comme le milieu des marqueurs placés sur les malléoles médiale et latérale.

- le centre articulaire du genou (KJC) est défini comme la projection du milieu des condyles (pointés avec un stylo VICON) sur l’axe hélicoïdal moyen. Cet axe est calculé à partir d’un mouvement de flexion-extension (entre 0 et 60°) du genou sans mise en charge.

Les repères définis sur le pied, le tibia et le fémur pour étudier le mouvement du genou et de la cheville sont décrits dans le tableau en Annexe 4. Leur axe longitudinal relie les centres articulaires. L’axe antéropostérieur du repère utilisé pour étudier le mouvement du genou est obtenu à partir de la position dans laquelle le fémur et le tibia sont alignés dans le plan

définit l’axe médio-latéral. Pour le repère bassin l’axe médio-latéral relie les épines iliaques antérieures et l’axe longitudinal est le même que celui du repère fémoral (relie le centre genou au centre hanche). Pour tous ces repères, le troisième axe s’obtient par produit vectoriel des deux autres.

Par ailleurs, des repères sont définis à partir des 4 marqueurs situés sur chaque système d’attache. La position de ces repères par rapport aux repères anatomiques est définie au cours du calibrage statique. Ainsi, à partir de l’enregistrement du mouvement des marqueurs, la position des repères liés à ces marqueurs sera connue tout au long du cycle de marche. La position des repères anatomiques au cours du mouvement s’en déduira.

III.2.1.3 Acquisitions

Une période d’adaptation de marche sur tapis roulant de 10 minutes permet au participant de s’habituer aux conditions expérimentales. Cette période permet d’obtenir des cycles de marche reproductibles (Van de Putte 2002). La vitesse confortable de marche est définie durant cette période. Deux périodes continues de 30 secondes de marche à une vitesse confortable sont enregistrées, ce qui permet d’enregistrer environ 50 cycles de marche. Deux autres périodes de 30 secondes sont enregistrées à vitesse rapide (20% supérieure à la vitesse confortable).

Avec une autorisation supplémentaire au formulaire de consentement, la marche du sujet est enregistrée par une caméra vidéo, afin d’analyser qualitativement sa démarche globale. L’ensemble de l’évaluation biomécanique dure environ 1h30.

III.2.2 Évaluation de l’activité électromyographique des muscles