Partie 3 : MESURE NUMÉRIQUE DU MOUVEMENT DES MASSES MOLLES
5.2/ Analyse cinématique
Il est i po ta t de appele ue l a al se des i ati ues a ti ulai es e he he pas à déterminer laquelle de ces méthodes est la plus précise pour calculer la cinématique articulaire. Il s agit seule e t de o pa e es i atiques et vérifier que celles- i so t si ilai es d u e thode à l aut e OL, OG1, OG2). Les déplacements de marqueurs obtenus avec différentes méthodes ne peu e t t e o pa s s ils so t o te us a e des thodes p se ta t des i ati ues différentes.
Les résultats de cette analyse montrent que les méthodes OL et OG2 pe ette t d o te i des cinématiques de la hanche et du genou similaires. En revanche, la méthode OG1 montre une
différence significative de cinématique du genou avec la méthode OL. L effet de l i sta t s e pli ue du fait de l olutio des a gles au ou s du ou e e t diff e e de ° de fle io de ha he e t e le o ta t et l i sta t de fle io a i ale . Il e est de e pou l effet des deg s de libertés, le mouvement de « hopping » sollicite principalement les degrés de flexion-extension de la
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ha he plutôt ue les a gles d a du tio et de otatio .f a plitudes a ti ulai es . Cette sp ifi it du mouvement introduit de la variabilité dans les valeurs utilisées dans le test des effets principaux.
L effet du od le i ati ue s i te p te à pa ti des diff e es RMSd constatées. La plus g a de diff e e o stat e o e e les deg s de otatio i te e et e te e du ge ou. Il s agit là d u e o s ue e di e te du od le i ati ue. L olutio de et a gle a e la e o st u tio par la chaine cinématique est nulle au cours du temps car celle- i a o de au u deg de li e t s autou de l a e lo gitudi al de la ja e. Cette aleu ulle est la o s ue e d u a e dio-latéral de la uisse et de la ja e pa faite e t ide ti ue puis u il s agit de l a e a ti ulai e du ge ou o te u par la méthode SARA. L effet du od le su la i ati ue a ti ulai e a d jà t o t pa Dup e et al. [81] qui comparent les angles obtenus par différents modèles cinématiques. Bien que le geste
testé dans cette étude soit différent (marche), les valeurs de RMSd constatées à la hanche entre OG1
et OG2 sont du même ordre que celles constatées par Duprey et al. [81]. La valeur de RMSd constatée
sur la flexion-extension du genou est inférieure à la RMSd moyenne obtenue à partir de toutes les
comparaisons de modèles effectués par cette étude (1,5°) [81]. De plus cette étude montre que la
modélisation du genou comme deux axes parall les se le t e u o o e d esti atio de la i ati ue du ge ou pa la e o st u tio d u e hai e i ati ue. Ce t pe de od le pe et de reproduire un mouvement physiologique du genou en autorisant notamment une translation du centre articulaire du ge ou et la otatio ti iale ui olue t e fo tio de l a gle de fle io - extension [125].
L i flue e des fo tes pe tu atio s su la e o st u tio d u e hai e i ati ue est obtenue en comparant les erreurs de reconstruction des modèles OG1 et OG2. Ces dernières sont
statistiquement plus faibles lorsque la chaine cinématique est reconstruite avec la méthode OG2. Elle
facilite la reconstruction de la chaine cinématique avec une meilleure adéquation par rapport aux
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OG2, l e eu de e o st u tio o te ue a e ha u e d elle est i f ieu e à elles o te ues da s les
études de Fohanno et al. [126, 127] ui al ule t epe da t ette e eu su la e o st u tio d u e chaine cinématique à 42 degrés de libertés. Le nombre de degrés de liberté et de segments de ces
deux études est supérieur à la chaine cinématique développée dans ce mémoire. La chaine
cinématique établie par Fohanno et al. [126, 127] est reconstruite en utilisant un filtre de Kalman. Cet
algorithme est connu pour augmenter la précision de reconstructions des chaines cinématiques [120,
128, 129] ; Fohanno et al. [80] o t o t ue so utilisatio di i ue l e eur de reconstruction. Cet algo ith e est as su le p i ipe de p di tio de l i sta t t+1 à pa ti de l i sta t t. Le filtre de Kal a est id al lo s ue le ou e e t d tude e o po te pas d i pa t ; il peut ai si p di e la positio de a ueu s à l i stant t+1 puisque sa trajectoire restera lisse [126]. Dans le cas du « hopping », l utilisatio de et algo ith e est pas judi ieuse a la t aje toi e des a ueu s est pas lisse en raison des impacts subis par les segments.
La e o st u tio d u e hai e i ati ue sa s p e d e e o pte les a ueu s de la cuisse est une nouveauté. Cependant, le calcul de la cinématique de la hanche sans tenir compte des
marqueurs de la cuisse a déjà été testé. Ce choix est comme pour la méthode OG2, orienté par le fait
que les marqueurs de la cuisse sont néfastes au calcul de la cinématique articulaire [130, 131]. Schulz
et Kimmel [130] he he t à d o t e u il s agit d u o en pour améliorer le calcul de la i ati ue de la ha he e o sid a t ue l o ie tatio de la ja e pa appo t au assi pe et d o te i elle de la uisse e a o da t aussi u u seul deg de li e t au ge ou. Ils o sid e t u il s agit d u e solutio ala le pou al ule les a plitudes de ou e e t ie u ils o tie e t des différences entre 9 et 22° sur la rotation interne-externe de la hanche respectivement sur des
gestes de course à pied et de fentes avant. Toutes articulations et comparaisons confondues entre les
méthodes utilisées dans ce mémoire (OL, OG1 et OG2) pour calculer la cinématique articulaire, la plus
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différence RMSd est en dessous des valeurs obtenues par Schulz et Kimmel [130]. Dès lors, les
cinématiques obtenues avec les trois méthodes utilisées peuvent être considérées comme similaires
et la méthode OG2 comme une alternative pour obtenir la cinématique articulaire.
La modélisation du genou réduite à un seul axe de rotation est une hypothèse simplificatrice
qui aide à la reconstruction de la chaine cinématique sans prendre en compte le segment de la cuisse.
Cet axe unique de rotation se révèle être une meilleure solution que de considérer le genou comme
une articulation sphérique [82]. Néanmoins, la modélisation du genou comme un axe parallèle parait
être une perspective intéressante au modèle numérique développé dans cette partie. Il peut en effet
prédire une amplitude de flexion-extension du genou plus réaliste et de plus, permettre la rotation du
tibia par rapport au fémur [125]. En implémentant cette modélisation articulaire du genou, le modèle
numérique développé pou ait s appli ue à d aut es gestes o e elui de la a he [81], de la course [24] et/ou des fentes latérales [22, 24]. Ou encore, on pourrait constater lors du geste de
« hopping », les effets de ette i pl e tatio su l e eu de e o st u tio à l i age de l tude menée par Fohanno et al. [127].
Bien que les cinématiques articulaires soient similaires pour la hanche, il existe une différence
statistique entre OL et OG1 lo s u il s agit de comparer la cinématique du genou. Cette différence influence la suite de ce travail sur le mouvement des masses molles. Les déplacements de marqueurs de la ja e e peu e t t e o pa s u e t e la thode OL et OG2 alors que ceux obtenus sur la cuisse peu e t t e o pa s a e les t ois thodes puis u au u e diff e e statisti ue est constatée sur la cinématique de hanche obtenue avec OL, OG1 et OG2.
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5.3/ Évaluation du mouvement des masses molles
Les sultats de l aluatio du ou e e t des asses olles su la uisse et la ja e o t montré que les méthodes OL et OG1 sous-estiment le déplacement des marqueurs par rapport à la
méthode OG2. Sur la cuisse comme sur la jambe la méthode OL sous-estime le déplacement des
marqueurs par rapport à OG1 et OG2. Seulement, la sous-estimation constatée sur la jambe entre OL
et OG1 ne peut être considérée comme identique à celle constatée entre OL et OG2 du fait que les
cinématiques du genou obtenues avec OL et OG1 sont statistiquement différentes.
Bien que les valeurs de déplacement de marqueurs soient obtenues numériquement, leurs i te p tatio s p se te t u e ad uatio a e les sultats d tudes a a t l os pou f e e. Le p e ie poi t d a o d a e la litt atu e est la diff e e d u seg e t à l aut e. Toutes les tudes portant sur le membre inférieur précisent que les marqueurs placés sur la cuisse sont plus sensibles aux mouvements des masses molles que ceux placés sur la jambe [15, 19, 20, 24, 35-37]. L aut e poi t commun entre ces résultats numériques et ceux obtenus avec une référence osseuse (imagerie
médicale ou tige intra-corticale) concerne la localisation des marqueurs les plus perturbés par le
mouvement des masses molles [3, 19]. Sur la cuisse, les marqueurs les plus soumis à ces mouvements
sont ceux placés au i eau de l e t it p o i ale du seg e t, p o he de l a ti ulatio de la hanche. Les marqueurs placés sur la bande iliotibiale (M29, M30 et M31) font partie de ceux qui
subissent le moins le mouvement des masses molles quelle que soit la méthode utilisée. Ce constat
est également celui fait par Barré et al. [102] qui utilisent la fluoroscopie pour déterminer les
marqueurs les moins affectés par les artéfacts de tissus mous. Sur la jambe, les marqueurs les plus
sujets aux mouvements des masses molles sont ceux disposés sur des endroits non recommandés [3]
pour le placement de marqueurs (ventre du muscle, proximité des articulations). Les marqueurs M60 et M espe ti e e t pla s su le gast o ie dial et te do d A hille so t les a ueu s les
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plus se si les au ou e e t des asses olles. De ie poi t o u a e les tudes a a t l os pour référence, le mouvement des marqueurs constat s i i est u ph o e ui a ie d u sujet à l aut e [19, 35, 36].
Les sultats de l aluatio u i ue du ou e e t des asses olles o t e t, o e da s la Pa tie , ue la thode d opti isatio lo ale (OL) sous-estime le déplacement des a ueu s pa appo t à l os. Ce o stat e eut pas di e pou auta t ue la thode p opos e da s ce travail, OG2, su stitue l os pou alue le ou e e t des asses olles. Cette o pa aiso e peut t e faite da s la esu e où le f e tiel os est pas dispo i le i i. Il est fo t p o a le u u e comparaison entre des valeurs obtenues par OG2 et pa appo t à l os montre, comme dans la Partie 2, une sous-esti atio du d pla e e t des a ueu s pa appo t à l os sous-jacent ainsi
u u e i ad uatio des o lusio s ta lies à pa ti du d pla e e t des a ueu s.
Deux raisons viennent étayer cette hypothèse. La première est liée à la reconstruction de la
chaine cinématique, indifféremment du nombre de marqueurs considérés pour la reconstruire ; celle-
ci est toujours influencée par les importantes déformations que peuvent subir les marqueurs [69].
Même si ceux-ci ont été choisis en fonction des recommandations existantes dans la littérature [3, 35,
39] et ue l e eu de e o st u tio est plus faible avec OG2, ils ne sont pas épargnés par les artéfacts de tissus mous notamment lors des impacts puisque lors de ces impacts le mouvement des
masses molles est plus grand que lors de contractions musculaires [10]. La seconde raison et peut t e la p i ipale sou e d i ad uatio e t e les aleu s u riques et celles de référence vient de la o st u tio du od le. La hai e i ati ue auto ise do au u e t a slatio des e t es articulaires le long des axes anatomiques et ne permet aucune rotation autour des axes longitudinal
et antéro-postérieur de la jambe. Hors, ces translations et rotations évoluent au cours du temps [122,
132-134]. La possible inadéquation entre les valeurs numériques et celles obte ues pa appo t à l os se ait do le fait de la o pe satio glo ale su les a ueu s esta ts et d u effet du od le
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cinématique défini. Seule une comparaison entre la méthode OG2 et la référence sous-jacente pe ett ait de ua tifie à la fois l effet du modèle sur la cinématique et sur le calcul du mouvement des masses molles.
La mesure du déplacement des marqueurs dans un repère local permet de connaitre leurs
déplacements par rapport aux axes anatomiques [19, 83]. La méthode proposée ici pour mesurer le
déplacement des marqueurs ressemble à celles disponibles dans la littérature, en mesurant la diff e e de positio d u a ueu pa appo t à u e positio de f e e. Le d pla e e t des a ueu s i i est e p i e fo tio de sa o e tout o e da s l tude de Mo et et al. [68] et non comme une amplitude du déplacement du marqueur par rapport à une position de référence
[19] ou comme une différence RMS par rapport à cette même référence. La méthode OG2 calcule une
plus grande quantité de déplacement des marqueurs par rapport aux deux autres méthodes (OL et
OG1) et ses résultats sont en accord avec la littérature spécifique aux artéfacts de tissus mous.
Seulement, la norme obtenue avec OG2 ne décrit pas localement le déplacement de ces marqueurs et e o e oi s d e disti gue les o posa tes. Elle pe et seule e t de ifie l h poth se selo laquelle le modèle numérique proposée dans cette partie contribue à mieux estimer le déplacement
de marqueurs. Le déplacement tridimensionnel des marqueurs, à partir duquel la norme est obtenue,
doit ensuite être exploité pour caractériser le mouvement des masses molles sous-jacentes de
chaque segment [36].
Le classement des marqueurs en fonction de leur norme et pour chaque méthode a montré u e o o da e de es lasse e ts d u e thode à l aut e, cette concordance permet de proposer une méthode pour déterminer la matrice de pondération utilisée en optimisation globale. Cette
matrice di i ue l i flue e des importantes déformations subies par certains marqueurs sur les segments. Cette matrice de pondération a été utilisée par Roux et al. [72], Alonso et al. [70] ainsi que
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par Ausejo et al. [71] sans pou auta t do e des i fo atio s ua t au odes d att i utio des po d atio s et l effet de ette at i e su la e o st u tio de la hai e i ati ue [80]. L att i utio des po d atio s à pa ti de l aluatio du d pla e e t des a ueu s pa u e thode telle u OL est u ode d att i utio e isagea le et l effet de elle-ci pourrait être e isag e pa le al ul de l e eu de e o st u tio a e et sa s at i e de po d atio s.