Méthodes d’identification des paramètres géométriques

Dans le but de rendre les paramètres articulaires plus spécifiques au sujet, la position des centres et axes articulaires ainsi que la position et les dimensions de l’ellipsoïde sont

généralement déterminées par des approches prédictives ou fonctionnelles. Ces méthodes d’estimation de la position des centres et axes articulaires sont présentées dans une première

section 1.3.1. Une seconde expose les différentes techniques de mises à l’échelle de la position et des dimensions de l’ellipsoïde (section 1.3.2).

1.3.1 Positions des centres et axes articulaires

Pour déterminer un axe de rotation ou un centre de rotation, certaines approches prédictives utilisent les positions de deux ou trois marqueurs anatomiques placés sur des repères osseux palpables (De Leva, 1996; O’Brien, Bodenheimer Jr, Brostow et Hodgins, 1999). Un centre articulaire peut alors être le milieu entre deux marqueurs anatomiques (Sati, de Guise et Drouin, 1994; Wu et al., 2005).Une autre approche prédictive est celle qui utilise des modèles de régression linéaire à partir de mesures anthropométriques afin de localiser un centre de rotation (Meskers, Van der Helm, Rozendaal et Rozing, 1997). À partir des dimensions du segment considéré comme indéformable, le centre de rotation articulaire peut être déterminé. Un vecteur position est alors calculé dans le repère local lié au segment puis, au besoin, replacé dans le repère global. Ces approches sont parfois appelées : méthode par simple observation et restent les plus fréquemment utilisées car elles sont plus faciles à mettre en œuvre. Ces approches présentent toutefois des limites, comme l’erreur introduite par la distance entre le repère anatomique réel et le placement d’un marqueur posé sur la peau du sujet.

Les approches fonctionnelles sont en général plus personnalisables que les approches avec modèle de régression linéaire. Elles sont préférées lorsque les repères osseux palpables sont éloignés du centre articulaire et lorsqu’elles sont de type sphéroïde avec trois degrés de liberté comme le sont les articulations sterno-claviculaire, acromio-claviculaire et gléno- humérale (Della Croce, Leardini, Chiari et Cappozzo, 2005; Woltring, 1991). Pour estimer le centre de rotation entre deux segments, les approches fonctionnelles se basent sur le principe suivant : le centre articulaire est un point commun à deux repères formés par les segments proximaux et distaux en mouvements (Ehrig, Taylor, Duda et Heller, 2006; Leardini et al., 1999). Lorsque ces méthodes sont utilisées dans une chaîne cinématique, il est nécessaire de réaliser des pré-tests incluant des mouvements plus ou moins standards dont le but est de

mouvoir le segment distal par rapport au segment proximal (Piazza, Erdemir, Okita et Cavanagh, 2004).

Pour résumer, les approches prédictives sont préférées lorsque les repères anatomiques palpables sont proches du centre articulaire. C’est l’inverse pour les approches fonctionnelles. Les positions des centres articulaires sont des paramètres du modèle cinématique importants à évaluer car ils vont déterminer les longueurs segmentaires. La méthode fonctionnelle d’estimation du centre de rotation symétrique8, aussi nommée méthode SCoRE permet une estimation raisonnable du centre de rotation des articulations sphéroïdes à trois degrés de liberté à partir de la position de marqueurs collés sur la peau (Ehrig et al., 2006).Il est à noter que ces méthodes fonctionnelles sont moins précises lorsque les mouvements réalisés lors des pré-tests sont de faibles amplitudes (<15°) et elles impliquent un coût computationnel qui n’est pas toujours nécessaire (Piazza, Okita et Cavanagh, 2001). En effet, une récente étude réalisée au laboratoire S2M à l’aide de mesures invasives confirmerait ces propos (Michaud, Jackson, Arndt, Lundberg et Begon, 2016). C’est malgré tout la méthode SCoRE que nous utiliserons pour modéliser les articulations à trois degrés de liberté en rotation.

1.3.2 Ajustement des dimensions de l’ellipsoïde thoracique

Pour modéliser le plan de glissement scapulo-thoracique, il existe peu de méthodes qui permettent d’obtenir des paramètres de l'ellipsoïde spécifiques au sujet. (Bolsterlee, Veeger et Van der Helm, 2014) ont proposé une méthode prédictive de mise à l'échelle des paramètres de l'ellipsoïde à partir de la position de repères anatomiques situés sur le thorax, la clavicule et la scapula du sujet. Un modèle générique, basé sur la morphologie d’un cadavre, est ajusté en fonction de la palpation des repères propres à chaque individu. Ces auteurs rapportent que l’ajustement de leur modèle a conduit à réduire l’erreur quadratique de la cinématique claviculaire et scapulaire d’environ 4°, et dans certains cas de 8°. (Prinold et Bull, 2014) proposent une méthode permettant d'optimiser les paramètres de l'ellipsoïde à partir de la taille du sujet, de la position des repères anatomiques scapulaires (l’angle acromial, le trigonum

spinae et l’angle inférieur) et des angles articulaires (sterno-claviculaire et acromio-

claviculaire) dans trois positions statiques (les bras le long du corps en position de repos, les bras à l’horizontale à 45° du plan coronal et les bras en élévation maximale). Cette méthode permet d’améliorer l’estimation des orientations scapulaires par rapport à des mesures de référence obtenues de manière statique. Toutefois à notre connaissance, ces deux dernières méthodes n’ont pas fait l’objet de validation des estimations de la cinématique articulaire de l’épaule.

Les travaux de Michaud et Begon, (2016) innovent encore pour définir l’ellipsoïde dont les paramètres géométriques sont optimisés localement afin de correspondre avec la surface thoracique sur laquelle glisse la scapula. Contrairement aux deux précédentes méthodes (Bolsterlee et al., 2014; Prinold et Bull, 2014), le but de l’ajustement de cet ellipsoïde ne se fait pas globalement en fonction des dimensions du thorax, mais localement pour coïncider avec la surface de glissement thoracique (Michaud et Begon, 2016). Dans ces travaux, les orientations scapulaires mesurées avec un Scapula Palpator (pris comme la référence) sont comparées aux orientations obtenues par quatre autres modèles cinématiques. D’après les auteurs, deux de ces modèles sont plus précis pour estimer la cinématique scapulaire. Ce sont ceux qui définissent l’ellipsoïde localement, soit par une approche prédictive qui la dimensionne en fonction de quinze repères scapulaires, soit par une approche fonctionnelle qui la détermine au moyen des positions de repères lors de différents mouvements d’épaule préalablement enregistrés. L’avantage de cette approche fonctionnelle est qu’elle peut être réalisée sans la confection de la sangle élastique équipée de marqueurs indispensables à la mise en œuvre de l’autre méthode.

Dans cette thèse les méthodes fonctionnelles SCoRE des travaux de Ehrig et al., (2006) et de Michaud et Begon, (2016) précédemment citées sont privilégiées afin de personnaliser les paramètres du modèle cinématique.