Cet article introduit une méthodologie expérimentale complète sur deux des dernières technologies disponibles pour mesurer la biomécanique des membres inférieurs des individus.
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Article de méthode
Analyse biomécanique des membres inférieurs des participants en bonne santé
Dans cet article
Résumé
Résumé
Les techniques d’analyse biomécanique sont utiles dans l’étude du mouvement humain. L’objectif de cette étude était d’introduire une technique pour l’évaluation biomécanique des membres inférieurs chez les participants en bonne santé à l’aide de systèmes disponibles dans le commerce. Des protocoles distincts ont été introduits pour l’analyse de la démarche et les systèmes de test de la force musculaire. Pour assurer une précision maximale pour l’évaluation de la démarche, il faut accorder une attention aux placements de marqueurs et au temps d’acclimatation auto-rythmé du tapis roulant. De même, le positionnement des participants, un essai de pratique et l’encouragement verbal sont trois étapes critiques dans les tests de force musculaire. Les preuves actuelles suggèrent que la méthodologie décrite dans cet article peut être efficace pour l’évaluation de la biomécanique des membres inférieurs.
Introduction
La discipline de la biomécanique implique principalement l’étude du stress, de la souche, des charges et du mouvement des systèmes biologiques - solides et fluides. Il implique également la modélisation des effets mécaniques sur la structure, la taille, la forme et le mouvement du corps1. Pendant de nombreuses années, les développements dans ce domaine ont amélioré notre compréhension de la démarche normale et pathologique, la mécanique du contrôle neuromusculaire, et la mécanique de la croissance et de la forme2.
L’objectif principal de cet article est de présenter une méthodologie complète sur deux des dernières technologies disponibles pour mesurer la biomécanique des membres inférieurs des individus. Le système d’analyse de la démarche mesure et quantifie la biomécanique de la démarche en utilisant un tapis roulant auto-rythmé (SP) en combinaison avec un environnement de réalité augmentée, qui intègre un algorithme SP pour réguler la vitesse du tapis roulant, tel que décrit par Sloot et al3. L’équipement de test de force musculaire est utilisé comme un outil d’évaluation et un outil de traitement pour la réadaptation des extrémités supérieures4. Ce dispositif peut évaluer objectivement une variété de modèles physiologiques de mouvement ou de tâches de simulation d’emploi en mode isométrique et isotonique. Il est actuellement reconnu comme l’étalon-or pour la mesure de la force du membre supérieur5, mais les preuves liées spécifiquement au membre inférieur restent floues. Cet article explique le protocole détaillé pour terminer une évaluation de la démarche et de la force isométrique pour l’extrémité inférieure.
Dans le cadre de l’analyse biomécanique, il est utile de combiner les évaluations des performances fonctionnelles (comme l’analyse de la démarche) avec des tests spécifiques de performance musculaire. C’est parce que si l’on peut supposer que l’augmentation de la force musculaire améliore les performances fonctionnelles, cela ne peut pas toujours être apparent6. Cette compréhension est nécessaire pour améliorer la conception future des protocoles de réadaptation et des stratégies de recherche afin d’évaluer ces approches.
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Protocole
La méthode rapportée a été suivie dans une étude qui a reçu l’approbation éthique du Comité d’éthique de recherche de l’Université de Bournemouth (Référence 15005).
1. Participants
- Recruter des adultes en bonne santé (âgés de 23 à 63 ans, moyens et S.D.; 42,0 à 13,4 ans, masse corporelle de 70,4 à 15,3 kg, hauteur 175,5 à 9,8 cm; 15 mâles, 15 femelles) pour participer à l’étude. Trente participants ont été recrutés pour cette étude.
- Assurez-vous qu’il n’y a pas d’antécédents autodéclaré de vertiges, de problèmes d’équilibre ou de difficultés de marche chez les participants.
- Assurez-vous que les participants ne souffraient d’aucune blessure ou affection neuromusculaire connue affectant l’équilibre ou la marche.
2. Configuration et procédures d’analyse de la démarche
- Utilisez un système d’analyse de la démarche(figure 1) composé d’un tapis roulant à double ceinture à instrumentation de la plaque de force, d’un système de capture de mouvement à 10 caméras et d’un environnement virtuel qui fournit un flux optique.
- Assurez-vous que le participant porte des vêtements non réfléchissants très serrés comme des shorts de vélo ou des leggings.
- À l’aide de bandes adhésives à double face, fixez 25 marqueurs réfléchissants passifs et placent selon la configuration du bas du corps du modèle du corps humain (HBM)7, tel que détaillé dans le tableau 1 et la figure 2. Les informations contenues dans ce document proviennent du Manuel de référence HBM8.
- Utilisez une règle commune pour prendre des mesures des largeurs requises du genou et de la cheville pour le HBM6.
- Sécurisez le participant à un harnais de sécurité qui est fixé à un cadre supérieur.
- Démarrez une nouvelle session dans la base de données et assurez-vous qu’elle est active (surlignée).
- À l’aide de l’onglet sujet, créez un nouveau participant à partir du bouton Squelette d’étiquetage.
- Naviguez sur le fichier 'LowerLimb HBM_N2.vst' et entrez ensuite le nom du participant. Le nouveau participant apparaît dans le volet Sujets.
- Allez à la vitre Tools et ouvrez l’onglet Préparation sujet.
- Zéro niveau les plaques de force via l’onglet Matériel. Assurez-vous qu’aucun poids n’est exercé sur les plaques de force.
- Préparez le participant à l’essai du ROM en le préparant au milieu du tapis roulant.
- Pour s’assurer que le participant peut s’habituer au tapis roulant auto-rythmé, demandez-lui de marcher à une vitesse confortable pendant 5 minutes au début de la session9,10.
- Après l’acclimatation et sans délai, demandez au participant de marcher au moins 5 min10,11.
- Assurez-vous que les participants sont aveuglés par le moment des enregistrements.
- Assurez-vous de démarrer le tapis roulant et de commencer les enregistrements de données en cliquant sur le bouton d’enregistrement Démarrer 12. Cela peut être fait avec des logiciels intégrés (Tableau des matériaux).
- Arrêtez l’enregistrement après l’acquisition de la quantité de données souhaitée. Il est recommandé de collecter trois séries de 25 cycles.
- Ouvrez le logiciel de traitement(Tableau des matériaux) et supprimez le bruit à haute fréquence sur les données, en sélectionnant un filtre à faible passage aux données de marqueur telles qu’un filtre Butterworth de deuxième ordre avec une fréquence de coupure de 6 Hz.
- Allez au fichier, puis sélectionnez Export pour enregistrer comme un .csv.
- Déterminez les foulées individuelles des données de force verticale et utilisez les marqueurs de pied pour déterminer les événements de démarche13.
- Analyser les paramètres de démarche tels que les données cinématiques, cinétiques et spatiales-temporelles dans Matlab R2017a(Fichier supplémentaire).
3. Configuration et procédures pour le test de force musculaire
- Utilisez l’équipement de test de résistance musculaire (dynamomètre multimodal)(figure 3), pour mesurer la force musculaire des participants en fonction de la contraction isométrique volontaire maximale (MVIC)14.
- Fixez l’outil/pad numéro 701 à la tête d’exercice dynamomètre.
- Testez la force musculaire isométrique du genou droit et gauche du participant.
- Testez les participants en position assise sur une chaise avec un dossier.
- À l’aide de l’interrupteur haut/bas, alignez l’axe dynamomètre avec l’axe anatomique de rotation de l’articulation du genou. Placer le tampon de l’outil centralement à la partie inférieure du tibia.
- Maintenez le genou à 90 degrés flexion, la hanche en rotation neutre et l’enlèvement, et le pied dans la flexion plantaire.
- Placez les mains du participant sur leur abdomen et stabilisez le tronc, les hanches et la mi-cuisse sur la chaise avec des sangles Velcro.
- Exécutez un essai d’entraînement pour que les participants s’habituent à la manœuvre d’essai.
- Demandez au participant d’étendre son genou (exercer une pression vers le haut sur le pad) suivi d’une flexion (exercer une pression vers le bas sur le pad) pour exercer une contraction maximale sur la commande Go pour 3 s.
- Fournir des invites verbales et des encouragements (« Push » pour la hausse et « Tirer » pour le bas) pendant les essais de force.
- Assurez-vous que les participants sont conscients qu’ils peuvent arrêter le test immédiatement s’ils éprouvent une douleur ou un inconfort inhabituel.
- Permettre aux participants de se reposer pendant 2 min.
- Répétez les étapes 3.1 - 3.12, trois fois pour la jambe gauche et la jambe droite et enregistrez les données en newtons (N).
- Enregistrer toutes les données et l’exportation comme un rapport pour l’analyse.
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Résultats
L’écart moyen et standard des paramètres de la démarche spatiale-temporelle, cinématique et cinétique est donné dans le tableau 2. Les données MVIC pour les 30 participants sont résumées dans le tableau 3. Un ensemble typique de données pour le côté gauche et droit d’un participant montrant une représentation graphique des paramètres de démarche est fourni dans la figure 4 et la figure 5, respect...
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Discussion
La contribution de cette étude est de décrire avec précision et complète dans un protocole les techniques pour l’analyse combinée de la démarche et des tests de force musculaire qui n’ont pas été décrits auparavant ensemble.
Afin d’obtenir des résultats précis pour l’analyse de la démarche, il y a deux domaines qui nécessitent une attention maximale : 1) les placements de marqueurs et 2) le temps d’acclimatation. L’exactitude des données mesurées dépend fortement de l’exactitude du modèle util...
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Déclarations de divulgation
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Remerciements
Nous tenons à remercier le Dr Johnathan Williams pour ses conseils sur le traitement des données MATLAB.
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Matériaux
| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| 701 Petit levier | Baltimore Therapeutic Equipment Company (BTE) | Non disponible - Lien en ligne fourni dans la description | L’accessoire unique conçu pour le Primus RS pour mesurer l’extension/flexion du genou - https://store.btetech.com/collections/primus/products/701-small-lever |
| Logiciel D-Flow - Vresion 3.26 | Motekforce Link | Non disponible - Lien en ligne fourni dans la description | Logiciel utilisé pour contrôler le système GRAIL - https://summitmedsci.co.uk/products/motek-dflow-hbm-software/ |
| Analyse hors ligne de la marche (GOAT) - Version 2.3 | Motekforce Link | Non disponible - Lien en ligne fourni dans la description | Logiciel utilisé pour l’analyse des paramètres de la marche - https://www.motekmedical.com/product/grail/ |
| Gait Real-time Analysis Interactive Lab (GRAIL) | Motekforce | Lien non disponible - Lien en ligne fourni dans la description | Le système GRAIL mesure et quantifie la biomécanique de la marche à l’aide d’un tapis roulant auto-rythmé (SP) basé sur la réalité virtuelle - https://www.motekmedical.com/product/grail/ |
| Leg Pad pour 701 | Baltimore Therapeutic Equipment Company (BTE) | Non disponible - Lien en ligne fourni dans la description | L’accessoire unique conçu pour le Primus RS pour mesurer l’extension/flexion du genou - https://store.btetech.com/collections/primus/products/701-802-leg-pad |
| Positioning Chair | Baltimore Therapeutic Equipment Company (BTE) | Non disponible - Lien en ligne fourni dans la description | La chaise de positionnement du participant est conçue pour l’évaluation et le traitement des extrémités inférieures. La chaise est conçue pour plusieurs positions. https://www.btetech.com/product/primus/ |
| Primus RS | Baltimore Therapeutic Equipment Company (BTE) | Non disponible - Lien en ligne fourni dans la description | L’équipement Primus RS capture et rapporte des données objectives en temps réel dans les modes de résistance isotonique, isométrique et isocinétique - https://www.btetech.com/wp-content/uploads/BTE-Rehabilitation-Equipment-PrimusRS-Brochure-1.pdf |
Références
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