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Article de méthode

Boîte à outils de capture de mouvement multimodale pour une analyse améliorée de la coordination intersegmentaire chez les enfants atteints de paralysie cérébrale et en développement typique

635 vues

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DOI :

10.3791/69604

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16 décembre 2025

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Dans cet article

Résumé

Cette étude présente une boîte à outils combinant des technologies de capture de mouvement pour analyser les signaux cinématiques et quantifier les motifs coordonnés de tout le corps avec des graphiques angle-angle. Conçue pour surmonter les défis des systèmes traditionnels basés sur des marqueurs, cette boîte à outils favorise la flexibilité entre les milieux de recherche, cliniques et de terrain, faisant progresser des soins individualisés et des évaluations fonctionnelles pour les enfants avec des handicaps moteurs.

Résumé

Les systèmes de capture de mouvement tridimensionnels basés sur des marqueurs sont la référence pour évaluer les motifs cinématiques dans le mouvement humain, offrant une quantification précise des positions des segments et des articulations. Cependant, les systèmes traditionnels basés sur des marqueurs posent plusieurs défis, en particulier pour les enfants souffrant de troubles neurologiques et d’anomalies du traitement sensoriel, comme celles observées chez les enfants atteints de paralysie cérébrale. Ces défis entravent l’utilisation des marqueurs cinématiques et limitent les analyses détaillées des schémas de mouvement. Les avancées récentes dans les systèmes de capture de mouvement sans marqueurs utilisant l’estimation de la pose humaine basée sur l’apprentissage profond nous ont permis d’explorer des alternatives rentables aux systèmes optiques traditionnels et aux approches de traitement des données qui en ont découlé. Une boîte à outils intégrée a été développée, combinant plusieurs technologies de capture de mouvement : équipements cinématiques de niveau recherche, clusters cinématiques, unités de mesure inertielle, systèmes sans marqueurs tridimensionnels (3D), et systèmes sans marqueurs bidimensionnels (2D) avec des caméras disponibles dans le commerce (via MediaPipe). Pour cette étude actuelle, nous présentons les résultats de la capture de mouvement basée sur des marqueurs 3D versus la capture de mouvement sans marqueurs 2D, le principal problème récurrent dans les études biomécaniques chez les sujets humains, afin de décrire des motifs coordinatifs via des graphiques angle-angle hanche-genou. L’approche cyclogramme a été choisie car elle offre une métrique robuste et un cadre facilement interprétable pour analyser la coordination via le mouvement couplé entre segments du corps. Deux enfants au développement typique et deux enfants atteints de paralysie cérébrale ont effectué un schéma de mouvement fonctionnel, la tâche de position assise pour se tenir debout. Les résultats présentés ont démontré la faisabilité d’intégrer des systèmes multimodaux pour les analyses cinématiques, offrant ainsi une flexibilité pour la recherche et les contextes cliniques. De plus, l’approche open source novatrice présentée dans ce travail répond aux défis posés par de nombreuses populations de patients confrontées à des troubles du traitement sensoriel, permettant ainsi un plan de soins avancé et individualisé.

Introduction

Les évaluations de capture de mouvement cinématique en trois dimensions ont fourni des informations fiables pour quantifier les schémas de mouvement attendus et anormaux. Ces informations sont cruciales lors de la conception des plans de rééducation1 et de l’élaboration d’approches de sécurité pour l’engagement du patient avec le matériel clinique (par exemple, 2,3). Lorsqu’on considère les enfants atteints de troubles neurologiques, ces évaluations cinématiques peuvent améliorer les soins en abordant des changements de schémas de coordination dans des ....

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Protocole

Cette étude a été menée sous forme de série de cas à partir de résultats représentatifs de quatre enfants afin de démontrer la faisabilité du protocole plutôt que d’inférence statistique. Deux enfants en développement typique (garçon de 4 ans, 100 cm, 14,5 kg ; garçon de 10 ans, 144 cm, 40,8 kg) et deux enfants atteints de paralysie cérébrale, Système de classification de la fonction motrice globale III (fille de 4 ans, 93 cm, 13,8 kg ; garçon de 4 ans, 102 cm, 16,7 kg) ont participé à cette étude. Les parents/tuteurs légaux et les enfants ont donné leur consentement éclairé avant la participation, conformément à notre protocole d’étude approuvé par le Conseil d’Exame....

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Résultats

La boîte à outils open source basée sur Python a réussi à quantifier les schémas de coordination hanche-genou, à la fois basés sur des marqueurs et sans marqueurs, chez des participants pédiatriques lors de la tâche assis-debout. Pour fournir une comparaison quantitative en parallèle des cyclogrammes visuels, les principales métriques résumées (amplitude de mouvement des hanches et genoux) pour les essais représentatifs sont présentées dans le tableau 1. Les graphiques angle-angle représentatifs d’enfant.......

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Discussion

L’objectif de ce travail était de démontrer la faisabilité et l’application d’une boîte à outils multimodale open source capable d’intégrer des systèmes de capture de mouvement basés et sans marqueurs pour analyser la coordination corporelle globale chez les populations pédiatriques. Dans des applications représentatives, le protocole a produit avec succès des cyclogrammes hanche-genou comparables entre les systèmes basés sur des marqueurs et les systèmes sans marqueurs chez les enfants .......

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Déclarations de divulgation

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Remerciements

Nous tenons à saluer le soutien financier apporté (au directeur principal : Cesar) par la subvention de recherche en physiothérapie pédiatrique 2023 de la Foundation for Physical Therapy Research, du MedNexus Research Innovation Fund, et de la subvention Eunice Kennedy Shriver National Institute for Child Health and Human Development (1R03HD114548-01).

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Caméra FLIR BlackflySystèmes FLIRModèle : BFS-U3-200S6C-CUtilisé pour la capture de mouvement 2D sans marqueur (50 Hz, années 1980 et à l’époque ; 1200 px)
Caméra Hikvision PoEHikvisionN/AEnregistrement vidéo alternatif pour la capture 2D sans marqueur
Détente matérielle LockLabViconLockLabUtilisé pour la synchronisation temporelle
Appareil photo Logitech C920LogitechHD Pro Webcam C920Appareil photo alternatif pour la capture sans marqueur
MediaPipeGoogle Researchv0.10.21Utilisé pour l’estimation de pose 2D en temps réel. Disponible en ligne sur https://ai.google.dev/edge/mediapipe/solutions/guide
Logiciel OpenPoseCommunauté de l’Université Carnegie Mellon / OpenPoseVersion 1.7.0Utilisé pour l’estimation de pose 2D en temps réel
Modèle full body Plug-in de la marcheViconModèle standardUtilisé comme modèle biomécanique pour le placement des marqueurs anatomiques
Caméras infrarouges VeroViconSérie VeroUtilisé pour la capture de mouvement 3D par marqueur (100 Hz)

Références

  1. Tavernese, E., Paoloni, M., Mangone, M., Castelli, E., Santilli, V. Coordination between pelvis and shoulder girdle during walking in bilateral cerebral palsy. Clin Biomech. 32, 142-149 (2016).
  2. Cesar, G. M., Buster, T. W., Gonabadi, A. M., Burnfield, J. M.

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Réimpressions et autorisations

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