Systèmes de mesure

Systèmes de mesure 

Systèmes optique 

L’analyse du mouvement par systèmes optiques a débuté au 19e siècle avec l’apparition des caméras. Bien qu’étant un système très dispendieux, l’amélioration de la qualité des images obtenues a fait de cette technique la référence par excellence (Golden Standard) dans l’analyse du mouvement. Pour ce faire, des marqueurs actifs ou réflectifs sont placés sur la peau du sujet à analyser. Les marqueurs actifs émettent une lumière de longueur d’onde fixe captée par les caméras, alors que les marqueurs réflectifs, comme le dit leur nom, réfléchissent une lumière émise par le système optique. Un minimum de deux caméras est nécessaire pour reconstruire la position des points dans l’espace 3D. Toutefois, afin de s’assurer de toujours garder les marqueurs dans le champ de vision d’au moins deux caméras, c’est bien plus de deux caméras qui sont utilisées; certaines études se rendent facilement jusqu’à 12 caméras, afin de couvrir le plus grand volume avec la plus haute précision. Ainsi, ces systèmes peuvent atteindre une précision sous millimétrique (Windolf, Götzen et Morlock, 2008). Toutefois, la représentation du mouvement des os est beaucoup moins précise due à un problème d’artéfacts de la peau. Celui-ci consiste en un déplacement des marqueurs qui sont collés sur la peau par rapport aux os sous-jacents. Ce mouvement relatif, non pas causé par le mouvement à analyser, mais plutôt causé par le déplacement des tissus lors des contractions musculaires et des mouvements, entache la mesure du mouvement réel des os de façon importante (plusieurs mm et degrés). Afin de réduire ce problème, un harnais (KneeKGMC, Emovi Inc.) non invasif a été développé au Laboratoire de recherche en imagerie et orthopédie. Ce harnais permet de limiter le mouvement relatif entre les marqueurs de position et donc de représenter plus fidèlement le mouvement de l’articulation. Équipé de marqueurs réflectifs optoélectroniques, la mesure du mouvement du genou avec le harnais KneeKG peut se faire avec une précision de 0.4-2.3° selon le plan d’analyse et une répétabilité variant entre 0.88-0.94 (Coefficient de Corrélation) (Lustig et al., 2012).

Systèmes électromagnétiques 

Les systèmes électromagnétiques sont composés d’un émetteur et d’un récepteur. Basé sur les lois de Faraday, le mouvement tridimensionnel est détecté grâce à l’induction magnétique causée par le mouvement et changement d’orientation du récepteur à l’intérieur du champ magnétique de l’émetteur. Ceci permet d’obtenir la position relative du récepteur par rapport à l’émetteur (Tao et al., 2012). L’avantage de ces systèmes est qu’il n’est pas nécessaire, comme dans le cas des systèmes optiques, que les capteurs soient constamment dans le champ de vision du récepteur (Nasseri et al., 2012). Toutefois, il n’est pas possible de s’éloigner trop de l’émetteur, puisque ce dernier a une portée limitée. De plus, ces systèmes sont fortement influencés par l’environnement, principalement par les composantes en métal (Milne et al., 1996). Pour ces raisons, les capteurs électromagnétiques sont de moins en moins utilisés par les études du mouvement.

Systèmes inertiels 

Les systèmes inertiels bénéficient d’un intérêt accru auprès des chercheurs s’intéressant à l’analyse de mouvement, principalement à cause de leur faible coût. Contrairement aux systèmes optiques et électromagnétiques, les systèmes inertiels ne mesurent pas de positions, mais plutôt une orientation. Cette orientation est calculée au fur à mesure, par l’intégration de la vitesse angulaire obtenue par le gyroscope 3D. Toutefois, une dérive dans le temps est observée sur les orientations obtenues à l’aide de la vitesse angulaire. Cette dérive survient lorsque les données du gyroscope 3D changent plus rapidement que la fréquence d’acquisition, empêchant ainsi la détection de ces changements d’orientation et causant une intégration erronée. Or, comme l’orientation finale dépend des orientations précédentes, chaque petite erreur d’intégration s’accumule tout au long du signal du gyroscope et mène ainsi à une dérive sur tous les axes. L’accéléromètre 3D et le magnétomètre 3D sont donc ajoutés au système dans le but de corriger cette dérive. L’accéléromètre corrige l’orientation par rapport à l’axe gravitationnel en l’utilisant comme référence, alors que le magnétomètre corrige l’orientation selon l’axe du champ magnétique de la terre (Favre et al., 2006).

Certains capteurs ne sont composés que d’accéléromètres et gyroscopes, alors que d’autres utilisent également les magnétomètres. Chacun de ces systèmes ayant des caractéristiques qui lui sont propres, ils seront présentés séparément.