D1 Analyse cinématique avancée

Topique

L'analyse cinématique avancée décrit le mouvement des segments corporels dans l'espace et le temps sans faire explicitement référence aux forces qui le provoquent. Cette description est construite en reconstruisant, en trois dimensions, les trajectoires de marqueurs ou points anatomiques à partir d'images capturées simultanément par plusieurs caméras synchronisées. La reconstruction repose sur la géométrie projective : chaque caméra définit un rayon optique qui se propage du plan image vers l'espace tridimensionnel où se produit le mouvement, et la position tridimensionnelle de chaque marqueur est déterminée par le point d'intersection d'au moins deux de ces rayons optiques, correspondant au même marqueur vu par deux caméras différentes.

La position tridimensionnelle de chaque marqueur, une fois reconstruite caméra par caméra, est exprimée sous forme d'une trajectoire en coordonnées cartésiennes dans le temps. Cette trajectoire est ensuite filtrée pour éliminer le bruit haute fréquence introduit par le processus de mesure lui-même, tout en préservant la gamme des basses fréquences — jusqu'à environ vingt cycles par seconde — où se concentrent les informations biomécaniques pertinentes du mouvement. À partir de ces positions filtrées, la vitesse et l'accélération de chaque marqueur sont obtenues par différenciation numérique successive au cours du temps. L'accélération est particulièrement sensible au moindre bruit résiduel dans le signal ; c'est pourquoi le préfiltrage de la position est une étape cruciale avant le calcul des valeurs.

À partir des trajectoires filtrées des marqueurs situés sur des segments corporels adjacents, la cinématique articulaire décrit l'évolution temporelle de l'orientation relative d'un segment corporel par rapport au segment voisin avec lequel il forme l'articulation. Cette orientation relative peut être représentée de deux manières : par une séquence de trois angles de rotation successifs, ou par une représentation alternative qui évite un problème inhérent à ces angles : certaines combinaisons d'orientation entraînent l'alignement de deux des trois axes de rotation, et le système perd temporairement sa capacité à distinguer une rotation d'une autre.

À partir de ces mêmes trajectoires de marqueurs, les paramètres spatio-temporels de la marche sont directement calculés : la fréquence de répétition de chaque pas, la longueur de chaque pas, la vitesse de marche et la cadence. Pour comparer la vitesse de marche entre des espèces de tailles corporelles très différentes, cette vitesse est combinée à la taille de l'animal pour former un nombre sans dimension. Ce nombre permet de déterminer si deux animaux de tailles différentes se déplacent, par rapport à leur propre taille, de manière équivalente.

L'analyse cinématique avancée, à l'origine de cette description, met en évidence un comportement caractéristique de la démarche normale : l'énergie potentielle et l'énergie cinétique du corps sont échangées de manière fluide à chaque pas, et la variabilité temporelle d'un pas à l'autre est très faible, avec un coefficient de variation inférieur à trois pour cent. En présence d'une pathologie, des asymétries spatio-temporelles apparaissent entre les deux côtés du corps, et cette variabilité temporelle augmente considérablement. Ces deux modifications – asymétrie et variabilité accrue – constituent, dans le cadre de l'analyse cinématique avancée, les marqueurs diagnostiques fondamentaux d'un trouble du mouvement.

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