Reconnaissance de l’altération frustre de la marche dans le contexte d’une douleur légère

L’analyse quantifiée du mouvement demeure un procédé précieux pour mesurer les problèmes d’altération du mouvement tel que la marche. L’altération de la marche due à une douleur légère persistante demeure un défi non seulement pour la mesure des limitations des activités, mais surtout pose un problème dans le suivi de la prise en charge en réadaptation. L’objectif principal de ce projet est de quantifier et de reconnaître la marche altérée en présence d’une douleur légère au niveau du talon du pied en se basant sur une combinaison d’outils d’ingénierie en support en santé. Une population composée de sept (7) adultes sains âgés de 29 ±10 a été soumis à deux conditions expérimentales (marche sans douleur, marche avec douleur expérimentale légère). Une douleur expérimentale mécanique, maintenue entre 0 et 4 sur une échelle numérique de douleur, était appliquée au niveau du talon du pied dominant du participant. Le test de 6 mètres de marche sur un tapis instrumenté (GAITRite) était utilisé dans les deux conditions expérimentales (sans et avec douleur au pied) pendant trois vitesses différentes du mouvement (vitesse lente, vitesse normale et vitesse rapide). Un système de capteurs de pas (GAITRite) combiné à un système de capteurs inertiels (Perception Neuron) a été utilisé afin de recueillir les données des paramètres spatiaux et temporels. La méthode graphique a été utilisée pour ressortir les caractéristiques les plus pertinentes pour faire la reconnaissance. Les caractéristiques sélectionnées ont renseigné sur la symétrie de la marche, le déplacement unidirectionnel du centre et du talon du pied dominant ainsi que l’accélération, la vitesse angulaire et le déplacement vertical du pied dominant (membre où la douleur expérimentale est introduite). Ces caractéristiques ont permis la construction des prototypes/ références de la marche normale pour chaque participant. Les résultats ont montré principalement un changement au niveau du décalage temporel du déplacement des pieds dans la condition de marche altérée par rapport à la marche normal ainsi qu’une diminution de l’amplitude d’accélération et de vitesse angulaire dues aux mouvements d’adduction et de flexion plantaire du pied droit dans le cas de la marche altérée. La contribution scientifique de ce projet réside dans la création des prototypes de la marche à partir des caractéristiques retenues qui devront permettre d’en faire la reconnaissance de la marche dans des conditions de distorsion frustre et en présence d’une légère douleur

Analyse du signal myoélectrique pour l'évaluation de la fatigue périphérique chez des nageurs de haut niveau en demi-fond : étude des variations électromyographiques et cinématiques sur un test à dominante aérobie d'un nageur expert

The aim of the present study was to analyze the peripheral fatigue of swimmers specialists on middle-distance swimming on a continuous long duration intense exercise. Three males national level had carry out a 2000m swim aerobic exercise. The fatigue evaluation had carry out by electromyography measures in maximal isometric contraction on land (RMS and MDF) and dynamometry on two positions (Insweep and Downsweep) on right side (Pectoralis Major, Latissimus Dorsi, Posterior Deltoïdeus). Performances were also analyzed. A 2D biomechanical analysis was carried out on the most experimented swimmer to link EMG data to technical disorders. Results showed MDF decrease after swimming exercise, whereas RMS remained constant. Only one swimmer acheived to the performance wanted. Biomechanical analysis showed a decrease in stroke rate, an increase in cycle duration without velocity variation. These data show a muscular fatigue on swimmers that can be explained by contextual factors (measurement device, training charges). Improvement of experimental protocol could give useful informations to coaches for fatigue analysis of their athlete to adapt their training programs.Les objectifs de l’étude sont d’analyser la fatigue périphérique des nageurs spécialistes de demi-fond lors d’un exercice continu intense de longue durée. Trois hommes de niveau national ont réalisé un 2000m (exercice aérobie). L’évaluation de la fatigue musculaire a été effectuée grâce à des mesures électromyographiques en isométrie maximale hors eau (RMS et MDF) et dynamométriques sur deux positions (traction et poussée) sur le côté droit (Grand Pectoral, Grand Dorsal, Deltoïde Postérieur). Les performances des nageurs ont été prises en compte. Une analyse biomécanique 2D du nageur le plus expérimenté a été réalisée pour relier les mesures EMG à la dégradation de la nage. Les résultats montrent que les MDF diminuent après l’exercice de natation, alors que les amplitudes du signal sont constantes. Un seul nageur atteint la performance souhaitée. L’analyse biomécanique montre une diminution de la fréquence de nage et une augmentation de la durée des cycles à vitesse constante. Ces constats objectivent une fatigue musculaire chez les nageurs secondaires à certains facteurs contextuels (dispositif de mesures, charges d’entraînement). L’amélioration de notre protocole expérimental pourrait fournir aux entraîneurs des informations essentielles pour l’analyse de la fatigue de leurs athlètes et la programmation de leurs entraînements

Édition interactive de mouvement pour le placement des caméras

La simulation des mouvements humain est important dans de nombreuses applications, tel que le cinéma, la médecine, les jeux vidéo, le sport...etc. Les méthodes de capture de mouvement sont devenue très intéressantes pour générer des mouvements, au lieu de les produire à la main, l'idée sert à reproduire le mouvement d'un acteur réel. Cependant, ces mouvements capturés généralement ont des besoins spécifiques. Ainsi, la modification et la réutilisation de mouvement pour d'autres personnages est devenue un des domaines de recherche en plein développement, qui se connue sous le nom d'édition de mouvement. Grâce à cet développement, nous comptons d'exploiter ce domaine pour le positionnement optimal des caméras dans les systèmes optiques de capture des mouvements. Le but de cette thèse est de fournir aux utilisateurs un outil interactif pour les aider à modifier facilement et rapidement des mouvement préexistante. Dans un premier temps, nous présentons notre méthode de cinématique inverse utilisée pour appliquer des contraintes cinématiques à chaque frame, elle propose une solution au problème de conflits entre les tâches simultanées et évite les collisions entre les jointures de la posture finale et les objets de l'environnement. Nous proposons ensuite un système de modification interactive des mouvements à base de la méthode de la cinématique inverse proposée permettant à modifier et adapter un mouvement à d'autres personnages d'une manière facile et rapide. Pour la modification des mouvement, le système permet au utilisateurs de définir des contraintes d'une façon interactive et éditer le mouvement initial pour obtenir d'autre mouvement. Pour l'adaptation de mouvement, il permet au utilisateur d'appliquer des mouvements sur différents personnages qui n'ont ni la même géométrie ni la même topologie

Capture de mouvement par mesure de distances dans un réseau corporel hétérogène

La capture de mouvement ambulatoire est un sujet en plein essor pour des applications aussi diverses que le suivi des personnes âgées, l'assistance des sportifs de haut niveau, la réhabilitation fonctionnelle, etc. Ces applications exigent que le mouvement ne soit pas contraint par un système externe, qu il puisse être réalisé dans différentes situations, y compris en extérieur, que l équipement soit léger et à un faible coût, qu il soit réellement ambulatoire et sans procédure complexe de calibration.Actuellement, seuls les systèmes utilisant un exosquelette ou bien des modules inertiels (souvent combinés avec des modules magnétiques) permettent d'effectuer de la capture de mouvement de façon ambulatoire. Le poids de l exosquelette est très important et il impose des contraintes sur les mouvements de la personne, ce qui le rend inutilisable pour certaines applications telles que le suivi de personnes âgées. La technologie inertielle est plus légère. Elle permet d'effectuer la capture du mouvement sans contrainte sur l espace de mesure ou sur les mouvements réalisés. Par contre, elle souffre de dérives des gyromètres, et le système doit être recalibré.L'objectif de cette thèse est de développer un système de capture de mouvement de chaînes articulées, bas-coût et temps réel, réellement ambulatoire, ne nécessitant pas d'infrastructure de capture spécifique, permettant une utilisation dans de nombreux domaines applicatifs (rééducation, sport, loisirs, etc.).On s'intéresse plus particulièrement à des mesures intra-corporelles. Ainsi, tous les capteurs sont placés sur le corps et aucun dispositif externe n'est utilisé. Outre un démonstrateur final permettant de valider l'approche proposée, on s'astreint à développer également des outils qui permettent de dimensionner le système en termes de technologie, nombre et position des capteurs, mais également à évaluer différents algorithmes de fusion des données. Pour ce faire, on utilise la borne de Cramer-Rao.Le sujet est donc pluridisciplinaire. Il traite des aspects de modélisation et de dimensionnement de systèmes hybrides entièrement ambulatoires. Il étudie des algorithmes d'estimation adaptés au domaine de la capture de mouvement corps entier en traitant les problématiques d'observabilité de l'état et en tenant compte des contraintes biomécaniques pouvant être appliquées. Ainsi, un traitement adapté permet de reconstruire en temps réel la posture du sujet à partir de mesures intra-corporelles, la source étant également placée sur le corps.Ambulatory motion capture is of great interest for applications ranging for the monitoring of elderly people, sporty performances monitoring, functional rehabilitation, etc. These applications require that the movement is not constrained by an external system, that it can be performed in different situations, including outdoor environment. It requires lightweight and low cost equipment; it must be truly ambulatory without complex process of calibration.Currently, only systems using an exoskeleton or inertial modules (often combined with magnetic modules) can be used in such situations. Unfortunately, the exoskeleton weight is not affordable and it imposes constraints on the movements of the person, which makes it unusable for certain applications such as monitoring of the elderly.Inertial technology is lighter. Itcan be used for the capture of movement without constraints on the capture space or on the movements. However, it suffers from gyros drift, and the system must be recalibrated.The objective of this thesis is to develop a system of motion capture for an articulated chain, low-cost, real-time truly ambulatory that does not require specific capture infrastructure, that can be used in many application fields (rehabilitation, sport, leisure, etc.).We focus on intra-corporal measurements. Thus, all sensors are placed on the body and no external device is used. In addition to a final demonstrator to validate the proposed approach, we also develop tools to evaluate the system in terms of technology, number and position of sensors, but also to evaluate different algorithms for data fusion. To do this, we use the Cramer-Rao lower bound. \\The subject is multidisciplinary. It addresses aspects of modelling and design of fully ambulatory hybrid systems. It studies estimation algorithms adapted to the field of motion capture of a whole body by considering the problem of observability of the state and taking into account the biomechanical constraints that can be taken into account. Thus, with an appropriate treatment, the pose of a subject can be reconstructed in real time from intra-body measurements.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Simulation de mouvement humain sur postes de travail pour le diagnostic et l'aide à la conception

Les travaux présentés dans ce mémoire concernent la génération automatique de postures et mouvements humains sur poste de travail industriel. L'objectif poursuivi est d'animer de façon réaliste un mannequin numérique afin de simuler un opérateur dans l'exécution de sa tâche. Cette animation doit permettre d'aider à l'analyse des facteurs biomécaniques pouvant engendrer des Troubles Musculo-Squelettiques. Dans un premier temps, des choix de modélisation sont proposés en fonction de ce contexte spécifique. Le modèle retenu se base sur une représentation squelettique du haut du corps composé de corps rigides et de liaisons idéales et intègre des données anthropométriques. Ensuite, un schéma général de lois de commande à base de modèle cinématique est développé. Il est décliné en plusieurs stratégies qui sont testées sur des mouvements caractéristiques et sur poste de travail. Ces tests et la comparaison aux mesures effectuées sur sujet humain permettent d'évaluer les performances du schéma de commande et les choix réalisés. Ces travaux ont donné naissance à un outil logiciel, baptisé OLARGE-TMS, de simulation de mouvement humain sur poste de travail. ABSTRACT : The works presented in this memory concern the automatic generation of postures and human movements on industrial workstation. The aim is to animate in a realistic way a numerical mannequin in order to simulate an operator in the execution of his task. This animation must make it possible to contribute to the analysis of the biomechanical factors which can engender musculo-skeletal disorders. At first, choices of modelling are proposed according to this specific context. The model selected is based on a skeletal representation of the top of the body made up of rigid bodies and ideal connections, and integrates anthropometric data. Then, a general plan of laws of order based on kinematic model is developed. It is declined in several strategies which are tested on characteristic movements and workstation. These tests and the comparison with the measurements taken on human subject make it possible to evaluate the performances of the plan of order and the choices carried out. This work gave rise to a software tool, baptized OLARGE-TMS, for simulation of human movement on workstatio

Analyse, Modélisation et Simulation du Mouvement Humain

Comprendre le mouvement humain mobilise des chercheurs de nombreuses disciplines scientifiques : physiologie, biomécanique, neurosciences comportementales, anatomie fonctionnelle, les sciences du sport... Mes travaux s'inscrivent donc dans une démarche pluridisciplinaire d'analyse/synthèse du mouvement humain. Pour mener à bien cette démarche, une première tâche consiste à modéliser et à simuler le système moteur ainsi qu'un ensemble d'hypothèses. L'objectif est de disposer d'une représentation numérique du problème. Les mouvements simulés doivent ensuite être confrontés à des données expérimentales pour valider à la fois les hypothèses, le modèle et la méthode de simulation. Mon travail s'organise en trois principales contributions qui entrent dans cette approche d'analyse/synthèse. La première contribution concerne le développement de nouvelles méthodes de modélisation et de simulation de mouvements permettant de tester des connaissances issues des sciences expérimentales. La méthode doit aussi être capable de calculer très rapidement des mouvements afin d'intégrer les personnages simulés dans des environnements interactifs, comme en réalité virtuelle, par exemple. Pour modéliser et simuler un mouvement naturel, il faut être capable de gérer des contraintes cinématiques (pour tenir compte de la géométrie de son environnement), cinétiques (pour gérer la répartition de ses masses dans l'espace), dynamiques (les lois de la mécanique s'appliquent évidemment aussi) et d'autres que nous regrouperons sous le terme de " style " (lié à des aspects psychologiques, sociologiques...). Nous avons proposé une nouvelle représentation du mouvement humain qui simplifie grandement la résolution de contraintes cinématiques et cinétiques à partir d'un mouvement initial (issu d'un système de mesures ou conçu manuellement). L'hypothèse est que les mouvements mesurés vérifient intrinsèquement la plupart des contraintes citées précédemment. Il est ensuite possible d'ajouter ou de modifier certaines de ces contraintes pour simuler l'adaptation du système moteur à de nouvelles situations. La deuxième contribution concerne la définition d'un protocole de validation des mouvements simulés. C'est un problème difficile car le mouvement humain implique un grand nombre de degrés de liberté et de pas de temps, ce qui conduit à un espace de dimension énorme. Comment ramener cela à une valeur unique de distance ? Les méthodes classiques utilisent des erreurs moyennes, des corrélations ou des correspondances temporelles entre courbes. Cependant, ces valeurs quantifiables ne reflètent pas toujours le réalisme des mouvements simulés si on demande à des sujets d'en juger la qualité. En réalité virtuelle, plusieurs travaux cherchent à évaluer la sensation d'être présent dans un environnement simulé. Nous avons donc proposé de juger du réalisme du mouvement en faisant interagir des sujets réels avec des entités simulées. Ces travaux ont été menés dans le cadre particulier du duel gardien-tireur mais pourraient être étendus à un cas plus général. La troisième contribution concerne une étude transversale de la locomotion bipède via une approche de type analyse/synthèse. L'objectif de ce travail est de déduire complètement un mouvement de locomotion à partir d'un ensemble de données anatomiques et d'hypothèses générales issues de la biomécanique et des neurosciences. Une application évidente concerne la cherche de locomotions possibles pour des espèces fossiles. Fondamentalement, le problème revient à gérer un espace très important de postures possibles à chaque pas de temps et à en extraire une séquence qui soit comparable à ce qu'une créature réelle aurait naturellement produit. Nos travaux ont donc abouti à un une plate-forme de tests d'hypothèses locomotrices (minimisation d'énergie, de la dérivée de l'accélération, de la distance à une posture de référence...). L'entrée principale de cette plate-forme est la description de l'anatomie de la créature et une série d'empreintes à suivre

Analyse, Modélisation et Simulation du Mouvement Humain

Comprendre le mouvement humain mobilise des chercheurs de nombreuses disciplines scientifiques : physiologie, biomécanique, neurosciences comportementales, anatomie fonctionnelle, les sciences du sport... Mes travaux s'inscrivent donc dans une démarche pluridisciplinaire d'analyse/synthèse du mouvement humain. Pour mener à bien cette démarche, une première tâche consiste à modéliser et à simuler le système moteur ainsi qu'un ensemble d'hypothèses. L'objectif est de disposer d'une représentation numérique du problème. Les mouvements simulés doivent ensuite être confrontés à des données expérimentales pour valider à la fois les hypothèses, le modèle et la méthode de simulation. Mon travail s'organise en trois principales contributions qui entrent dans cette approche d'analyse/synthèse. La première contribution concerne le développement de nouvelles méthodes de modélisation et de simulation de mouvements permettant de tester des connaissances issues des sciences expérimentales. La méthode doit aussi être capable de calculer très rapidement des mouvements afin d'intégrer les personnages simulés dans des environnements interactifs, comme en réalité virtuelle, par exemple. Pour modéliser et simuler un mouvement naturel, il faut être capable de gérer des contraintes cinématiques (pour tenir compte de la géométrie de son environnement), cinétiques (pour gérer la répartition de ses masses dans l'espace), dynamiques (les lois de la mécanique s'appliquent évidemment aussi) et d'autres que nous regrouperons sous le terme de " style " (lié à des aspects psychologiques, sociologiques...). Nous avons proposé une nouvelle représentation du mouvement humain qui simplifie grandement la résolution de contraintes cinématiques et cinétiques à partir d'un mouvement initial (issu d'un système de mesures ou conçu manuellement). L'hypothèse est que les mouvements mesurés vérifient intrinsèquement la plupart des contraintes citées précédemment. Il est ensuite possible d'ajouter ou de modifier certaines de ces contraintes pour simuler l'adaptation du système moteur à de nouvelles situations. La deuxième contribution concerne la définition d'un protocole de validation des mouvements simulés. C'est un problème difficile car le mouvement humain implique un grand nombre de degrés de liberté et de pas de temps, ce qui conduit à un espace de dimension énorme. Comment ramener cela à une valeur unique de distance ? Les méthodes classiques utilisent des erreurs moyennes, des corrélations ou des correspondances temporelles entre courbes. Cependant, ces valeurs quantifiables ne reflètent pas toujours le réalisme des mouvements simulés si on demande à des sujets d'en juger la qualité. En réalité virtuelle, plusieurs travaux cherchent à évaluer la sensation d'être présent dans un environnement simulé. Nous avons donc proposé de juger du réalisme du mouvement en faisant interagir des sujets réels avec des entités simulées. Ces travaux ont été menés dans le cadre particulier du duel gardien-tireur mais pourraient être étendus à un cas plus général. La troisième contribution concerne une étude transversale de la locomotion bipède via une approche de type analyse/synthèse. L'objectif de ce travail est de déduire complètement un mouvement de locomotion à partir d'un ensemble de données anatomiques et d'hypothèses générales issues de la biomécanique et des neurosciences. Une application évidente concerne la cherche de locomotions possibles pour des espèces fossiles. Fondamentalement, le problème revient à gérer un espace très important de postures possibles à chaque pas de temps et à en extraire une séquence qui soit comparable à ce qu'une créature réelle aurait naturellement produit. Nos travaux ont donc abouti à un une plate-forme de tests d'hypothèses locomotrices (minimisation d'énergie, de la dérivée de l'accélération, de la distance à une posture de référence...). L'entrée principale de cette plate-forme est la description de l'anatomie de la créature et une série d'empreintes à suivre

Analyse, Modélisation et Simulation du Mouvement Humain

Comprendre le mouvement humain mobilise des chercheurs de nombreuses disciplines scientifiques : physiologie, biomécanique, neurosciences comportementales, anatomie fonctionnelle, les sciences du sport... Mes travaux s'inscrivent donc dans une démarche pluridisciplinaire d'analyse/synthèse du mouvement humain. Pour mener à bien cette démarche, une première tâche consiste à modéliser et à simuler le système moteur ainsi qu'un ensemble d'hypothèses. L'objectif est de disposer d'une représentation numérique du problème. Les mouvements simulés doivent ensuite être confrontés à des données expérimentales pour valider à la fois les hypothèses, le modèle et la méthode de simulation. Mon travail s'organise en trois principales contributions qui entrent dans cette approche d'analyse/synthèse. La première contribution concerne le développement de nouvelles méthodes de modélisation et de simulation de mouvements permettant de tester des connaissances issues des sciences expérimentales. La méthode doit aussi être capable de calculer très rapidement des mouvements afin d'intégrer les personnages simulés dans des environnements interactifs, comme en réalité virtuelle, par exemple. Pour modéliser et simuler un mouvement naturel, il faut être capable de gérer des contraintes cinématiques (pour tenir compte de la géométrie de son environnement), cinétiques (pour gérer la répartition de ses masses dans l'espace), dynamiques (les lois de la mécanique s'appliquent évidemment aussi) et d'autres que nous regrouperons sous le terme de " style " (lié à des aspects psychologiques, sociologiques...). Nous avons proposé une nouvelle représentation du mouvement humain qui simplifie grandement la résolution de contraintes cinématiques et cinétiques à partir d'un mouvement initial (issu d'un système de mesures ou conçu manuellement). L'hypothèse est que les mouvements mesurés vérifient intrinsèquement la plupart des contraintes citées précédemment. Il est ensuite possible d'ajouter ou de modifier certaines de ces contraintes pour simuler l'adaptation du système moteur à de nouvelles situations. La deuxième contribution concerne la définition d'un protocole de validation des mouvements simulés. C'est un problème difficile car le mouvement humain implique un grand nombre de degrés de liberté et de pas de temps, ce qui conduit à un espace de dimension énorme. Comment ramener cela à une valeur unique de distance ? Les méthodes classiques utilisent des erreurs moyennes, des corrélations ou des correspondances temporelles entre courbes. Cependant, ces valeurs quantifiables ne reflètent pas toujours le réalisme des mouvements simulés si on demande à des sujets d'en juger la qualité. En réalité virtuelle, plusieurs travaux cherchent à évaluer la sensation d'être présent dans un environnement simulé. Nous avons donc proposé de juger du réalisme du mouvement en faisant interagir des sujets réels avec des entités simulées. Ces travaux ont été menés dans le cadre particulier du duel gardien-tireur mais pourraient être étendus à un cas plus général. La troisième contribution concerne une étude transversale de la locomotion bipède via une approche de type analyse/synthèse. L'objectif de ce travail est de déduire complètement un mouvement de locomotion à partir d'un ensemble de données anatomiques et d'hypothèses générales issues de la biomécanique et des neurosciences. Une application évidente concerne la cherche de locomotions possibles pour des espèces fossiles. Fondamentalement, le problème revient à gérer un espace très important de postures possibles à chaque pas de temps et à en extraire une séquence qui soit comparable à ce qu'une créature réelle aurait naturellement produit. Nos travaux ont donc abouti à un une plate-forme de tests d'hypothèses locomotrices (minimisation d'énergie, de la dérivée de l'accélération, de la distance à une posture de référence...). L'entrée principale de cette plate-forme est la description de l'anatomie de la créature et une série d'empreintes à suivre