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Méthodologies pour l'obtention de la cinématique des membres inférieurs à l'aide de centrales inertielles

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Index

École doctorale :

  • SIMME – Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique

UFR ou institut :

  • UFR des sciences fondamentales et appliquées (SFA)

Secteur de recherche :

  • Bio-Ingénierie Mécanique

Section CNU :

  • Sciences/techniques des activités physiques et sportives

Résumé

  • Français
  • English
 

Français

Méthodologies pour l'obtention de la cinématique des membres inférieurs à l'aide de centrales inertielles

L’analyse du mouvement humain est un paramètre clé pour comprendre les différentes problématiques de la locomotion humaine. Qui plus est, il est nécessaire que ces analyses soient effectuées au plus proche de la locomotion réelle. L’essor de la miniaturisation des capteurs et des technologies sans fil a permis d’offrir la possibilité d’utiliser les centrales inertielles sur le terrain. Mais différentes problématiques existent encore pour obtenir la cinématique des membres inférieurs avec les centrales inertielles. La première étude de ce manuscrit aborde une comparaison des différents calibrages centrale-à-segment pour définir le passage entre l’orientation de la centrale inertielle et le segment sous-jacent. Nous avons mis en avant une méthode qui valide ces critères au mieux et ne demande que deux postures et un dispositif simple. Mais la cinématique obtenue reste entachée d’erreurs qui pourraient être dues à la présence d’artefacts de tissu mou. C’est pourquoi dans une seconde partie nous étudions la possibilité de diminuer ces effets par l’intermédiaire de l’optimisation multisegmentaire. Ainsi nous avons pu mettre en avant la nécessité de bien paramétrer le modèle derrière l’optimisation sans pour autant présenter un apport significatif. Enfin, en dernière partie, nous proposons d’appliquer la méthodologie de traitement de la cinématique articulaire sur une population pathologique, en collaboration avec le laboratoire de cinésiologie Willy Taillard des HUG et de l’Université de Genève. En conclusion cette thèse propose un processus méthodologique et des recommandations pour développer des analyses de la cinématique en milieu écologique avec des centrales inertielles.

Mots-clés libres : Centrales inertielles, calibrage centrale-à-segment, cinématique articulaire, optimisation multisegmentaire.

    Rameau (langage normalisé) :
  • Centrales inertielles
  • Biomécanique
  • Analyse du mouvement
  • Calibrage
  • Optimisation multi-segmentaire

English

Methodology to obtain lower-body kinematics with inertial sensors

The human movement analysis is a key parameter to understand the different issues of human locomotion. Furthermore, it is necessary to analyse the movement in the usual activities’ environment to be closer to real locomotion. The uptake of sensors’ miniaturisation and wireless technologies allows using inertial sensors in situ. But different challenges still exist to obtain lower limb kinematics. In this way, this thesis aims to raise these issues to suggest methodologies and recommendations. Consequently, the first study of this thesis compares different sensors-to-segment calibrations: the transformation between the inertial sensors and the orientation of the underlying segment. We put forward one method which validates criteria as best and requires only two posture and a simple device. However, the kinematics obtained remain marred by errors that could be due to soft tissue artefacts. This is why in the second part we explore the possibility of reducing the soft tissue artefacts through multi-segmental optimisation. Thus, we have been able to highlight the necessity to correctly parameterise the model behind the optimisation to obtain a significant contribution from the multi-segment optimisation. Finally, in the last part we propose to apply the methodology to obtain kinematics on a pathological population. Thus, in collaboration with the “laboratoire de cinésiologie Willy Taillard” in the HUG and Geneva University we have been able to integrate the methodology to classical quantified gait analyses on their patients. In conclusion, this thesis suggests a methodology and recommendations to develop kinematic analyses in an ecological environment with inertial sensors.

Keywords : Inertial sensors, sensor-to-segment calibration, kinematics, multibody optimisation.

Notice

Diplôme :
Doctorat d'Université
Établissement de soutenance :
Université de Poitiers
UFR, institut ou école :
UFR des sciences fondamentales et appliquées (SFA)
Laboratoire :
Pôle poitevin de recherche pour l'ingénieur en mécanique, matériaux et énergétique - PPRIMME (Poitiers)
Domaine de recherche :
Biomécanique et Bio-ingénierie
Directeur(s) de thèse :
Laetitia Fradet, Rodolphe Vauzelle, Christian Chatellier
Date de soutenance :
15 décembre 2021
Président du jury :
Stéphane Armand
Rapporteurs :
Frédéric Marin, Lionel Reveret
Membres du jury :
Laetitia Fradet, Rodolphe Vauzelle, Christian Chatellier, Sonia Duprey

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