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Du mouvement aux forces musculaires : avancées algorithmiques et matérielles

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Mickael Begon : Université de Montréal

Résumé de la communication

L’estimation des forces musculaires est un enjeu tant pour l’orthopédie que pour la réadaptation des troubles musculo-squelettiques. Les défis de taille proviennent (i) de l’estimation de la cinématique articulaire entachée des artefacts des tissus mous (STA), (ii) des algorithmes d’optimisation afin d’estimer des forces musculaires d'un problème sous-contraint et (iii) de la validation des algorithmes et méthodes. Le laboratoire a développé plusieurs algorithmes de cinématique inverse (incluant des filtres de Kalman étendus) basés tant sur des marqueurs que sur des centrales inertielles pour réduire les effets des STA. Une des innovations a été la projection de certains marqueurs sur des axes anatomiques pour annuler leur effet dans l’estimation de la rotation correspondante. Des mesures à l’aide de tiges intracorticales ont permis une validation partielle et une quantification de la propagation des erreurs cinématiques à l’estimation des forces musculaires. Pour pallier aux limitations inhérentes à l’optimisation statique pour estimer les forces musculaires, nous développons des algorithmes de moindres carrés sur les excitations musculaires (signaux électromyographiques) et sur les positions des marqueurs. Cette approche, résolue par contrôle optimal, inclut des fonctions de dynamique et cinématique directes. L’ensemble de ces méthodes, appliquées principalement au membre supérieur et à l’épaule, devrait s’appliquer aux motricités pathologiques de patients.

Résumé du colloque

Les mouvements humains peuvent être évalués sous plusieurs angles, de l’étude des mécanismes neuronaux sous-jacents à leur contrôle jusqu’à l’étude de leurs impacts biomécaniques sur le corps et sur l’environnement. L’étude des processus liés à la production de mouvements nécessite l’utilisation de plusieurs technologies.

La stimulation nerveuse et l’enregistrement de signal neurophysiologique permettent d’avancer nos connaissances sur le rôle des différentes structures neuronales du contrôle moteur. Les progrès au niveau de l’évaluation de l’activité musculaire permettent de comprendre davantage la contribution des différents muscles, et même de différentes portions d’un même muscle, durant une activité motrice. La modélisation musculosquelettique permet quant à elle, à partir de données cinématiques, cinétiques et électromyographiques, d’estimer le comportement des structures internes de l’appareil locomoteur lors des mouvements ainsi que les contraintes qui leur sont imposées. L’imagerie hémodynamique périphérique fournit aussi des indices sur les exigences métaboliques des mouvements, par exemple lors de tâches induisant de la fatigue. L’utilisation de la robotique et de la réalité virtuelle associées à ces méthodes de collecte et d’analyse de données permet d’évaluer de façon contrôlée les interactions entre les individus et leur environnement lors de tâches complexes telles que la marche. Finalement, un nombre grandissant d’équipements auparavant réservés aux laboratoires sont maintenant conçus pour être mobiles et permettre la prise de mesures directement sur le terrain.

Le colloque proposé vise à regrouper des chercheurs ayant contribué au développement des outils technologiques nécessaires à l’évaluation du mouvement et à leur utilisation dans divers contextes. Les présentateurs seront invités à discuter de la contribution de leurs approches à la kinésiologie (c.-à-d. l’étude du mouvement humain), de leurs limites et de leur complémentarité.

Contexte

section icon Thème du congrès 2017 (85e édition) :
Vers de nouveaux sommets
manager icon Responsables :
Jason Bouffard
section icon Date : 12 mai 2017

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