Félix LEFEBVRE soutiendra sa thèse réalisé au LIBM (Lyon) à l'amphithéâtre STAPS dans l'UFR STAPS de Villeurbanne le 27 novembre 2024 à 14h.
Titre : Analyse cinématique de l’épaule et du membre supérieur par capture de mouvement avec et sans marqueurs
Encadrement : Yoann BLACHE ; Isabelle ROGOWSKI
Résumé : La caractérisation précise et quantifiée du mouvement humain est essentielle dans de nombreux domaines et particulièrement en pratique clinique et sportive pour exploiter, préserver ou rétablir les capacités motrices. L’anatomie complexe de l’épaule lui confère une capacité de mouvement fine et de grande amplitude, au détriment d’une stabilité fragile et exposée à des risques importants d’altérations pouvant compromettre sa mobilité. Pour estimer la cinématique articulaire du complexe de l’épaule, il est donc nécessaire de disposer d’un système de capture de mouvement qui soit rapide, précis, et applicable en routine. Parmi les nombreux outils utilisés, l’estimation de la cinématique de l’épaule par mesure directe est généralement invasive ou irradiante, et en tout cas non adaptée à l’évaluation systématique. Les méthodes d’estimation cinématique de l’épaule par mesure cutanée indirecte sont plébiscitées, notamment avec marqueurs, mais avec une précision moindre, du fait des artefacts des tissus mous. De nombreuses stratégies expérimentales et numériques ont été développées pour en améliorer les performances, sans toutefois donner pleinement satisfaction. Récemment, des méthodes de capture de mouvement sans marqueurs sont apparues mais aucune ne propose à ce jour d’estimations compatibles avec la modélisation cinématique détaillée du complexe de l’épaule. L’objectif de cette thèse était alors de contribuer au développement des outils d’analyse cinématique de l’épaule par capture de mouvement avec et sans marqueurs. Un premier sous-objectif de ce travail de thèse était d’étudier l’influence de l’optimisation du modèle cinématique et coefficient de pondération, ou poids, des marqueurs de la scapula sur la cinématique scapulaire dans une optimisation multi-segmentaire. Les résultats de cette première étude ont mis en évidence que la redondance des marqueurs, à savoir l’utilisation de plus de trois marqueurs sur la scapula, est recommandée pour l’estimation de la cinématique scapulaire par optimisation multi-segmentaire. Ces résultats ont aussi montré que les poids optimaux sont à la fois spécifiques au participant et au mouvement, mais qu’un jeu de poids moyen par mouvement pouvait améliorer l’estimation de la cinématique scapulaire. Le second sous-objectif de ce travail de thèse était de développer une méthode de capture de mouvement sans marqueurs par algorithme d’apprentissage profond permettant le suivi cinématique du membre supérieur incluant le complexe de l’épaule. Cette seconde étude a consisté à développer un algorithme d’estimation de pose 2D capable d’identifier 20 points anatomiques sur cinq mouvements différents avec une précision médiane inférieure à 9 px (estimé à 18 mm). La méthode de capture de mouvement sans marqueurs développée sur la base de cet algorithme a permis des estimations 3D des points anatomiques de l’épaule avec une précision moyenne inférieure à 15 mm, aboutissant à une précision cinématique articulaire de 14° pour l’articulation scapulo-thoracique. Les estimations ainsi obtenues sont équivalentes voire meilleures que pour la capture de mouvement avec marqueurs, pour un gain de temps considérable par l’absence de préparation. De futurs travaux sont nécessaires pour transformer la preuve de concept développée en véritable outil de capture de mouvement, et valider son potentiel à devenir la méthode la plus adaptée pour l’estimation cinématique du complexe de l’épaule en routine.
Mots-clés : artefacts des tissus mous, scapula, optimisation multi-segmentaire, estimation de pose, apprentissage profond, OpenSim
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