607 - Avancées technologiques pour l’étude des mouvements humains

Communications orales 09 h 00 → 12 h 05

Avancées technologiques pour l’étude du mouvement humain (Partie 1)

• Communication orale 09 h 00
  Mot de bienvenue
  Jason Bouffard (Université McGill)
• Communication orale 09 h 10
  Imagerie musculaire et hémodynamique périphérique
  Julie Côté (Université McGill)

  L’objectif de cette présentation est d’offrir un survol des techniques d’imagerie musculaire, en complément à celles présentées par le Professeur Madeleine, et de présenter les approches d’imagerie hémodynamique périphérique communément utilisées dans le cadre d’études du domaine de la kinésiologie portant sur l’analyse de l’activité physique tant en environnement de laboratoire, de performance sportive ou d’activité du travail. Notamment, nous expliquerons les fondements technologiques des approches de laser Doppler permettant de visualiser et quantifier la dynamique du flux sanguin afin d’inférer les changements d’apport sanguin livrés aux muscles impliqués dans les diverses tâches étudiées par le groupe de recherche du Dr. Côté. Nous résumerons également les derniers résultats traitant des effets de la fatigue et de la posture de travail sur l’activité musculaire et vasculaire des membres supérieurs, inférieurs et des muscles de la colonne chez les hommes et les femmes. Finalement, les avancées futures en imagerie musculaire, vasculaire et nerveuse visées dans les activités de recherche du laboratoire de biomécanique du travail et d’ergonomie à l’Université McGill seront présentées.

• Communication orale 09 h 50
  Électromyographie et méchanomyographie : méthodes d’imagerie musculaire
  Pascal Madeleine (Université d' Aalborg)

  Cette présentation mettra en exergue les développements récents concernant l’enregistrement et l’analyse de l’activité électromyographique de surface (SEMG) et méchanomyographique (MMG). Ces deux techniques permettent d’enregistrer l’activité musculaire de manière non-invasive pendant des contractions musculaires. Les enregistrements de SEMG et MMG se font par le biais d’électrodes ou d’accéléromètres d’une manière générale et permettent d’analyser les effets de différents facteurs sur l’activité musculaire. Ces dernières années, l’utilisation de matrices d’électrodes ou de plusieurs accéléromètres ont permis l’analyse spatio-temporelle des signaux SEMG et MMG. Cette imagerie de l’activité musculaire et les méthodes d’analyses en traitement du signal ont permis de révéler des changements dans l’activation musculaire au sein du muscle étudié pendant par exemple le développement de la fatigue musculaire ou en présence de douleurs musculo-squelettiques démontrant une plasticité musculaire.

• Communication orale 10 h 45
  Du mouvement aux forces musculaires : avancées algorithmiques et matérielles
  Mickael Begon (UdeM - Université de Montréal), Yoann Blache (Université Claude Bernard, Lyon 1), Colombe Bélaise (Université de Montréal), Benjamin Michaud (Université de Montréal)

  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.

• Communication orale 11 h 25
  Applications de la réalité virtuelle en ergonomie
  Charles Pontonnier (Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA))

  La réalité virtuelle est un outil prometteur pour l’ergonomie. Il est possible d’immerger un opérateur dans un environnement virtuel et de le mettre en interaction avec une maquette numérique du poste de travail à concevoir. Un ergonome et un ingénieur de conception peuvent alors tester différentes configurations du poste et en analyser les conséquences biomécaniques. Il est cependant nécessaire de mieux définir et exploiter ces outils pour fiabiliser leur usage.

  Dans cette présentation, nous allons détailler une expérience visant à comparer d’un point de vue du contrôle moteur une tâche d’assemblage réalisée en réel et son pendant virtuel. D’abord, nous investiguerons des critères ergonomiques généraux permettant de comparer globalement les tâches, puis nous raffinerons l’étude en analysant d’un point de vue cinématique et musculaire la coordination motrice des sujets en réel et en virtuel.

  Ensuite, nous présenterons des outils permettant une action de conception collaborative d’un poste de travail. Cette plateforme collaborative permet l’action conjointe d’un utilisateur, d’un ergonome et d’un ingénieur de conception. Après une présentation de ces outils, nous proposerons une évaluation de leur utilisabilité pour des fins ergonomiques à travers une expérience simple. Les sujets devront trouver une solution collaborative à un problème de conception au travers d’un cas d’usage simplifié nécessitant un compromis entre des contraintes de procédé et des contraintes biomécaniques.

Dîner 12 h 05 → 13 h 45

Dîner

Communications orales 13 h 45 → 16 h 50

Avancées technologiques pour l’étude du mouvement humain (Partie 2)

• Communication orale 13 h 45
  Utilisation de la robotique pour étudier notre capacité à détecter, à réagir et à s’adapter à des perturbations
  Jason Bouffard (Université McGill), Laurent Bouyer (Centre interdisciplinaire de recherche en réadaptation et en intégration sociale (CIRRIS), Université Laval), Catherine Mercier (Centre interdisciplinaire de recherche en réadaptation et en intégration sociale (CIRRIS), Université Laval), Jean-Sébastien Roy (Centre interdisciplinaire de recherche en réadaptation et en intégration sociale (CIRRIS), Université Laval)

  Lors de nos activités de la vie quotidienne, l’environnement dans lequel nous réalisons nos mouvements change constamment. Les caractéristiques du système nous permettant de nous mouvoir évoluent également au fil du temps en raison de phénomènes tels que la fatigue musculaire, la douleur ou le vieillissement. Il est primordial de pouvoir modifier notre comportement afin répondre à ces perturbations de nos mouvements afin de conserver notre efficacité. La présentation proposée offrira un aperçu des possibilités offertes par la robotique afin d’évaluer les fonctions motrices nécessaires pour s’adapter à différents types de perturbations.

  Grâce à une orthèse robotisée, nous avons développé une mesure novatrice de proprioception nous indiquant la capacité d’individus à détecter de légères entraves aux mouvements de leur cheville durant la marche. En répétant de façon systématique ces perturbations de la cheville, il est possible d’évaluer la capacité des individus à les anticiper afin d’en minimiser l’impact sur la qualité de leurs mouvements, une forme d’apprentissage moteur. L’influence de la douleur sur ce type d’apprentissage moteur sera présentée afin de démontrer la sensibilité de cette méthodologie. Alors que l’emphase de cet exposé sera mise sur l’évaluation comportementale des individus face à de telles perturbations, la présentation de Dr Laurent Bouyer permettra d’élucider les mécanismes neuropysiologiques derrière ces capacités.

• Communication orale 14 h 25
  Un modèle d’utilisation de la robotique pour faire de la neurophysiologie « écologique »
  Laurent Bouyer (Université Laval)

  En lien avec le contrôle du mouvement, une particularité du système nerveux est d’être capable de se reconfigurer en fonction des demandes de la tâche à accomplir et de l’environnement dans lequel ledit mouvement doit être fait. Cette capacité adaptative est avantageuse, mais complique également la recherche sur les mécanismes sous-jacents au contrôle et à l’apprentissage moteur, car les résultats obtenus « au repos » ne se généralisent pas nécessairement à ce qui se passe lors de mouvements. Cette présentation résume plusieurs séries d’expériences faites chez des participants en santé et chez des populations neurologiques où une orthèse de cheville robotisée fut utilisée afin d’étudier les mécanismes sous-jacents au contrôle et à l’apprentissage moteur directement pendant le mouvement. En imposant des perturbations contrôlées pendant la marche et en interrogeant des voies sensorimotrices à l’aide de différentes méthodes neurophysiologiques (TMS, réflexes, etc), cette approche nous a permis de mieux comprendre la plasticité adaptative et de dévoiler une partie des mécanismes neuraux sous-jacents. Ces résultats démontrent que la technologie ouvre une porte vers une étude de la neurophysiologie humaine non-invasive qui était hors de portée jusqu'à récemment et, en permettant de poser des questions de recherche novatrices, permettra de développer/optimiser les paradigmes de réadaptation locomotrice.

• Communication orale 15 h 20
  Les avancées technologiques pour atténuer les déficits locomoteurs et les risques de chutes chez la personne atteinte de la maladie de Parkinson : des mécanismes à l’application clinique
  Julie Nantel (Université d’Ottawa)

  La maladie de Parkinson (MP) est une maladie neurodégénérative pour laquelle il n’existe pas de traitement pouvant renverser ou stopper la progression des symptômes moteurs et non-moteurs. Les traitements traditionnels tels que la médication et la chirurgie de stimulation profonde des noyaux sous-thalamiques permettent de contrôler certains symptômes comme les tremblements, la rigidité articulaire et la bradykinésie alors qu’ils ont peu d’effet sur l’instabilité posturale, les troubles locomoteurs ainsi que les déficits cognitifs légers. Dans les premières dix années suivant le diagnostic de MP, ~50% des personnes développent des problèmes de chutes. Ceux-ci sont liées à la dégradation des mécanismes du contrôle postural, locomoteurs et de certaines fonctions cognitives. L’avancement des connaissances quant aux mécanismes responsables déficits posturaux et locomoteurs, ont donné lieu au développement de protocoles et d’outils qui ont permis d’optimiser non seulement l’utilisation des systèmes d’analyse du mouvement et de réalité virtuelle, mais également de démocratiser l’accès à ces technologies en développant des dispositifs plus mobiles et moins dispendieux (gyroscopes, accéléromètres triaxiaux). Ces avancées technologiques pourraient faciliter l’intégration des technologies en milieu clinique et permettre de développer des appareils pouvant prédire en temps réel des épisodes de blocage moteurs ou de chute afin d’assister ces personnes dans leurs déplacements quotidiens.

• Communication orale 16 h 00
  Les centrales inertielles : une technologie pour étudier les travailleurs en entreprise
  Christian Larue (Institut de recherche Robert Sauvé en santé et en sécurité du travail (IRSST)), Hakim Mecheri (Institut de recherche Robert Sauvé en santé et en sécurité du travail (IRSST)), André Plamondon (Institut de recherche Robert-Sauvé en santé et en sécurité du travail (IRSST)), Xavier Robert-Lachaîne (Institut de recherche Robert-Sauvé en santé et en sécurité du travail (IRSST))

  La technologie de captage de mouvements 3D à l’aide de centrales inertielles (CI) est très encourageante pour étudier des travailleurs dans leurs milieux de travail. Il suffit de fixer une CI sur chacun des segments du corps, de procéder à un calibrage du système au moyen d’une posture, puis de suivre le travailleur dans ses déplacements. Cette présentation a pour but de montrer les avancements dans ce domaine, les points forts ainsi que les obstacles à l’utilisation de ce type de technologie. Dans un premier temps, des tests en laboratoire ont été réalisés pour évaluer la validité et fidélité des CI à quantifier le mouvement humain. Le système de mesure composé de 17 CI parvenait à estimer une majorité des angles articulaires à l’intérieur d’un seuil acceptable de 5° d’erreurs pendant des tâches de manutention d’une durée de 32 minutes. Dans un second temps, des tests ont été effectués en entreprise avec des manutentionnaires expérimentés. Ces travailleurs ont été suivis sur plus de 30 minutes. Les résultats révèlent que dans ces conditions spécifiques près de 70 % des données recueillies ont été jugés acceptables. Cette perte de 30 % peut apparaître importante, mais il n’y a pas si longtemps encore, il n’était pas possible de quantifier la cinématique 3D des travailleurs en dehors des laboratoires. Il est possible de croire que bientôt ce type de problème sera réglé.