L’analyse vidéo en 2D est comparable à la capture de mouvement 3D dans l’évaluation du mouvement du membre inférieur
Introduction
Les systèmes de capture de mouvement à trois dimensions (3D) réalisés en laboratoire sont considérés comme « l'étalon-or » dans l'évaluation des facteurs de risque biomécaniques (21). Ces systèmes sont fiables (22,23) lors de nombreuses tâches fonctionnelles et peuvent déterminer avec précision la cinématique dans plusieurs plans, y compris les forces de rotation à travers les articulations. Cependant, les systèmes de capture de mouvement 3D ont une application limitée dans le cadre clinique en raison du coût de l'équipement, du temps de mise en place nécessaire, de l'application de multiples capteurs électromagnétiques qui ne se couplent pas toujours bien à la performance des tâches fonctionnelles, et à la difficulté à les intégrer dans des tests de pré-saison. Les analyses vidéos en 2D sont une solution potentielle à ces limitations (portabilité, aspect pratique, coût et standardisation) dans les évaluations de mouvements cliniques précitées. Les résultats peuvent être facilement discutés en utilisant des applications de smartphones ou de tablettes. Actuellement, peu de recherches ont abordé la relation entre les méthodes d'analyse cinématique 2D et 3D au cours des tâches fonctionnelles.
Par conséquent, le but de cette étude était de comparer les mesures cinématiques du tronc et de l'extrémité inférieure dans les plans frontal et sagittal entre les caméras vidéo 2D et les analyses de capture de mouvement 3D obtenues simultanément pendant un Single Leg Squat (SLS).
Méthode
Il s'agit d'une étude de laboratoire descriptive avec une seule session de collecte de données. La variable indépendante était la méthode d'observation à deux niveaux : l'analyse de la caméra vidéo 2D et la capture de mouvement 3D. Les variables dépendantes comprenaient le déplacement des articulations du tronc, de la hanche, du genou et de la cheville dans le plan frontal et sagittal. Ces variables ont été calculées comme étant le déplacement entre la valeur cinématique à l'état de repos debout et la valeur cinématique correspondante à la flexion maximale du genou, pour chaque articulation.
Participants
Vingt-six adultes volontaires sains et actifs ont été recrutés dans un établissement universitaire et de la communauté environnante.
Capture de mouvement 3D
Dix capteurs électromagnétiques ont été fixés sur la peau du sujet comme illustré en figure 1 par les repères carrés gris.
Caméra vidéo 2D
Quinze repères anatomiques ont été identifiés avec des marqueurs rétroréfléchissants fixés à la peau du sujet comme illustré en figure 1 par les repères ronds noirs.
Chaque caméra a été placée sur un trépied à une hauteur de 1,2 mètre du sol et à une distance de 2,4 m du participant. Une caméra a été placée dans le plan sagittal, et deux ont été placées dans le plan frontal (une antérieure, une postérieure).
Les données bidimensionnelles ont été collectées à un taux d'échantillonnage de 60 images par seconde.
Procédures de collecte des données
Les participants ont effectué trois essais d'un Single Leg Squat (SLS) sur chaque jambe (ordre randomisé) pour un total de six essais.
Chaque participant devait regarder devant lui, se tenir debout sur le membre testé, genou opposé fléchi à environ 90 °, et garder les bras croisés. Ils devaient ensuite s'accroupir sans perdre l'équilibre, puis à revenir à la position de départ.
Traitement des données 3D
Les données cinématiques ont été recueillies à 144 Hz pour la cheville, le genou, la hanche et le tronc pendant les six essais complets de la tâche SLS pour chaque participant.
Pour chaque essai, une capture virtuelle a été réalisée en position de repos et une lors de la flexion maximale du genou. Les valeurs cinématiques de chaque articulation qui correspondaient à la flexion maximale du genou ont été extraites et comparées à la position de repos pour déterminer le déplacement des articulations.
Traitement des données 2D
Pour chaque essai, deux images fixes ont été enregistrées dans les plans frontal et sagittal : une en position de repos et une lors de la flexion maximale de genou. Pour chaque image enregistrée, le clinicien a mesuré les angles des articulations du tronc, de la hanche, du genou et de la cheville en utilisant les marqueurs réfléchissants, et calculé le déplacement de l'articulation entre la position de repos et la position maximale de flexion genou. Tous les angles ont été mesurés par le même clinicien.
Analyse statistique
La moyenne des trois essais sur chaque membre et pour chaque système a été utilisée pour l'analyse statistique. La force de la corrélation (r) était interprétée comme médiocre (0 à 0,49), modérée (0,50 à 0,75) et forte (> 0,75) .31 Des graphiques de Bland-Altman avec différence de moyenne (AMD) et limites d'agrément à 95% (LOA) ont été utilisés pour évaluer la correspondance entre les mesures 2D et 3D pour chaque variable dépendante.
Les variables dépendantes étaient toutes significativement corrélées entre les deux mesures dans le plan sagittal du tronc (r = 0.53, modéré), la hanche (r = 0.93, fort), du genou (r = 0,86,) de la cheville (r = 0,51, modéré) et dans le plan frontal du genou (r = 0,31, médiocre).
Les corrélations entre les analyses 2D et 3D n'étaient pas significatives dans le plan frontal pour les valeurs angulaires du tronc, de la hanche ou de la cheville (tableau 1).
Quinze repères anatomiques ont été identifiés avec des marqueurs rétroréfléchissants fixés à la peau du sujet comme illustré en figure 1 par les repères ronds noirs.
Chaque caméra a été placée sur un trépied à une hauteur de 1,2 mètre du sol et à une distance de 2,4 m du participant. Une caméra a été placée dans le plan sagittal, et deux ont été placées dans le plan frontal (une antérieure, une postérieure).
Les données bidimensionnelles ont été collectées à un taux d'échantillonnage de 60 images par seconde.
Procédures de collecte des données
Les participants ont effectué trois essais d'un Single Leg Squat (SLS) sur chaque jambe (ordre randomisé) pour un total de six essais.
Chaque participant devait regarder devant lui, se tenir debout sur le membre testé, genou opposé fléchi à environ 90 °, et garder les bras croisés. Ils devaient ensuite s'accroupir sans perdre l'équilibre, puis à revenir à la position de départ.
Traitement des données 3D
Les données cinématiques ont été recueillies à 144 Hz pour la cheville, le genou, la hanche et le tronc pendant les six essais complets de la tâche SLS pour chaque participant.
Pour chaque essai, une capture virtuelle a été réalisée en position de repos et une lors de la flexion maximale du genou. Les valeurs cinématiques de chaque articulation qui correspondaient à la flexion maximale du genou ont été extraites et comparées à la position de repos pour déterminer le déplacement des articulations.
Traitement des données 2D
Pour chaque essai, deux images fixes ont été enregistrées dans les plans frontal et sagittal : une en position de repos et une lors de la flexion maximale de genou. Pour chaque image enregistrée, le clinicien a mesuré les angles des articulations du tronc, de la hanche, du genou et de la cheville en utilisant les marqueurs réfléchissants, et calculé le déplacement de l'articulation entre la position de repos et la position maximale de flexion genou. Tous les angles ont été mesurés par le même clinicien.
Analyse statistique
La moyenne des trois essais sur chaque membre et pour chaque système a été utilisée pour l'analyse statistique. La force de la corrélation (r) était interprétée comme médiocre (0 à 0,49), modérée (0,50 à 0,75) et forte (> 0,75) .31 Des graphiques de Bland-Altman avec différence de moyenne (AMD) et limites d'agrément à 95% (LOA) ont été utilisés pour évaluer la correspondance entre les mesures 2D et 3D pour chaque variable dépendante.
Résultats
Les variables dépendantes étaient toutes significativement corrélées entre les deux mesures dans le plan sagittal du tronc (r = 0.53, modéré), la hanche (r = 0.93, fort), du genou (r = 0,86,) de la cheville (r = 0,51, modéré) et dans le plan frontal du genou (r = 0,31, médiocre).
Les corrélations entre les analyses 2D et 3D n'étaient pas significatives dans le plan frontal pour les valeurs angulaires du tronc, de la hanche ou de la cheville (tableau 1).
Les graphs de Bland-Altman ont révélé une correspondance dans les comparaisons de moyennes entre les techniques de mesure 2D et 3D dans le plan sagittal de toutes les articulations. (Figure 2) Mais la correspondance dans le plan frontal n'était pas aussi forte. (Figure 3)
Discussion
Bien que des relations significatives entre les techniques 2D et 3D aient été observées pour les quatre articulations dans le plan sagittal, la seule corrélation significative observée dans le plan frontal était au genou, et était considéré comme médiocre. Bien que des études antérieures aient évalué la fiabilité entre les analyses 2D et 3D, les systèmes sont fréquemment seulement comparés au niveau du genou dans le plan frontal. À l'instar de ces résultats, la pas latéral (r = 0,40) et le saut latéral (r = 0,32) ont également montré une faible fiabilité entre les deux techniques lors de l'évaluation du mouvement du Varus / Valgus du genou (26). En revanche, une fiabilité modérée à forte a été observé pendant le SLS (r = 0,64-0,78), et le Drop Jump (r = 0,82-0,97) (25). Une explication potentielle pour le manque de résultats cliniquement pertinents dans le plan frontal pourrait être liée à la décision d’autoriser les participants à choisir eux-mêmes leur profondeur de SLS.
L'AMD entre les deux mesures était inférieure à 4 ° pour chaque articulation dans le plan sagittal et inférieure à 7 ° dans le plan frontal. Alors que les mesures 2D et 3D avaient un accord plus fort dans le plan sagittal, il est important de noter que les deux plans de mouvement présentaient une AMD cliniquement acceptable.
Il a été suggéré que les positions du corps du plan sagittal affectent la biomécanique de l'extrémité inférieure et le risque de blessures au genou (41). L'atterrissage avec le corps dans une position plus érigée augmente les forces verticales de réaction au sol normalement atténuées dans toute la chaîne cinétique, ce qui augmenterait le risque de blessure aigue et chronique du genou (42,43). Lors de l'atterrissage après Drop jump ou saut unipodal, les sujets utilisant moins de flexion de hanche dans le plan sagittal dépendaient plus fortement des moments de genou dans le plan frontal pour décélérer leur centre de masse (42).
La capacité des cliniciens à mesurer efficacement la cinématique dans le plan sagittal pendant les tâches fonctionnelles ajoute un élément précieux aux évaluations fonctionnelles et à la détection des facteurs de risque.
Un facteur qui doit être pris en compte est que les méthodes 2D ne permettent pas de mesurer la rotation. La rotation du tronc, de la hanche et du tibia n'ont pas pu être analysées.
Conclusion
Les résultats de cette étude indiquent que l'analyse vidéo 2D est comparable à la capture de mouvement 3D lors de l'évaluation du déplacement de l'articulation du plan sagittal pendant un SLS. Cliniquement, une analyse en 2D valide peut aider les professionnels de la santé à identifier les athlètes à risque et à appliquer des interventions ciblées à ces athlètes, surtout lorsqu'ils n'ont pas accès à un système d'analyse de mouvement 3D ou les moyens financiers pour en acquérir (29). Des études futures devraient évaluer l'utilisation de la technologie mobile dans la quantification de la cinématique des extrémités inférieures lors des tâches fonctionnelles, dans le but de progresser vers une méthode d'évaluation encore plus rapide et efficace.
Texte d’origine
Two-Dimensional video analysis is comparable to 3D motion capture in lower extremity movement assessment. Stacy A. Schurr, M.Ed, ATC Ashley N. Marshall, M.Ed, ATC Jacob E. Resch, PhD, ATC Susan A Saliba, PhD, ATC, PT
Bibliographie :
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