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Projet Conventional Gait Model 2 (CGM2) : Une évolution du modèle conventionnel de Marche qui garde ses avantages mais corrige ses défauts.

Fabien Leboeuf1, Morgan Sangeux2

1School of Health & Society, The University of Salford, UK, f.leboeuf@salford.ac.uk

2 The Murdoch Children’s Research Institute, Melbourne, Australia

 

L’analyse quantifiée de la marche est un examen clinique visant à détecter et quantifier les pathologies du système locomoteur qui affectent la marche. L’utilité de l’examen pour le clinicien est désormais reconnue. Les centres de réhabilitation s’équipent, motivés par les possibilités de quantifier la sévérité de la pathologie ou son évolution à la suite d’un programme thérapeutique. Malheureusement, l’analyse quantifiée de la marche peine à être reconnue en tant que véritable outil diagnostic. Narayanan (Narayanan, 2007) pointe notamment que la variabilité de la mesure et des protocoles limite l’impact de l’examen dans la prise de décision chirurgicale.

Dans les années 90, l’analyse de la marche était standardisée par l’utilisation d’un seul modèle de marche : Le Conventional Gait Model (CGM) construit a partir des travaux de Davis (Davis et al., 1991) et Kabada (Kadaba et al., 1990), diffusé ensuite par Vicon ( Oxford Metrics, Oxford, Royaume) sous l’appellation Vicon Clinical Manager, puis Vicon Plugin Gait (Vicon PiG) au sein de ses logiciels de capture du mouvement.  Les avancées technologiques et les recherches en biomécanique ont favorisées le développement de modèles de marche alternatifs, tel que le modèle CAST (Cappozzo et al., 1995) ou le modèle IOR (Istituti Ortopedici Rizzoli)(Leardini et al., 2007), augmentant la variabilité des résultats entre différent centres et le degré d’incertitude de l’interprétation clinique.

L’utilisation du CGM reste néanmoins largement répandue. Le CGM se caractérise par un faible nombre de marqueurs (cf figure) et l’emploi d’une méthode cinématique directe, ne nécessitant pas de processus d’optimisation. Ses nombreuses applications cliniques ont dès lors contribuées à sa validation formelle. Pour autant, au cours des dernières années, les limitations connues du CGM ont été mis en avant. Sans réel propositions pour les résoudre, les utilisateurs ont fait apparaitre un sentiment de frustration. Il a été démontré que le centre de hanche établie par les équations de régression de Davis (Davis et al., 1991) était imprécis. La cinématique directe utilisée pour estimer les orientations segmentaires, bien que simple et efficace, a pour principal défaut d’introduire une variation des longueurs segmentaires. Le pied a été modélisé comme un seul et unique segment rigide et ne répondrait plus aux préoccupations cliniques. Enfin, malgré la documentation, la principale critique du CGM est d’être un modèle « Boite-noire ». Ce manque de transparence n’a pas favorisé son évolution.

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Figure 1 : Jeux de marqueurs du CGM1 (à gauche) et CGM2 (à droite)

Afin de se conformer à la pratique actuelle de l’analyse 3D de la marche et de répondre aux questionnements grandissants des cliniciens sur les pathologies du système locomoteur, le CGM nécessite d’être mis à jour. Le projet CGM2, initié par le Pr Richard Baker (Université de Salford, Royaume Uni) a été proposé à cette fin. Il vise à la création d’un modèle de marche amélioré, capable de respecter les forces du CGM tout en adressant ses principales limitations.  Le CGM2 a été élaboré à partir d’une série de modèles, abordant chacune des limitations, dans le but de quantifier l’écart avec la version initiale et faciliter la transition des utilisateurs. De part la participation de Vicon, le CGM2 a été implémenté de manière à s’adapter au logiciel Vicon Nexus d’acquisition et de traitement des données optoélectroniques.

L’atelier s’adresse aux utilisateurs du Vicon Plugin-gait et à toute personne souhaitant employer le CGM2 pour une pratique clinique. L’objectif de l’atelier consistera dans un premier temps à rappeler les spécificités du CGM ainsi que les différentes variantes, parfois méconnues. Dans un second temps, le package open-source pyCGM2, développé en langage Python sera présenté Chacune des améliorations proposées par le CGM2 sera présentée.

Une démonstration du CGM2 sera effectuée. L’utilisateur « non programmeur » pourra ainsi observer comment Vicon Nexus facilite le traitement des données par le CGM2. Quant à l’utilisateur avancé, programmeur ou souhaitant s’initier à la programmation python, des notebooks Jupyter (https://jupyter.org/) montreront comment contrôler Vicon Nexus et disposer des méthodes proposées par pyCGM2 pour effectuer un rapport interactif d’analyse 3D de la marche.

References

Cappozzo, A., Catan, F., Crocel, U. Della, Leardini, A., 1995. Position and orientation in space of bones during movement : anatomical frame definition and determination. Clin. Biomech. 10, 171–178.

Davis, R., Ounpuu, S., Tyburski, D., Gage, J., 1991. A gait analysis data collection and reduction technique. Hum. Mov. Sci. 10, 575–587.

Kadaba, M., Ramakrishan, H., Wooten, M., 1990. Measurement of lower extremity kinematics during level walking. J. Orthop. Res. 8, 383–392.

Leardini, A., Sawacha, Z., Paolini, G., Ingrosso, S., Nativo, R., Benedetti, M.G., 2007. A new anatomically based protocol for gait analysis in children. Gait Posture 26, 560–571.

Narayanan, U.G., 2007. The role of gait analysis in the orthopaedic management of ambulatory cerebral palsy. Curr. Opin. Pediatr. 19, 38–43.

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