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Capteurs portés et analyse instrumentée du mouvement : applications cliniques en orthopédie
- Centre Orthopédique d’Ouchy
- Analyse quantitative du mouvement : du laboratoire aux conditions de vie réelle
- Cinématique articulaire par capteurs inertiels au membre supérieur et au genou
- Paramètres spatio-temporels de la marche et marche en double tâche
- Mesure des forces de réaction au sol et suivi post-opératoire
- Objectivation des tests fonctionnels et validation clinique
- Suivi instrumenté de la rééducation après chirurgie de la coiffe des rotateurs
- Évaluation cinématique comparée des prothèses totales de genou
- Suivi de la récupération fonctionnelle après chirurgie de fracture de hanche
- Analyse instrumentée de la marche en double tâche pour le risque de chute
- Objectiver les tests fonctionnels usuels par instrumentation plutôt que par cotation subjective
- Privilégier des mesures longue durée à domicile pour saisir la fonction réelle du patient
- Interpréter la symétrie et la force d’appui dans le suivi de rééducation post-opératoire
- Exiger une validation clinique des dispositifs, au-delà de la seule validation technique
Brochure d'information médicale
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congrès Medicol, 2025
L’évaluation fonctionnelle en consultation orthopédique repose encore largement sur des tests cliniques dont la quantification reste subjective et dépendante de l’observateur. Les capteurs inertiels portés, associant accéléromètres et gyroscopes miniaturisés, permettent désormais d’objectiver la cinématique articulaire, les paramètres spatio-temporels de la marche et les forces de réaction au sol, en laboratoire comme en conditions de vie réelle. Cette mise au point destinée au médecin référent expose trois axes d’application développés par une équipe de recherche en ingénierie : la mesure de l’élévation du membre supérieur, l’analyse des orientations articulaires au genou et l’estimation des forces au sol après chirurgie. L’enjeu pour le confrère est de comprendre ce que ces mesures instrumentées apportent au raisonnement diagnostique, au suivi post-opératoire et à la stratification du risque, et dans quels contextes elles complètent utilement le bilan clinique de première ligne.
De la cinématographie aux capteurs inertiels : genèse de la mesure objective
L’analyse quantitative du mouvement s’est d’abord développée au XIXe siècle, avec deux approches complémentaires : la mesure en laboratoire par la cinématographie, dans un environnement confiné, et la mesure en conditions de terrain, qui cherchait déjà à enregistrer la vitesse de marche, les temps d’appui, les forces de réaction au sol ou le rythme cardiaque. Pendant des décennies, les systèmes optiques fondés sur des caméras ont progressé, mais l’instrumentation portée est restée limitée par des capteurs mécaniques et pneumatiques peu maniables. Ce verrou technologique a longtemps cantonné la quantification fine du mouvement au laboratoire.
Le tournant s’est opéré à la fin du XXe et au début du XXIe siècle, avec la miniaturisation des capteurs sous forme de puces électroniques intégrant accéléromètres et gyroscopes. Cette évolution, attestée par l’essor des publications scientifiques sur le sujet, a permis de sortir du laboratoire et de réaliser des mesures longue durée dans la vie quotidienne, les données étant transmises et stockées à distance. Pour le clinicien, l’intérêt est double : accéder non seulement à la qualité du mouvement, comme la vitesse de marche, mais aussi à sa quantité, c’est-à-dire le volume et la régularité de l’activité réelle du patient, avec des dispositifs bien moins coûteux que les plateformes de laboratoire.
Membre supérieur : objectiver l'élévation du bras dans la vie quotidienne
La première application repose sur un usage simple de l’accéléromètre, employé comme inclinomètre. La mesure d’inclinaison d’un segment corporel n’est valide que lorsque ce segment est immobile ; or la vie quotidienne offre de nombreux instants de quasi-immobilité du membre supérieur, qu’il s’agisse d’un bref retour à la position initiale après avoir saisi un objet ou d’activités plus prolongées comme se coiffer ou changer une ampoule. En capturant ces fenêtres d’immobilité, le capteur estime le niveau d’élévation atteint et la durée passée à ce niveau, transposant en continu la logique du score de Constant, qui apprécie en clinique jusqu’à quel niveau le patient peut élever son bras.
Le paramètre dérivé, normalisé par le côté sain pour disposer d’une référence intra-individuelle, fournit un indicateur fonctionnel d’élévation mesuré sur une journée entière. Appliqué dans une étude menée en collaboration avec le CHUV (Centre hospitalier universitaire vaudois) chez des patients porteurs d’une pathologie de la coiffe des rotateurs, ce score distinguait nettement la situation pré-opératoire de celle des sujets contrôles, puis ne montrait plus de différence significative à trois et six mois de l’intervention. L’intérêt pour le référent est de disposer d’un témoin objectif de récupération fonctionnelle, recueilli en conditions réelles et non lors d’un examen ponctuel au cabinet, le même principe étant désormais accessible via les capteurs intégrés aux smartphones.
Genou et membre inférieur : orientations articulaires et choix d'implant
La mesure de l’orientation articulaire repose sur la fusion des données de l’accéléromètre et du gyroscope : ni l’un ni l’autre ne suffit isolément, mais leur combinaison restitue l’orientation tridimensionnelle d’un segment. En plaçant deux capteurs sur les segments proximal et distal de part et d’autre du genou, on obtient l’orientation 3D de l’articulation et, sur un cycle de marche, les courbes de flexion-extension. Appliquée à la comparaison de deux concepts de prothèse totale de genou, à insert mobile et à insert en polyéthylène fixe, en collaboration avec un service d’orthopédie hospitalier, cette analyse a orienté l’indication selon l’âge : les inserts fixes paraissaient mieux adaptés au-delà de soixante ans, tandis que les inserts mobiles offraient une meilleure fonction quotidienne chez les patients plus jeunes.
Le même principe s’étend au pied et à l’ensemble du membre inférieur. La mesure de l’angle d’impact du pied au sol pendant la course, comparée entre le début et la fin du marathon de Genève sur des portions identiques, a montré une diminution de cet angle reflétant l’effet de la fatigue, paramètre exploitable pour le suivi de l’effort. En multipliant les capteurs, la reconstruction du mouvement 3D des différentes articulations pendant le ski a par ailleurs mis en évidence l’intérêt de réduire l’inclinaison du tronc au moment de la charge dorsale maximale, dans une logique de prévention des blessures.
Paramètres spatio-temporels et marche en double tâche : stratifier le risque de chute
L’estimation des déplacements, et non plus seulement des orientations, autorise la reconstruction de la trajectoire 3D du pied au cours de la marche. On en déduit un ensemble de paramètres spatio-temporels : vitesse de marche, longueur de la foulée, élévation du pied, asymétrie, variabilité et régularité du pas. La variabilité s’objective par le coefficient de variation, rapport de l’écart-type à la moyenne d’un paramètre exprimé en pourcentage, indicateur sensible d’une marche irrégulière d’un cycle à l’autre. Ces mesures, aujourd’hui industrialisées, transposent en routine une analyse longtemps réservée au laboratoire.
L’application au paradigme de la marche en double tâche éclaire le risque de chute du sujet âgé. La marche est normalement automatique et peu coûteuse en attention ; avec l’âge, cet automatisme se perd, si bien qu’une tâche cognitive surajoutée, comme compter à rebours, perturbe la locomotion, perturbation aggravée par une contrainte motrice comme porter un verre d’eau. Dans une étude conduite par le CHUV à Lausanne sur plus de huit cents personnes âgées, la double tâche s’accompagnait d’une baisse de la vitesse de marche et d’une augmentation de la variabilité, traduisant la valeur de ces paramètres pour estimer le risque de chute. Le même cadre s’applique au suivi des commotions cérébrales, notamment chez le hockeyeur, en couplant l’enregistrement de la voix au capteur fixé sur le tronc.
Forces de réaction au sol et suivi de la rééducation après chirurgie de hanche
Le troisième axe concerne la mesure des forces. Des semelles instrumentées de capteurs de pression, associées à des capteurs inertiels, permettent d’estimer la force de réaction au sol tridimensionnelle et la distribution de la pression plantaire en conditions ambulatoires, avec des dispositifs allégés adaptés à l’enregistrement dans la vie quotidienne. Cette instrumentation rend accessibles, hors plateforme de force, des données de chargement jusqu’ici confinées au laboratoire.
L’intérêt clinique est illustré par le suivi de patients âgés opérés d’une fracture de hanche. À l’inclusion, avant le début de la physiothérapie, l’enregistrement des forces plantaires des deux côtés sur plusieurs cycles révélait une dissymétrie marquée entre côté sain et côté pathologique. Après deux semaines de rééducation, on observait davantage de cycles de marche sur une même durée, traduisant une cadence et une vitesse accrues, ainsi qu’une réduction de la dissymétrie et une meilleure élévation du pied, signe d’un appui plus franc et d’un moindre raclement au sol. L’augmentation paradoxale de la force de réaction au sol s’expliquait par l’abandon de l’aide à la marche qui déchargeait une partie du poids du corps, le système permettant ainsi d’objectiver aussi l’appui reporté sur la canne ou le déambulateur.
Du test clinique au paramètre objectif : portée et validation des dispositifs
L’apport transversal de ces approches est de transformer des tests fonctionnels usuels en mesures objectives et reproductibles. Le principe appliqué au score de Constant s’étend à d’autres épreuves couramment utilisées par le médecin, comme le test « lève-toi et marche » chronométré, fréquent chez le sujet âgé ou le patient neurologique : l’instrumentation y ajoute, au-delà du temps total, des paramètres fins tels que la durée du pivot et la vitesse de rotation. Réalisées hors laboratoire et sur de longues durées, ces mesures ouvrent aussi des perspectives au-delà de l’orthopédie, jusqu’à l’évaluation de l’effet de traitements sur la mobilité quotidienne.
Deux conditions restent toutefois déterminantes pour le passage en pratique. D’une part la simplicité d’usage : plusieurs montages reposent sur de multiples capteurs, alors que l’adoption clinique et à domicile suppose idéalement un capteur unique, par exemple au tronc, au poignet ou au dos, ce qui requiert le recours à des modèles d’intelligence artificielle pour reconstituer l’information manquante. D’autre part la validité : une validation technique en laboratoire contre un système de référence ne suffit pas, et doit être complétée par une validation clinique adossée à une question de recherche précise, seule garante que les paramètres recueillis soient réellement exploitables au lit du patient.
Type de vidéo
Congrès Medicol
Thème de l'évènement
Nouvelles technologies - étude du mouvement - problèmes de dos
Intervenants
Partie du corps
Maladies
Année
2025
Chirurgie:
Pathologie:
Tendinites; Douleurs chroniques; Troubles liés au matériel
Thèmatique:
Prévention des blessures
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