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Faisabilité de la mesure de la cinématique 3D du genou à l'aide de capteurs inertiels

Fauconnier, Perrine (2013). Faisabilité de la mesure de la cinématique 3D du genou à l'aide de capteurs inertiels. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

La mesure de la cinématique 3D du genou est un outil intéressant pour une meilleure compréhension de sa fonction et de l’évolution de certaines pathologies, comme la gonarthrose. Cette évaluation a aujourd’hui surtout lieu en laboratoire, avec différents outils de capture du mouvement, souvent onéreux. Un système ambulatoire à faible coût pouvant être utilisé lors d’examens clinique de routine serait d’un grand bénéfice. Pour ce faire, l’utilisation de capteurs inertiels semble être une alternative très intéressante par rapport aux outils traditionnels.

Le but de cette étude est d’évaluer la faisabilité de la mesure des angles 3D du genou avec deux unités inertielles (IMU), chacune composée d’un accéléromètre 3D et d’un gyromètre 3D. La méthodologie utilisée pour un tel calcul se déroule en trois étapes : premièrement, déterminer l’orientation d’une IMU dans un repère global, sous forme de quaternion, à partir de sa vitesse angulaire, et en corriger la dérive en utilisant l’accélération ; deuxièmement, déterminer l’orientation relative de deux IMUs en se servant d’un mouvement de circumduction de la jambe pour la procédure d’alignement ; enfin, établir une méthode de calibration qui permet de suivre au mieux les conventions de l’ISB (International Society of iomecanichs) pour décrire les angles au genou.

Le travail de validation a permis d’évaluer la precision de chaque étape de la méthode, et de souligner celles qui sont clés pour son amélioration. En effet, les résultats sont encourageants, mais leur precision n’égale pas encore celle de la méthode de référence.

Résumé traduit

Three dimensional knee kinematics are an interesting tool to gain a better understanding of this joint’s function and of the evolution of pathologies like osteoarthritis. Nowadays this evaluation takes places mostly in labs, using often expensive motion capture systems. A low cost ambulatory tool which could be used for routine clinical exams would be very beneficial. In order to produce such a tool, the use of inertial sensors seems to be a very interesting alternative to traditional systems.

The aim of this study is to evaluate the feasability of measuring 3D knee angles using two inertial motion units (IMU), each containing one 3D accelerometer and one 3D gyrometer. The methodology used to calculate these angles is divided into the three following steps : first, we have to compute the orientation of a single IMU and express it in a global coordinate system, using only the acceleration and angular rate data given by the IMU. Secondly, we have to compute the relative orientation of two IMUs, using a movement of circumduction of the leg for the alignment procedure. Finally, we have to establish a calibration method that allows us to follow as close as possible the recommandations of the International Society of Biomechnics for the description of knee joint angles.

The validation process allowed us to evaluate the precision of each step of the method, and to underline those that are key to its refinement. Indeed, the results are encouraging but their precision is not yet equal to that of the reference method.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie, concentration technologies de la santé". Bibliographie : pages 71-72.
Mots-clés libres: Genou. Cinématique. Capteurs de déplacement. Accéléromètres. Gyroscopes optiques. 3D, capteur, capture, IMU, inertiel, mouvement, quaternion
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Aissaoui, Rachid
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Hagemeister, Nicola
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 29 nov. 2013 18:50
Dernière modification: 08 mars 2017 22:40
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1226

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