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Utilisation de capteurs inertiels pour l'analyse du mouvement du genou : faisabilité et choix méthodologiques

Blouin, Joanie (2016). Utilisation de capteurs inertiels pour l'analyse du mouvement du genou : faisabilité et choix méthodologiques. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

L’analyse du mouvement est grandement utilisée en biomécanique. Celle-ci se fait généralement en utilisant des systèmes optoélectroniques qui mesurent très précisément le déplacement de marqueurs placés sur le membre inférieur. Toutefois, leur coût élevé et la difficulté à les utiliser dans un contexte ambulatoire ou clinique incitent les chercheurs à se tourner vers les capteurs inertiels. Ces derniers sont de plus en plus abordables et leur précision et leur stabilité de mesure se sont améliorées d’année en année. Malgré cet engouement, aucune étude ne permet à ce jour d’évaluer de façon précise les angles au genou en mouvement. En effet, la perturbation magnétique affectant les magnétomètres ou encore la dérive du signal du gyroscope lorsque le magnétomètre est ignoré affectent grandement les données de cinétique. Le but de ce projet est donc d’évaluer la faisabilité de l’utilisation de capteurs inertiels incorporant le magnétomètre dans l’analyse du mouvement du genou. Pour ce faire, le mouvement obtenu par les capteurs APDM est comparé à celui détecté par la référence VICON en utilisant la notion de l’axe hélicoïdal. Ensuite, un calibrage technique est appliqué aux signaux obtenus par les deux systèmes et les angles au genou sont calculés pour des essais de squat. Les résultats ont révélé que la méthode de calibrage choisie était peu répétable pour le tibia. De plus, les angles calculés au genou présentent des différences supérieures à 50o relativement à la référence VICON pour deux essais sur trois de squat. D’ailleurs, des analyses supplémentaires ont permis de constater que les quaternions calculés par APDM étaient erronés. Toutefois, des investigations sont requises afin de comprendre les causes de ces erreurs.

Titre traduit

Inertial sensor use in knee movement analysis : feasibility and methodological choices

Résumé traduit

Motion analysis is often used to understand the knee joint biomechanics. This is mostly achieved using optoelectronic systems that precisely measure the displacement of lower-body reflective markers. However, their high cost and the necessity of a dedicated environment lead to more and more researchers using inertial sensors. Inertial sensors are indeed more affordable than optoelectronic systems and have increased their accuracy and stability over the years. Despite this infatuation, there still are no studies that show a precise 3D knee angle calculation during motion. This lack of accuracy is caused by magnetic disturbances that occur when inertial sensors composed of magnetometers are used. However, in the absence of magnetometers, a drift in the gyroscopes’ integrated signals also causes accuracy loss. This project’s goal is to assess the feasibility of inertial sensors including magnetometers in knee movement analysis. In order to achieve this, the movement detected by the inertial sensors (APDM) and the reference (VICON) is first compared using the rotation angle around the helical axis. Afterwards, the inertial and optical signals are calibrated and the knee angles are calculated during three squat trials. Results showed low repeatability for the chosen calibration method, mostly for the tibia. Moreover, differences greater than 50o for the knee angles were calculated between the inertial and optical systems for two trials out of three. Besides, subsequent analysis helped us understand that APDM inertial sensors provided erroneous quaternions for those two trials. However, further studies are required to understand what could be the cause of these quaternion calculation errors.

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 technologies de la santé". Bibliographie : pages 71-73.
Mots-clés libres: Capteurs de déplacement. Genou Mouvements. Cinématique. Magnétomètres. Capteurs de déplacement Étalonnage. capteur, inertiel, angles, calibrage
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Hagemeister, Nicola
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Aissaoui, Rachid
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 03 août 2016 18:57
Dernière modification: 17 nov. 2016 20:43
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1701

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