Étude sur la coordination du bassin et des membres inférieurs chez les patients ayant subi un AVC à l’aide de la capture de mouvement vidéo par smartphone

Contexte académique

L’accident vasculaire cérébral (AVC) est l’une des maladies avec les taux d’incidence, d’invalidité et de mortalité les plus élevés dans le monde, avec jusqu’à 15 millions de nouveaux cas chaque année. Parmi eux, 20 % à 30 % des patients victimes d’un AVC développent une démarche hémiplégique (hemiplegic gait), qui est l’une des conséquences fonctionnelles les plus graves après un AVC. La démarche hémiplégique affecte non seulement la capacité de marche des patients, mais augmente également le risque de chute, ce qui nuit gravement à leur qualité de vie. L’analyse traditionnelle de la démarche se concentre généralement sur les paramètres spatiotemporels et la cinématique articulaire des membres inférieurs, mais ces paramètres discrets ne peuvent souvent pas révéler pleinement les mécanismes sous-jacents aux anomalies de la démarche chez les patients ayant subi un AVC. La coordination entre le bassin et les membres inférieurs (intersegment coordination) joue un rôle clé dans le maintien de la stabilité, de l’équilibre et de la propulsion lors de la marche, cependant, peu d’études ont été menées sur ce sujet.

Actuellement, l’évaluation de la coordination entre le bassin et les membres inférieurs repose généralement sur des systèmes de capture de mouvement basés sur des marqueurs réfléchissants coûteux (reflective marker-based motion capture), ce qui limite leur application clinique généralisée. Avec le développement technologique, la capture de mouvement sans marqueurs (markerless motion capture) basée sur des vidéos de smartphones offre une alternative pratique, économique et portable pour l’analyse de la démarche. Cette étude vise à utiliser la technologie de capture vidéo par smartphone, combinée à la cartographie paramétrique statistique (Statistical Parametric Mapping, SPM) et à l’analyse de la phase relative continue (Continuous Relative Phase, CRP), pour explorer en profondeur les caractéristiques de coordination et de cinématique du bassin et des membres inférieurs chez les patients ayant subi un AVC, fournissant ainsi de nouveaux outils d’évaluation et stratégies d’intervention pour la rééducation clinique.

Source de l’article

Cette recherche a été réalisée conjointement par Yinghu Peng, Wei Wang, Yangkang Zeng, Zhenxian Chen, Hai Li et Guanglin Li, issus respectivement de l’Institut des Technologies Avancées de Shenzhen de l’Académie Chinoise des Sciences (Shenzhen Institutes of Advanced Technology, CAS), du Laboratoire de Neuro-rééducation du Département de Médecine de Rééducation de l’Hôpital de Shenzhen de l’Université Médicale du Sud (Neurorehabilitation Laboratory, Department of Rehabilitation Medicine, Shenzhen Hospital, Southern Medical University) et de l’École de Génie Mécanique de l’Université Chang’an (School of Mechanical Engineering, Chang’an University). L’article a été publié en 2025 dans la revue IEEE Transactions on Biomedical Engineering.

Processus de recherche

1. Informations sur les participants

L’étude a recruté 17 patients hospitalisés ayant subi un AVC (âge moyen de 49,9 ans) et 20 sujets témoins sains appariés en âge (âge moyen de 49,4 ans). Les critères d’inclusion incluaient : âge compris entre 18 et 65 ans, absence d’obésité (IMC < 30 kg/m²), hémiparésie unilatérale (hémorragique ou ischémique), capacité à marcher indépendamment sur 10 mètres, et un score de Brunnstrom ≥ 4. Les critères d’exclusion comprenaient : incapacité à comprendre les instructions, présence d’autres troubles mentaux ou maladies neurologiques systémiques, et dysfonctionnement sévère d’organes vitaux.

2. Équipements et processus expérimental

L’étude a utilisé deux iPhone (iPhone 11 et 12 mini) pour collecter les données de mouvement. L’expérience a été divisée en plusieurs étapes :
1) Calibrage des caméras : Utilisation d’un damier pour calibrer la position des caméras, et traitement des données vidéo via l’algorithme OpenPose.
2) Essai statique : Collecte des données statiques des participants pour créer un modèle musculo-squelettique personnalisé.
3) Essai dynamique : Utilisation de l’application web OpenCap pour trianguler les positions synchronisées des points clés 2D des vidéos et estimer les positions de 43 marqueurs anatomiques à l’aide d’un réseau LSTM entraîné sur un ensemble de données de capture de mouvement public.

3. Traitement des données et calcul de la cinématique articulaire

Le logiciel open source OpenSim a été utilisé pour estimer la cinématique articulaire. Le traitement des données incluait :
1) Mise à l’échelle personnalisée : Création d’un modèle musculo-squelettique personnalisé en fonction de la taille et des données d’essai statique des participants.
2) Cinématique inverse : Calcul des angles articulaires du bassin et des membres inférieurs à partir des trajectoires des marqueurs pendant les essais de marche, et normalisation du cycle de marche à 100 %.

4. Analyse de la coordination intersegmentaire

La méthode d’analyse de la phase relative continue (CRP) a été utilisée pour évaluer la coordination entre le bassin et les membres inférieurs. L’étude a analysé les CRP de cinq paires de segments : bassin-cuisse (plan sagittal, plan frontal et plan transversal), cuisse-jambe (plan sagittal) et jambe-pied (plan sagittal). Le calcul du CRP était basé sur la transformée de Hilbert et la différence des angles de phase, et analysé via la cartographie paramétrique statistique (SPM).

Résultats principaux

1. Coordination intersegmentaire

L’étude a révélé que les courbes CRP bassin-cuisse dans le plan frontal présentaient des différences significatives tout au long du cycle de marche (p < 0,001). Le groupe contrôle montrait un CRP cuisse-jambe significativement plus élevé que les côtés hémiplégiques et non hémiplégiques pendant la phase oscillante (65 %-91 %). Le CRP jambe-pied présentait également des différences significatives en milieu de stance (13 %-29 %) et en milieu de phase oscillante (57 %-68 %).

2. Cinématique du bassin

La plage de mouvement (ROM) de l’inclinaison latérale du bassin (list) était significativement plus élevée dans le groupe contrôle que chez les patients ayant subi un AVC (p < 0,001). Pendant les phases précoces et moyennes du cycle de marche (2 %-35 %), les valeurs d’inclinaison latérale du bassin étaient significativement plus faibles dans le groupe contrôle que chez les patients ayant subi un AVC, tandis qu’elles étaient significativement plus élevées en fin de stance et début de phase oscillante (47 %-71 %).

3. Cinématique des articulations des membres inférieurs

La plage de mouvement en flexion-extension de la hanche était significativement plus faible du côté hémiplégique que dans le groupe contrôle et du côté non hémiplégique (p = 0,001). L’angle maximal de flexion du genou était significativement plus faible du côté hémiplégique que dans le groupe contrôle et du côté non hémiplégique (p < 0,001). L’angle de dorsiflexion de la cheville était significativement plus faible en milieu de stance dans le groupe contrôle et du côté non hémiplégique.

Conclusion de l’étude

Cette étude a évalué de manière complète les caractéristiques de coordination et de cinématique du bassin et des membres inférieurs chez les patients ayant subi un AVC en utilisant la technologie de capture vidéo par smartphone, combinée aux méthodes SPM et CRP. Les résultats montrent que les côtés hémiplégiques et non hémiplégiques présentent des différences significatives dans la coordination du bassin et des membres inférieurs, qui peuvent être liées à des troubles musculaires (comme la spasticité et la faiblesse musculaire). Les résultats fournissent de nouveaux outils d’évaluation pour la rééducation clinique et offrent une base scientifique pour des stratégies d’intervention ciblées (comme la réduction de la spasticité et le renforcement musculaire).

Points forts de l’étude

1. Innovation technologique : Première utilisation de la technologie de capture vidéo par smartphone pour évaluer la coordination du bassin et des membres inférieurs chez les patients ayant subi un AVC, offrant une solution pratique et économique pour l’analyse de la démarche en clinique.
   
2. Innovation méthodologique : Combinaison des méthodes SPM et CRP pour une évaluation complète des données temporelles tout au long du cycle de marche, révélant les mécanismes sous-jacents aux anomalies de la démarche chez les patients ayant subi un AVC.
   
3. Valeur clinique : Les résultats fournissent de nouveaux indicateurs d’évaluation et stratégies d’intervention pour le traitement de la rééducation des patients ayant subi un AVC, contribuant à optimiser la mécanique de la démarche et à améliorer les résultats fonctionnels.
   

Autres informations utiles

L’étude souligne également des directions futures pour la recherche, telles que l’inclusion de patients avec des scores de Brunnstrom plus faibles, l’évaluation de davantage de paramètres musculaires, et la prise en compte de facteurs tels que l’IMC, le sexe et l’âge dans l’impact sur la démarche. De plus, l’étude discute des limitations de la technologie OpenCap, comme les erreurs d’identification des points clés articulaires dans les mouvements dynamiques et complexes, ainsi que l’impact de l’éclairage et des vêtements sur la précision des mesures.

Cette recherche fournit non seulement de nouveaux moyens techniques pour analyser la démarche des patients ayant subi un AVC, mais aussi des bases scientifiques importantes pour le traitement de la rééducation clinique, avec une valeur académique et des perspectives d’application clinique significatives.