Analyse d’information tridimensionnelle issue de systèmes multi-caméras pour la détection de la chute et l’analyse de la marche

Réalisé en cotutelle avec le laboratoire M2S de Rennes 2

Reconnaissance des actions humaines à partir d'une séquence vidéo

The work done in this master's thesis, presents a new system for the recognition of human actions from a video sequence. The system uses, as input, a video sequence taken by a static camera. A binary segmentation method of the the video sequence is first achieved, by a learning algorithm, in order to detect and extract the different people from the background. To recognize an action, the system then exploits a set of prototypes generated from an MDS-based dimensionality reduction technique, from two different points of view in the video sequence. This dimensionality reduction technique, according to two different viewpoints, allows us to model each human action of the training base with a set of prototypes (supposed to be similar for each class) represented in a low dimensional non-linear space. The prototypes, extracted according to the two viewpoints, are fed to a $K$-NN classifier which allows us to identify the human action that takes place in the video sequence. The experiments of our model conducted on the Weizmann dataset of human actions provide interesting results compared to the other state-of-the art (and often more complicated) methods. These experiments show first the sensitivity of our model for each viewpoint and its effectiveness to recognize the different actions, with a variable but satisfactory recognition rate and also the results obtained by the fusion of these two points of view, which allows us to achieve a high performance recognition rate.

Métrologie de la douleur animale : validation sur des modèles de douleur viscérale bovine et articulaires canins

La douleur est une expérience multidimensionnelle comportant des aspects sensoriels, émotionnels et cognitifs. Théoriquement, des méthodes de mesures comportementales, physiologiques, neurophysiologiques et sensorielles peuvent quantifier la douleur. Peu d’études ont étudié la validation des mesures utilisées en médecine vétérinaire. La recherche combine les travaux de Maîtrise et de Doctorat, traite en partie de la validité de méthodes. Dans cet objectif, nos travaux de recherche étudiaient la validité de méthodes comportementales, physiologiques et neurophysiologiques usuelles pour la mesure de la douleur en comparant les expressions de douleur (vache et chien) chez des animaux contrôle par comparaison à des animaux sous analgésie préventive ou sous traitement curatif suivant une douleur induite par chirurgie (modèles de douleur viscérale bovine ou orthopédique canine) ou causée par une maladie naturelle (arthrose canine). Une première étude comparait les mesures de la douleur entre les vaches du groupe placebo et celles sous analgésie postopératoire sur une durée de 21 jours suivant l’induction d’une douleur viscérale chronique. Les vaches du groupe placebo ont présenté une plus forte sensibilité à la douleur et une diminution de la noradrénaline et de la transthyrétine mesurées dans le liquide cérébro-spinal, une diminution de l’activité motrice (AM) (moindre que dans les groupes avec analgésie), de l’agitation enregistrée par vidéo-analyse et une augmentation du stress selon la mesure de l’activité électrodermique (AED). Les méthodes d’intérêt identifiées étaient les marqueurs spinaux, la mesure de la sensibilisation, de comportements par vidéo-analyse et de l’AM par bio-télémétrie. En utilisant des méthodes semblables à celles précédemment décrites, deux études expérimentales de douleur orthopédique ont été réalisées afin de comparer les réponses à la douleur entre des chiens traités avec une analgésie préventive (opioïdes et anti-inflammatoires, étude #2) ou un biphosphonate (tiludronate, étude #3) par comparaison à des chiens contrôles. Seules les échelles de douleur étaient différentes entre les études de recherche. Pour l’étude #2, les ii chiens sous analgésie ont présenté de plus faibles scores de douleur mesurés avec l’échelle de douleur nommée 4A-VET et ceci simultanément à une faible réponse de l’AED une heure après la chirurgie de trochléoplastie. La fréquence du comportement spontané de ‘la marche avec plein appui de la patte opérée’ mesurée à l’aide de la vidéo-analyse augmentait chez les chiens sous analgésie préventive 24 heures après la chirurgie. L’étude #3 démontrait surtout l’apparition de sensibilisation centrale (à la fois par l’évaluation sensorielle quantitative et les marqueurs spinaux) chez les chiens contrôle, 56 jours après l’induction d’arthrose chirurgicale. Ainsi, les chiens traités avec le tiludronate ont présenté une différence sur la substance P et la transthyrétine cérébro-spinale, une diminution de la sensibilisation périphérique, plus d’appui de la patte opérée lors de la marche selon la mesure du pic de force verticale (PFV), une augmentation de la fréquence de ‘la marche avec plein appui de la patte opérée’. La sensibilisation centrale était associée à la diminution de PFV, et une augmentation de l’AED et du comportement spontané de ‘la marche avec plein appui de la patte opérée’. Pour l’étude #4, la validité et la sensibilité des méthodes ont été évaluées dans une condition d’arthrose naturelle chez des chiens traités avec une diète enrichie en moule verte, un produit ayant des effets anti-inflammatoires et chondroprotecteurs attendus. Les chiens traités présentaient une diminution des scores de douleur via l’échelle nommée CSOM, une augmentation de PFV et une augmentation de l’AM. Dans l’ensemble, les résultats confirment que la vidéo-analyse évaluait la douleur de façon objective et pour des modèles différents de douleur et les marqueurs spinaux sont prometteurs. Le PFV était spécifique de la douleur orthopédique. La sensibilisation était présente lors de douleur pathologique. L’AED n’est pas valide pour la mesure de la douleur. La baisse d’AM suggèrerait un comportement de douleur. Les études étaient exploratoires pour les échelles de douleur en raison de leur niveau (débutant) de développement et du manque d’informations sur les qualités métrologiques de ces mesures.

Évaluation clinique et biomécanique de deux différents types d’arthroplastie totale de genou

Différents dessins d’implants de prothèse totale de genou (PTG) sont utilisés en pratique clinique et chacun présente des caractéristiques biomécaniques spécifiques. Aucun implant n’a réussi à ce jour à reproduire parfaitement la biomécanique du genou naturel. Les objectifs de cette étude sont de comparer les résultats cliniques et biomécaniques tridimensionnels (3D) de deux types de PTG chez le même patient, puis de comparer la cinématique des PTG à celle d’un groupe de genoux asymptomatiques. Une cohorte de quinze patients avec un implant traditionnel dans un genou et un implant de nouvelle génération permettant un pivot dans le genou contralatéral a été étudiée. Le groupe contrôle était composé de trente-cinq genoux asymptomatiques. L’analyse de la cinématique 3D a été réalisée avec l’outil KneeKG (Emovi Inc. Canada) lors de la marche sur tapis roulant. L’évaluation clinique comprenait l’amplitude de mouvement ainsi que les questionnaires de perception articulaire, KOOS, Womac et SF-12. La comparaison de la cinématique des deux types de PTG a démontré quelques différences statistiquement significatives dans les plans sagittal et frontal alors que la comparaison des PTG et des genoux asymptomatiques a révélé plusieurs différences significatives dans les trois plans. Les scores cliniques des deux PTG ne comportaient pas de différence significative. Dans notre cohorte de patients, le design de l’implant a eu peu d’influence sur les résultats biomécaniques et cliniques. Les PTG n’ont pas reproduit une cinématique normale de genou. Beaucoup de travail et de recherche dans le développement de nouveaux implants sont encore nécessaires afin d’améliorer les résultats cliniques et de mieux reproduire la cinématique du genou naturel.

La force de réaction au sol verticale maximale comme témoin d'effets fonctionnels et structuraux chez des modèles canins d'arthrose : potentiel envers le développement thérapeutique

Les modèles animaux d’arthrose permettent d’évaluer le potentiel d’agents thérapeutiques en phase préclinique de développement. Le présent ouvrage tient compte du chien comme modèle d’arthrose naturelle (chez l’animal de compagnie) ou expérimentale (par sectionnement chirurgical du ligament croisé crânial). Au sein des expérimentations, la force de réaction au sol verticale maximale, mesurée lors de l’analyse cinétique de la locomotion, est proposée comme témoin d’effets fonctionnels et structuraux sur ces modèles d’arthrose. Sur un modèle canin d’arthrose naturelle, le seuil de changement minimal détectable a été déterminé. Les changements au dysfonctionnement locomoteur peuvent désormais être cernés en s’affranchissant de la marge d’erreur inhérente à la mesure de la force verticale maximale. Il en découle l’identification de répondants lors d’essais cliniques entrepris chez le chien arthrosique. Une analyse rétrospective a, par la suite, déterminé un taux de répondants de 62.8% et d’une taille d’effet de 0.7 pour des approches thérapeutiques actuellement proposées aux chiens arthrosiques. Cette analyse détermina également que la démonstration d’une réponse thérapeutique était favorisée en présence d’un fort dysfonctionnement locomoteur. Sur un modèle canin d’arthrose par sectionnement chirurgical du ligament croisé crânial, la force verticale maximale a démontré une relation inverse avec certains types de lésions arthrosiques évaluées à l’aide d’imagerie par résonance magnétique. Également, la sensibilité de la force verticale maximale a été mise en évidence envers la détection d’effets structuraux, au niveau de l’os sous-chondral, par un agent anti-résorptif (le tiludronate) sur ce même modèle. Les expérimentations en contexte d’arthrose naturelle canine permettent de valider davantage les résultats d’essais cliniques contrôlés utilisant la force verticale maximale comme critère d’efficacité fonctionnelle. Des évidences cliniques probantes nécessaires à la pratique d’une médecine basée sur des faits sont ainsi escomptées. En contexte d’arthrose expérimentale, la pertinence d’enregistrer le dysfonctionnement locomoteur est soulignée, puisque ce dernier est en lien avec l’état des structures. En effectuant l’analyse de la démarche, de pair avec l’évaluation des structures, il est escompté de pouvoir établir la répercussion de bénéfices structurels sur l’inconfort articulaire. Cet ouvrage suggère qu’une plateforme d’investigations précliniques, qui combine le modèle canin d’arthrose par sectionnement chirurgical du ligament croisé crânial à un essai clinique chez le chien arthrosique, soit un moyen de cerner des bénéfices structuraux ayant des impacts fonctionnels. Le potentiel inférentiel de ces modèles canins d’arthrose vers l’Homme serait ainsi favorisé en utilisant la force verticale maximale.

L’effet de la prothèse totale du genou sur la cinématique 3D : vers le développement de biomarqueurs mécaniques de la douleur

La prothèse totale du genou (PTG) est une chirurgie couramment pratiquée pour traiter les patients souffrant d’arthrose sévère du genou. Bien que cette technique chirurgicale soit efficace pour diminuer la douleur, améliorer la fonction du genou et rentable d’un point de vue socio-économique, un pourcentage non négligeable de patients n’est pas satisfait suite à la chirurgie, principalement due à une douleur persistante ou due à une perception d’avoir une mauvaise fonction articulaire, sans cause identifiée. Cependant, l’impact de cette chirurgie sur la cinématique tridimensionnelle (3D) du genou demeure mal compris. Dans le but de mieux comprendre pourquoi certains patients ressentent toujours de la douleur suite à cette chirurgie, cette étude analysera, dans un premier temps, l’effet prospectif de la chirurgie sur la cinématique 3D du genou. Puis dans un second temps, comparera la cinématique 3D de sujet souffrant de douleur à celle de sujets asymptomatiques suite à la prothèse. Pour parvenir à ces deux objectifs, deux études distinctes ont été entreprises. Une première étude prospective a porté sur l’évolution de la cinématique 3D du genou d’un groupe de 19 sujets, recrutés sur la liste d’attente pour prothèse totale du genou de deux chirurgiens du CHUM, hôpital Notre-Dame, puis la cinématique a été comparée avec un groupe contrôle de 17 sujets avec des genoux sains. Une seconde étude a comparé la cinématique 3D de 20 sujets souffrant de douleur post-PTG avec 20 sujets avec des genoux asymptomatiques suite à leur chirurgie. La première étude a permis de montrer que la cinématique dans le plan frontal suite à la prothèse totale du genou était corrigée vers celle des sujets sains. Contrairement à celle mesurée dans les autres plans (sagittal et axial) qui, malgré de petites corrections, demeure différente de la cinématique des sujets sains. La seconde étude a permis d’identifier un marqueur biomécanique de la douleur chez les sujets souffrant de douleur post-PTG. Effectivement, contrairement aux sujets asymptomatiques, suite à leur chirurgie, les patients souffrants de douleur marchent avec une contracture en flexion plus importante tout au long de la phase d’appui. Les résultats de ces deux études tendent à montrer que la prothèse totale du genou modifie la cinématique 3D du genou, sans toutefois redevenir semblable à celle d’un genou normal. De plus, certains marqueurs biomécaniques peuvent être associés à de la douleur suite à la chirurgie. Une meilleure compréhension de l’impact de la PTG sur la cinématique 3D du genou permettra d’offrir de meilleurs traitements en préparation et après la chirurgie et pourrait mener à de nouveaux designs de prothèses.

Impacto de las cirugías múltiples, en un solo tiempo quirúrgico, sobre el patrón de marcha en niños con parálisis cerebral

Introducción: La Parálisis Cerebral (PC) es la enfermedad neurológica más incapacitante en niños, su historia natural tiende al deterioro motor y funcional. Con este estudio se busca establecer sí las cirugías múltiples de miembros inferiores, en un tiempo quirúrgico, mantienen el nivel motor y funcional. Material y Método: Estudio analítico de cohortes. Se compara un grupo de pacientes sometidos a cirugías múltiples contra un grupo de pacientes no operados, en el Instituto de Ortopedia Infantil Roosevelt. Se evaluaron los pacientes con dos Laboratorios para el Análisis del Movimiento (LAM) y se midieron los desenlaces mediante el cambio en la puntuación del perfil de marcha (GPS) y el nivel funcional motor grueso (GMFCS). Resultados: 109 pacientes cumplieron con los criterios de selección, 67 pacientes fueron sometidos a cirugía y 42 pacientes no. Los pacientes operados mejoraron el GPS promedio (diferencia -1,94; p=0,002) comparado con los pacientes no operados (diferencia 1,74; p=0,001), indicando una mejoría significativa de la cinemática de la marcha. En un modelo de regresión logística predictivo, el paciente que es operado tiene una probabilidad del 78% de mantener su patrón de marcha, mientras que sí no se opera su probabilidad disminuye al 37%. El nivel funcional motor GMFCS no mostró cambios significativos entre los grupos. Discusión: Las cirugías múltiples de miembros inferiores mantienen de manera significativa el patrón de marcha en pacientes con PC. Se destaca el seguimiento de los pacientes mediante el LAM y se sugiere el uso del GPS para valorar resultados en este tipo de pacientes.

Estudo comparativo da marcha de indivíduos hemiparéticos no solo e na esteira

The purpose of the study was to compare hemiparetic gait overground and on the treadmill. Seventeen chronic stroke patients were included in the study. They walked overground and on a treadmill level at the same speed. The Qualisys Medical AB motion analysis system was used to quantify the joint kinematic of the paretic lower limb and the spatio-temporal parameters on the two conditions: overground walking and treadmill walking on three samples of 5-minutes. During the first sample, the subjects walked on the treadmill with greater cadence, shorter stride length, shorter step time on the lower paretic limb, greater range of motion in the hip and knee, greater knee flexion at the initial contact, more extension of the knee and lower dorsiflexion of the ankle at the stance phase. It is important to emphasize that the maximal knee flexion and ankle dorsiflexion just occurred later on the treadmill. Comparisons between each walking sample on the treadmill hadn t revealed any changes on the gait parameters over time. Nonetheless, when analyzing the third walking sample on the treadmill and overground, some variables showed equivalence as such as the total range of motion of the hip, the knee angle at the initial contact and its maximal extension at the stance phase. In summary, walking on a treadmill, even thought having some influence on the familiarization process, haven t demonstrated a complete change in its characteristics of hemiparetic chronic patients

Efeitos da inclinação da esteira na marcha de crianças com síndrome de down

Background: Down syndrome (DS) is a genetic alteration characterized by being a nonprogressive congenital encephalopathy. Children with DS have hypotonia and developmental delays that interfere in the movement`s acquisition for these children. Objective: Analyze the effects of treadmill inclination on angle and spatiotemporal gait characteristics of these individuals. Methodology: We studied 23 subjects of both sexes, with ages ranged between 05 and 11 years, they presented ability to walk on level 5 classified according to the Functional Ambulation Category (FAC). Initially held a subjective evaluation of balance through a questionnaire (Berg Balance Scale-BBS) then the kinematic gait analysis was realized on a treadmill first, without inclination and then, with inclination of 10%, using the motion system analysis Qualisys System. Data analysis was done using BioStat 5.0 attributing significance level of 5%. Normality of data was verified using D'Agostino test and later was applied paired t-test to compare data in two experimental conditions. Results: There was a statistically significant difference in the spatiotemporal variables: reduction in the cadence (from 108.92 ± 39.07 to 99.11 ± 27.51, p <0.04), increase in cycle time (from 1.24 ± 0.27 to 1.36 ± 0.34, p = 0.03 ) and increase in time to take stock (from 0.77 ± 0.15 to 0.82 ± 0.18, p <0.001). Angular variables that showed statistically significant increasing were: the hip in the initial contact (12.23 ± 4.63 to 18.49 ± 5.17, p <0.0001) and max. flexion in balance (12.96±4:32 to 19.50 ± 4.51, p <0.0001 ), knee in the initial contact (15.59 to ± 6.71 to 21.63 ± 6.48, p <0.0001), the ankle in the initial contact (-2.79 ± 9.8 to 2.25 ± 8.79, p <0.0001), max dorsiflexion in stance (4.41 ± 10.07 to 7.13 ± 11.58, p <0.0009), maximum plantar flexion in the pre-assessment of the ankle joint (increase of -6.33 ± 8.77 to -2.69 ± 8.62, p <0.0004).Conclusions: The inclination acts in a positive way for angular and spatiotemporal features gait of children with Down syndrome, demonstrating possible benefit of using this surface in the gait rehabilitation of children with Down Syndrome

Relação da potência aeróbica máxima e da força muscular com a economia de corrida em atletas de endurance

The objective of this study was to analyze the relationship of maximal aerobic power and the muscular strength (maximal isotonic strength and vertical jump explosive power) with the running economy (RE) in endurance athletes. Twenty-six male runners (27.9 ± 6.4 years; 62.7 ± 4.3 kg; 168.6 ± 6.1 cm; 6.6 ± 3.1% of body fat) performed in different days the following tests: a) incremental test to determine the maximal oxygen uptake (V̇O2max) and the intensity corresponding to the V̇O2max (IV̇O2max); b) constant-velocity treadmill run to determine RE; c) 1-RM test in the leg press and; d) maximal vertical jump test (VJ). V̇O2max (63.8 ± 8.3 ml/kg/min) was significantly correlated (r = 0.63; p < 0.05) with RE (48.0 ± 6.6 ml/kg/min). However, the IV̇O2max (18.7 ± 1.1 km/h), the maximal isotonic strength (230.3 ± 41.2 kg) and the VJ (30.8 ± 3.8 cm) were not significantly correlated with RE. One concludes that the maximal aerobic power can explain in part the inter-individual RE variability in endurance athletes. However, maximal isotonic strength and explosive strength seem not to be associated with RE values observed in this group of athletes.

Fusion of fingerprint recognition methods for robust human identification

Biometrics is one of the biggest tendencies in human identification. The fingerprint is the most widely used biometric. However considering the automatic fingerprint recognition a completely solved problem is a common mistake. The most popular and extensively used methods, the minutiae-based, do not perform well on poor-quality images and when just a small area of overlap between the template and the query images exists. The use of multibiometrics is considered one of the keys to overcome the weakness and improve the accuracy of biometrics systems. This paper presents the fusion of a minutiae-based and a ridge-based fingerprint recognition method at rank, decision and score level. The fusion techniques implemented leaded to a reduction of the Equal Error Rate by 31.78% (from 4.09% to 2.79%) and a decreasing of 6 positions in the rank to reach a Correct Retrieval (from rank 8 to 2) when assessed in the FVC2002-DB1A database. © 2008 IEEE.

Efeito de um treinamento de FNP sobre variáveis biomecânicas em idosos caidores

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Avaliação a longo prazo da técnica de avanço da tuberosidade tibial modificada em cães

Pós-graduação em Cirurgia Veterinária - FCAV

Avaliação da dor crônica e locomoção de cães com displasia coxofemoral submetidos à acupuntura

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Análise da locomoção e estudos por imagens em porcos com sindactilia

Pós-graduação em Biotecnologia Animal - FMVZ