ForceDecks : Analyse de force couplée au feedback vidéo en rééducation (rupture du LCA)

Article rédigé par Antoine Fréchaud et Nathan Touati

Article sponsorisé 

Le ligament croisé antérieur (LCA) est un ligament formé d'un matériau fibreux solide, placé au centre de l’articulation du genou. Le rôle du LCA est de stabiliser le genou lors de changements de direction, de position, de vitesse, d'accélération, de sauts, etc. La plupart des lésions du LCA surviennent en même temps que des lésions d'autres structures du genou, telles que le cartilage articulaire, le ménisque ou d'autres ligaments.

Les mécanismes d'une blessure au LCA sont classés en contact direct, contact indirect et sans contact, parmi lesquels les blessures sans contact sont les plus courantes et sont causées par des forces générées dans le corps de l'athlète. Une action de « side-cutting manoeuver », qui est un terme anglais pour définir un changement rapide de direction ou de vitesse avec le pied fermement planté dans le sol, est un mécanisme courant qui provoque la déchirure du LCA. Les lésions du LCA ont également été liées à des mouvements de décélération rapide, d’atterrissage après un saut, de pivots, et d’impact direct sur l'avant du tibia. De nombreuses études ont montré que les athlètes féminines avaient une plus grande incidence de lésions du LCA que les athlètes masculins, en raison de différences d'entraînement physique, de force musculaire et de contrôle neuromusculaire. D'autres explications possibles incluent les variations anatomiques du bassin et des membres inférieurs, la laxité des ligaments et l'influence des œstrogènes sur les caractéristiques des ligaments. La biomécanique et l’analyse des forces d’impact sont donc des éléments clés de la cinématique des lésions du LCA à prendre en compte pour prévenir l’incidence des ruptures et/ou éviter le risque de récidives, c’est pourquoi VALD Performance a développé les plateformes ForceDecks, issues d’une collaboration avec les Dr. Cohen et Graham-Smith.  

L’intérêt de l’analyse de force : ForceDecks par VALD Performance

L’analyse des forces d’impact au sol par les plateformes ForceDecks de VALD Performance est un atout très pertinent dans le processus de rééducation actuel. En effet, cela facilite la détection et la correction de schémas neuromusculaires altérés, notamment après une reconstruction du ligament croisé antérieur. Immédiatement après une rupture du LCA, le sportif est confronté d’un point de vue athlétique à des asymétries biomécaniques multiplanaires (sagittal, frontal et coronal)  , et d’un point de vue psychologique à la perte d'une saison dans son sport, à la connaissance d’une longue et difficile rééducation à venir dans les prochains mois, et à une éventuelle baisse de performance à la reprise du sport. Près des deux tiers des athlètes ne retrouvent pas leur niveau d'avant la blessure un an après la reconstruction duLCA  . En effet, Read et al. (2020) ont constaté des différences significatives (3,8cm) de détente lors de la réalisation de sauts de contre-mouvement (CMJ), test fonctionnel représentatif de la performance sur le terrain. Plus précisément, seuls 65 % des athlètes retrouvent le niveau de sport d'avant la blessure avec un suivi moyen de près de 3,5 ans malgré la récupération d'une fonction normale du genou. De plus, sept ans après la reconstruction du LCA, seuls 36 % pratiquaient encore leur sport d'origine. De plus, pour ceux qui reprennent leur niveau d'activité précédent, le risque d'une deuxième lésion du LCA au genou ipsilatéral ou controlatéral en raison d'une force et d'une fonction musculaire réduites peut atteindre 29 %.

La biomécanique altérée de l'atterrissage à la suite d’un saut comprenant l'augmentation de la force de réaction verticale au sol (vGRF pour « Vertical Ground Reaction Force » en anglais), la diminution de la flexion de la hanche et du genou et l'augmentation de l'abduction et de la rotation interne du genou, conduisant collectivement à un « valgus du genou » dynamique, a été associée à un risque important de seconde lésion du LCA. Ce valgus dynamique est aujourd’hui identifiable de manière objective grâce à Vision, le logiciel de VALD associé aux ForceDecks. Ces composants biomécaniques du risque de blessure du deuxième LCA peuvent être efficacement traités avec un entraînement neuromusculaire ciblé avant une participation sportive sans restriction.

Comment fonctionnent les ForceDecks ?

Les ForceDecks utilisent des capteurs pour mesurer ces forces avec une résistance, une capacité et une précision (1000hz)   de haute qualité. Les types de capteurs les plus couramment utilisés dans cette application sont appelés « cellules de charge à jauge de contrainte », qui sont donc utilisés dans les plateformes  ForceDecks.

Les plateformes mesurent cette force selon la troisième loi du mouvement de Newton : chaque action produit une réaction égale et opposée. Dans ce contexte, cette réaction est spécifiquement appelée « force de réaction au sol » (GRF pour Ground Reaction Force en anglais) . Nous retrouvons donc des données spécifiques à la compréhension de la biomécanique après rupture du LCA. Les plateformes ForceDecks mesurent les données sur l'axe vertical (v) et génèrent une sortie brute des membres gauche et droit (vGRF), qui est additionnée pour générer une force verticale totalesur laquelle l'accélération, la vitesse et les dérivées sont ensuite calculées.

Ces données sont transmises à un ordinateur ou une tablette qui sont ensuite utilisées pour analyser les performances et caractéristiques du mouvement réalisé. Dans le cas de ForceDecks, des algorithmes sont utilisés pour analyser automatiquement ces données brutes et déterminer les phases clés et les mesures de performance au cours d’exécution de mouvements scientifiquement validés tels que le contre-mouvement Jump (CMJ), Drop Jump (DJ) et Isometric Mid-Thigh Pull (IMTP), (parmi beaucoup d'autres telles que les mesures des déplacements du centre de pression, équilibre, etc.).

À leur tour, ces données peuvent être utilisées par les praticiens pour évaluer les effets de l’entraînement et les adaptations engendrées de manière rapide, précise et efficace.

Les ForceDecks enregistrent donc des données brutes de séries chronologiques, c’est-à-dire par rapport au temps pour chacune de ces métriques, qui à leur tour sont utilisées pour dériver des phases de mouvement clé et des points temporels :

• Début du mouvement ;
• Phase excentrique ;
• Phase de freinage ;
• Phase de décélération ;
• Phase concentrique ;
• Décollage;
• Un atterrissage; et
• Fin de mouvement. 

Grâce au logiciel Vision évoqué précédemment, ces phases de mouvements peuvent être observées au ralenti « frame by frame » pour une meilleure analyse.

En effet, lors du test détecté automatiquement ou sélectionné au préalable dans l’application ForceDecks, un enregistrement vidéo en direct peut être effectué et fournit un découpage de chaque phase de mouvement (phase excentrique ici à titre d’exemple) permettant au professionnel d’analyser les stratégies de mouvement calquées sur le rapport de force généré par les plateformes.   

Que ce soit dans le cadre de la rééducation, de la prévention primaire ou secondaire, l’analyse que permettent les ForceDecks fournit une donnée objective au thérapeute pour développer son traitement et/ou programme de préventionmais également dans le cadre d’une prise de décision concernant un retour au sport. Mais les ForceDecks ne s’arrêtent pas qu’à la fourniture de courbes mathématiques :  le signal de force avec ses variations représente les différences entre le côté gauche et le côté droit aboutissant à une courbe, mais grâce à l’application disponible sur iPad, le test réalisé sur les plateformes (ex, CMJ) peut être filmé et la vidéo synchronisée ce qui permet d’analyser le comportement des articulations durant le mouvement et de visionner différentes phases du test en question.

Les données peuvent ensuite être exportées en un clic dans le VALD HUB, un espace de stockage des résultats des tests effectués pour avoir un suivi sur l’évolution des performances du patient/sportif.

Le CMJ, un indicateur pertinent de la fonction du genou en cas de reconstruction du LCA

Le saut en contre-mouvement (CMJ) est l'un des tests les plus populaires pour évaluer la puissance musculaire des membres inférieurs d'un athlète. La performance au CMJ d'un athlète est pertinente dans une variété de sports et généralement quantifiée par la hauteur de saut ou le temps passé en l’air, qui ont été considérés comme des indicateurs de la performance de saut vertical et utilisé pour mesurer les adaptations d'entraînement et surveiller la fatigue neuromusculaire.

D’autres tests réalisables sur les ForceDecks tels que le Single Leg vertical Jump et le Single Leg Drop Jump se sont avérés être de très bons indicateurs lors de l’évaluation du retour au sport. Les différences de hauteur de saut entre le groupe ayant subi une reconstruction du LCA et le groupe contrôle sont représentatives d’une biomécanique altérée. On retrouve également des altérations du cycle étirement-raccourcissement des muscles des membres inférieurs.

Les variables analysées et les asymétries spécifiques au CMJ dérivées des données de temps de force de réaction verticale au sol ne sont pas spécifiques à l'articulation du genou en elle-même, mais sont donc considérées comme cliniquement pertinentes en raison des associations avec les déficits cinétiques du genou et sa fonction post reconstruction du LCA. Alors que des asymétries significatives sont observées dans les trois phases du CMJ bilatéral suite à la reconstruction du LCA et à d'autres blessures des membres inférieurs, celles des phases de décélération excentriquedu CMJ (contrer la vitesse négative pendant la phase descendante) et d'atterrissage (absorption de la charge d'impact), sont caractérisées comme des stratégies compensatoires sont particulièrement persistantes et préoccupantes. Après rupture du LCA, elles sont associées à une fonction du genou diminuée. Ces asymétries sont cependant rapportées comme étant plus faibles après les autogreffes du tendon semi-tendineux-gracile que les autogreffes du tendon rotulien.

Sur l’image ci-dessus nous voyons donc la réalisation d’un CMJ :

Le graphique :

En abscisse : le temps en secondes

En ordonnées : la force en N (masse x accélération)

Les phases :

1 : Phase de préparation

1-> 2 : Nous retrouvons ici la phase excentrique : la descente du CMJ

2->3 : Phase concentrique : Saut  

3 : Phase de vol

4 : Atterrissage : Nous retrouvons ici le Peak Landing Force, soit la force maximale appliquée aux articulations.

5 : Phase finale 

Les courbes:

Courbe grise : Poids du sujet en N. Les variations de cette courbe sont dues aux mouvements réalisés contre la gravité

Courbe bleue : Jambe gauche.

Courbe orange : Jambe droite

Interprétation : Les écarts entre les courbes orange et bleues représentent les différences d’absorption des impacts entre le côté gauche et droit. Au moment du Peak Landing Force (PLF), la courbe grise passe de 1000N au départ à 5000N au moment du PLF ce qui signifie que le sujet subit 5x le poids de son corps sur ses articulations. Si des écarts de courbes sont trop importants entre la courbe orange et bleue, cela signifie que des compensations ont lieu. La vidéo permet ensuite d’analyse précisément le comportement des articulations sur chaque phase du CMJ pour tenter de comprendre la biomécanique du mouvement.

Conclusion

Les ForceDecks permettent à tout kinésithérapeute ou scientifique dans le monde du sport d’analyser simplement des mouvements représentatifs du risque de blessure. Peu encombrantes et faciles d’utilisation, les ForceDecks proposent une optimisation de la rééducation grâce à des mesures objectives qui peuvent aider à la prise de décision du professionnel sans nécessiter une grande structure d’analyse biomécanique. Les résultats collectés sont ensuite utilisés afin de générer des rapports longitudinaux pour le suivi des patients. Ainsi, avec ForceDecks Vision, VALD pose les bases de la première étape avant d’avoir des algorithmes de détection et de suivi d’amplitude articulaire pour avoir à la fois un rapport sur l’amplitude de mouvement et la force appliquée qui jusqu’à présent était inaccessible de manière interactive.

Si vous souhaitez plus d’informations, n’hésitez pas à contacter VALD Performance à cette adresse mail :info@valdperformance.com et à visiter leur site web : valdperformance.com 

Tout le contenu de cet article est présenté à titre informatif. Il ne remplace en aucun cas l’avis ou la visite d’un professionnel de santé.

Sources :

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