Techniques d’analyse des mouvements en vidéo au ralenti en 2D

Introduction(edit | edit source)

Le dépistage et l’évaluation sont importants dans tout modèle de soins médicaux et, en physiothérapie, cela implique l’analyse des patrons de mouvement.⁽¹⁾ L’analyse du mouvement humain est d’un grand intérêt pour la performance, la prévention des blessures et la récupération optimale après une blessure ou un traumatisme.^{(2) (3)} La plupart des études publiées sur la cinématique humaine ont utilisé des systèmes d’analyse du mouvement en trois dimensions (3D) qui sont coûteux, prennent du temps et ne sont généralement pas disponibles dans la pratique clinique.⁽⁴⁾ Avec les progrès technologiques, des solutions plus rentables sont disponibles pour évaluer le corps humain et la formation d’images bidimensionnelles (2D) est devenue une solution de rechange aux systèmes 3D coûteux.^{(2) (5)} L’analyse de vidéos en 2D est devenue populaire dans la pratique clinique car elle ne nécessite qu’une caméra vidéo numérique et un logiciel de numérisation, qui sont universellement disponibles, raisonnablement bon marché et le plus souvent portables.^{(6) (7)} L’analyse vidéo implique « l’observation et l’interprétation systématiques d’une vidéo afin d’améliorer l’objectivité et de réduire les biais et la subjectivité inhérents à l’observation humaine. »⁽⁸⁾

Windt et al ⁽⁹⁾ ont proposé un cadre décisionnel clinique comprenant quatre questions cliniques à prendre en compte avant d’investir dans une nouvelle technologie, dont deux ont trouvé une réponse dans la discussion précédente sur les avantages de l’analyse des mouvements en vidéo au ralenti en 2D :

1. Les informations promises par la nouvelle technologie seront-elles utiles ? Réponse : Elle présente de nombreux avantages et indications et s’avère utile dans les relations avec les patients.
2. Pouvez-vous faire confiance aux informations qu’elle fournit ? Réponse : Oui, on peut lui faire confiance.
3. Pouvez-vous intégrer, gérer et analyser efficacement ces nouvelles informations ?
4. Pouvez-vous mettre en œuvre cette nouvelle technologie dans votre pratique ?

Les questions trois et quatre de ce cadre seront examinées dans cette page, en mettant l’accent sur les questions suivantes :

• le « comment » des techniques d’enregistrement, d’analyse, de stockage et de récupération des données vidéo afin d’améliorer la validité et la fiabilité de l’analyse des déficiences de mouvement au ralenti;
• l’identification des points de référence clés utiles pour décrire le mouvement lors de l’analyse des mouvements en vidéo au ralenti en 2D.

Cette approche de l’analyse des mouvements en vidéo au ralenti en 2D est basée sur les cadres utilisés pour les radiographies/imagerie diagnostique avec les étapes génériques suivantes :

• enregistrer l’image;
• analyser l’image;
• stocker et recupérer les données.

Préparation(edit | edit source)

La première étape de la préparation en vue de l’enregistrement consiste à expliquer au patient l’objectif/la nécessité de la prise d’images/vidéos et à obtenir son consentement. ^{(10) (11)}

« La façon dont vous bougez contribue à votre douleur. J’aimerais analyser votre façon de bouger à l’aide d’une analyse des mouvements au ralenti en vidéo. » « Je vois quelque chose dans votre façon de bouger que j’aimerais vous montrer par le biais d’une image ou d’une vidéo. »

La planification de la séance d’enregistrement implique de nombreux facteurs, notamment : ⁽¹⁰⁾

• la mise en scène (en tenant compte du respect de la vie privée);
• l’arrière-plan de l’image, y compris l’éclairage;
• la distance entre la caméra et le patient;
• le choix de la caméra;
• les vues à obtenir;
• les mouvements qui provoquent la douleur et/ou qui sont déviés;
• détermination de l’objectif final de la vidéo (par exemple, capturer les mouvements du patient lorsqu’il ressent de la douleur).

Considérations relatives à l’équipement et configuration ( edit | edit source )

1. Choisir une caméra

• Caméra numérique traditionnelle et standard

• Téléphone intelligent

• Tablette (avantage : écran plus grand pour montrer la vidéo au patient)

2. Choisir l’orientation du téléphone intelligent ou de la tablette

• Paysage (généralement considéré comme la meilleure option)

• Portrait

3. Fixer la caméra sur un trépied stable ou la tenir dans la main (la caméra doit être stable) ⁽¹¹⁾

4. Maximiser la distance entre la caméra et le sujet – « suffisamment loin » ⁽¹²⁾

5. Maximiser la taille de l’image ⁽¹¹⁾

6. Ajouter une « grille » à l’écran

7. Aligner l’axe optique de la caméra perpendiculairement (à un angle de 90°) au plan du mouvement (être perpendiculaire au mouvement et loin du sujet) ⁽¹²⁾

8. Tenir compte de l’erreur de parallaxe

Lors d’une analyse vidéo, certaines procédures doivent être soigneusement suivies afin de minimiser les erreurs systématiques et aléatoires.⁽¹¹⁾ Avec l’analyse 2D, le mouvement analysé doit être limité à un seul plan prédéfini – le plan de mouvement. Toute mesure de mouvement en dehors de ce plan est susceptible d’être faussée par une erreur de perspective ou de parallaxe.⁽¹¹⁾

La parallaxe est « un déplacement ou une différence dans la position apparente d’un objet vu selon deux lignes visuelles différentes » ⁽¹³⁾ et est causée par l’observation d’une personne sous un angle oblique lorsqu’elle passe dans le champ de la caméra.⁽⁶⁾ La parallaxe de la caméra se produit également lorsque l’objectif et le viseur/l’écran ne sont pas au même endroit sur la caméra.^{(10) (13)} Cela crée l’effet que la position ou la direction d’un objet semble être différente lorsque vue à partir de différentes positions (vue à travers le viseur par rapport à l’objectif de la caméra). La parallaxe est surtout présente lorsque les objets/personnes sont proches de la caméra et devient relativement insignifiante à plus grande distance. ^{(13) (14)}
Pour éviter les erreurs de parallaxe lorsque l’on filme : ⁽¹⁰⁾

• Ne mesurer les angles et les déplacements linéaires que lorsque le patient est perpendiculaire à l’objectif de la caméra (mouvements sagittaux/de vue latérale) ^{(4) (15)}
• La caméra peut être fixée pendant que le patient se déplace vers l’avant puis qu’il revient en tournant à 180° (vue antéro-postérieure) – obtenir au moins 2 vues

• Le patient et la caméra peuvent se déplacer en même temps, ce qui nécessite l’utilisation d’un « stabilisateur gimbal » (« gimbal stabiliser ») pour garder la caméra stable et éviter les secousses

• Mise en scène d’un déplacement triangulaire où la caméra est fixe et où le patient tourne des angles de 60°
  • Le patient court/marche d’un point A à un point B pendant que nous filmons son côté droit
  • Une fois au point B, le patient tourne à 180° et nous filmons son côté gauche
  • Une fois de retour au point A, le patient pivote de 60° et court directement vers la caméra (point C), permettant d’avoir une vue de face
  • Lorsqu’il est proche de la caméra, le patient pivote de 60° et court vers le point B, permettant d’avoir une vue de dos
  • Il faut répéter cette séquence un nombre suffisant de fois pour obtenir un bon taux d’échantillonnage.
• L’obtention d’au moins deux vues quand on filme améliore la précision.^{(3) (4)(15)}
  • vue antérieure-postérieure
  • vue latérale droite
  • vue latérale gauche
• Placer la caméra « suffisamment loin » du patient filmé ⁽¹²⁾

9. S’assurer que l’éclairage du patient est optimal ^{(10) (11)}

• La source de lumière doit se trouver derrière la caméra
• Lorsque l’enregistrement se fait à l’intérieur, les fenêtres et les lumières doivent être derrière la caméra
• Lorsque l’enregistrement se fait à l’extérieur, il faut s’assurer que le soleil est derrière la caméra et filmer dans un endroit à l’ombre pour faciliter le visionnement immédiat de la vidéo
• Les plafonniers avec fluorescents peuvent être insuffisants si on filme la nuit et un éclairage supplémentaire nécessaire pour une meilleure exposition
• Il faut éviter d’enregistrer à l’extérieur au crépuscule ou à l’aube, car il est difficile d’obtenir un bon éclairage
• Un éclairage plus important est nécessaire lorsque l’enregistrement se fait à des fréquences d’images supérieures à 30 ips ou au ralenti

10. Sélectionner une fréquence d’images appropriée et décider si l’enregistrement doit se faire à vitesse normale ou au ralenti ^{(10) (11)}

Le nombre d’images par seconde (ips) est une mesure de la manière dont les vidéos animées sont affichées. Chaque image est une image fixe. Si une vidéo est enregistrée et visionnée à 30 ips, chaque seconde de la vidéo montre 30 images fixes distinctes (donc 30 images par seconde). Plus le nombre d’images par seconde est élevé, plus le mouvement semble fluide. Les téléphones intelligents et tablettes standards enregistrent généralement à 30 images par seconde, ce qui est généralement suffisant pour la marche normale et les interactions habituelles avec le patient. ⁽¹⁾ Les activités à grande vitesse comme la course ou les activités sportives nécessitent des fréquences d’images plus élevées (60 fps ou plus). ^{(10) (11) (16)}

Les enregistrements peuvent être effectués à vitesse normale (30 ips) et visionnés au ralenti (à 60 ips) ou en mode ralenti à une fréquence d’images plus élevée (100 ips) et visionnés au ralenti.

Enregistrement à vitesse normale :

• Nécessite moins d’espace de stockage

• Nécessite moins de lumière
• Nécessite une fonction de lecture vidéo au ralenti pour donner une rétroaction immédiate au patient

Enregistrement au ralenti :

• Prend plus d’espace de stockage
• Nécessite plus de lumière
• Nécessite l’utilisation d’un trépied
• Facile à partager en temps réel avec le patient pour lui donner une rétroaction immédiate

⁽¹⁷⁾

11. Visualiser les principaux points de repère sur le corps ^{(10) (11)} – s’assurer que les points de repère du corps pertinents pour l’analyse sont bien exposés et sont clairement visibles.

• Exposer la ligne de ceinture
• Exposer le pli cutané poplité à l’arrière du genou
• Pour les membres supérieurs, exposer T1, les scapulas et les coudes.

Enregistrement de l’image ou de la vidéo ( edit | edit source )

Une pratique avant l’enregistrement permet au patient de se familiariser avec les mouvements à enregistrer et au clinicien de pratiquer les indications verbales à donner au patient. Après la pratique, capturer l’enregistrement en veillant à ce que l’objectif final soit atteint. Il est important d’obtenir un échantillonnage suffisant pour compenser l’effet de parallaxe.⁽¹⁰⁾

Il faut procéder à un visionnement et à une analyse préliminaires de l’enregistrement vidéo avec le patient pour s’assurer que la vidéo a bien été enregistrée et qu’il n’y a pas d’erreur de vidéographie. Il faut rassurer le patient qu’il ne s’agit que d’un visionnement préliminaire et qu’une analyse approfondie sera effectuée après la visite et que les résultats seront communiqués lors de la visite suivante. L’analyse initiale peut être effectuée à l’aide de la fonction de lecture vidéo standard tout en incorporant la fonction « scrubbing » disponible sur la plupart des téléphones intelligents et tablettes. Le « scrubbing » consiste à ajuster la vitesse de lecture à l’aide du point/bouton de la barre de défilement et permet d’effectuer une première analyse au ralenti.

Utilisation de la fonction « scrubbing » : ⁽¹⁰⁾

• Pendant la lecture de la vidéo, appuyer sur le point/bouton de la barre de défilement et le maintenir enfoncé, puis le faire glisser vers la gauche ou la droite pour avancer ou reculer à une vitesse lente ou rapide.
• Pour modifier la vitesse de « scrubbing », faites glisser votre doigt vers le haut/bas sur la barre de défilement tout en maintenant le point enfoncé.
• L’affichage change pour indiquer la vitesse du « scrubbing ». Les options comprennent la valeur par défaut, ½ vitesse, ¼ vitesse et « Fine ».

Applications logicielles de montage vidéo ( edit | edit source )

L’analyse des mouvements en vidéo peut aussi être réalisée à l’aide d’un logiciel de montage vidéo qui permet également d’autres fonctions. Lors du choix d’un logiciel de montage vidéo, les fonctions ou caractéristiques recherchées pour effectuer une analyse des mouvements au ralenti sont : ⁽¹⁰⁾

• possibilité d’analyse image par image et de capture d’images fixes ^{(7) (18)}
• fonction d’écran partagé
• fonction de dessin de ligne
• fonction zoom (outil loupe) dans le logiciel
• possibilité de conversion du format de fichier d’un système d’exploitation à l’autre (Windows, iOS, Android)

Parmi les nombreux logiciels d’édition vidéo disponibles, « Kinovea » (logiciel libre) et « Slow Motion Video Function » sont particulièrement utiles (voir l’image ci-dessous). ^{(1) (4) (10)}

Analyse initiale de la vidéo ( edit | edit source )

Il est utile de procéder à une analyse initiale avec le patient en temps réel, tout en s’efforçant de l’impliquer en lui posant des questions qui stimulent la réflexion. Il faut garder à l’esprit le principe « pause, demande, félicitations » lorsque l’on partage la vidéo avec le patient.⁽¹⁰⁾

• Pause – « Que voyez-vous ? »
• Demande – Encourager le patient en posant des questions qui stimulent la réflexion
  • « Voyez-vous… ? »
  • « Que pensez-vous pouvoir changer ? »
  • « Quelles idées avez-vous pour modifier votre façon de marcher/courir ?
  • « À quel point est-ce important ? »
• Félicitations – Donner une rétroaction positive même lorsque des faiblesses/problèmes ont été identifiés

Amélioration de la fiabilité de l’analyse ( edit | edit source )

La deuxième question posée par Windt et al ⁽⁹⁾ est la suivante : « Pouvez-vous faire confiance aux informations que la nouvelle technologie fournit ? » Les facteurs suivants contribuent à améliorer la fiabilité de l’analyse vidéo : ⁽¹⁰⁾

1. Élaborer un système de flux de travail cohérent, complet et systématique. ^{(1) (15)}

• Observer et analyser de la tête aux pieds
• Observer les côtés droit et gauche du corps
• Observer le côté non impliqué (en supposant qu’il est moins dévié)
• Observer le côté impliqué

2. Définir un point ou un moment standard où le mouvement est observé et mesuré.

• Lorsque le patient/l’image est à angle droit par rapport à la caméra
• Lorsque la douleur est provoquée, par exemple pendant la phase d’appui
• Lorsque le patient est suffisamment fatigué
• Lorsque le patient se déplace suffisamment vite
• Lorsque le mouvement dévié se produit

3. Utiliser des processus d’amélioration de la qualité – les données vidéo permettent des observations et des analyses répétées des mouvements sans fatiguer le patient ou générer des douleurs/blessures supplémentaires, ce qui permet au clinicien de déterminer la fiabilité de l’analyse. Les processus d’amélioration de la qualité comprennent :

• Autoréflexion
• Révision par les pairs – Révision des vidéo entre cliniciens
• Observations répétées des vidéos à différents moments par un même praticien

4. Être conscient de l’influence des biais de confirmation – nos biais de confirmation peuvent affecter notre perception des images. Le partage d’images et de vidéos avec des pairs permet d’éviter les biais de confirmation du clinicien, ce qui ne serait pas possible sans le partage avec ses pairs. L’image ci-dessous illustre les différences de perception, certaines personnes voyant un canard et d’autres un lapin.⁽¹⁰⁾

Considérations relatives au chargement et au transfert de données vidéo ( edit | edit source )

Voici quelques facteurs à prendre en compte pour le téléchargement et le transfert des données vidéo enregistrées :

• Le matériel nécessaire pour transférer les données de l’appareil photo vers le stockage – câble USB/emplacement pour carte sur l’ordinateur/adaptateur USB de la carte/Wi-Fi
• Les applications logicielles pour le transfert de la vidéo d’un téléphone intelligent vers le dossier médical électronique du patient ⁽¹⁹⁾ – émergence d’applications dédiées à l’imagerie clinique :
  • WABA Medical Pics
  • Secure Image Transfer
  • Clinical Uploader
  • PicSafe

Considérations relatives au stockage et à la récupération des données vidéo ( edit | edit source )

Après l’enregistrement de l’image et l’analyse initiale, il est important de mettre en place un moyen de stocker et de récupérer le fichier vidéo, comme c’est le cas pour les radiographies. Les facteurs à prendre en compte comprennent : ⁽¹⁰⁾

• Où les conserver ? Dans le nuage informatique, sur un disque dur, ou peut-être même les deux
• En cas d’utilisation d’une caméra personnelle, stocker le fichier dans un dossier distinct de celui des photos et vidéos personnelles
• Il est nécessaire d’assurer la confidentialité, la sécurité, le cryptage et la protection par mot de passe des données stockées ⁽¹⁹⁾
• Renommer le fichier vidéo en utilisant le numéro de dossier médical du patient plutôt que le numéro de fichier attribué et préciser la date de l’enregistrement
• Les logiciels de montage vidéo permettent également de mettre des mots-clés comme étiquette : activité, diagnostic, vue, mouvement original préféré, mouvement modifié par l’intervention, autres informations
• Stocker les données vidéo brutes et les données relatives à la narration des interprétations de l’analyse
• Utiliser les processus de rognage – supprimer ou conserver le son, redimensionner les images
• Mettre en place un processus de sauvegarde systématique

⁽²⁰⁾

Références(edit | edit source)