La surveillance des athlètes est essentielle pour améliorer les performances et réduire les risques de blessures dans les sports d’équipe. Les méthodes actuelles de surveillance des athlètes n’incluent pas les extrémités inférieures. L’attachement de plusieurs unités de mesure inertielle aux extrémités inférieures pourrait améliorer la surveillance des athlètes sur le terrain.
La pratique actuelle de surveillance des athlètes dans les sports d’équipe est principalement basée sur des données de position mesurées par des systèmes de positionnement global ou locaux. L’inconvénient de ces systèmes de mesure est qu’ils n’enregistrent pas la cinématique des extrémités inférieures, ce qui pourrait être une mesure utile pour identifier les facteurs de risque de blessures. Le développement rapide de la technologie des capteurs peut surmonter les limites des systèmes de mesure actuels. Avec des unités de mesure inertielles (UNITÉS) solidement fixées aux segments du corps, des algorithmes de fusion de capteurs et un modèle biomécanique, la cinématique articulaire pourrait être estimée. Le but principal de cet article est de démontrer une configuration du capteur pour estimer la cinématique des articulations de la hanche et du genou des athlètes de sport d’équipe sur le terrain. Cinq sujets masculins (âge 22,5 ± 2,1 ans; masse corporelle 77,0 ± 3,8 kg; hauteur 184,3 ± 5,2 cm; expérience d’entraînement 15,3 ± 4,8 ans) ont effectué un sprint linéaire maximal de 30 mètres. Les angles articulaires de hanche et de genou et les vitesses angulaires ont été obtenus par cinq IMUs placés sur le bassin, les cuisses et les deux jarrets. Les angles de hanche allaient de l’extension de 195° (± 8°) à 100,5° (± 8°) et les angles de genou fléchaient de 168,6° (± 12°) flexion minimale et 62,8° (± 12°) flexion maximale. En outre, la vitesse angulaire de la hanche técait entre 802,6 °·s-1 (± 192 °·s-1) et -674,9 °·s-1 (± 130 °·s-1). La vitesse angulaire du genou 1155,9 °·s-1 (± 200 °·s-1) et -1208,2 °·s-1 (± 264 °·s-1). La configuration du capteur a été validée et pourrait fournir des informations supplémentaires en ce qui concerne la surveillance des athlètes sur le terrain. Cela peut aider les professionnels dans un cadre sportif quotidien à évaluer leurs programmes d’entraînement, dans le but de réduire les blessures et d’optimiser les performances.
Les sports d’équipe (p. ex., soccer et hockey sur gazon) se caractérisent par l’alternance de brèves actions explosives comme la course à pied ou le sprint de haute intensité, avec de plus longues périodes d’activités moins exigeantes comme la marche ou le jogging1,2,3,4,5,6. Au cours des dernières décennies, les exigences physiques du jeu ont évolué avec plus de distance parcourue à grande vitesse et le sprint, des vitesses de balle plus rapides et plus de passes7,8.
Les athlètes s’entraînent constamment dur afin de maintenir et d’améliorer leur capacité physique à résister aux exigences physiques du jeu. L’application correcte d’un stimulus d’entraînement en combination avec la récupération suffisante induit des réponses qui mènent à l’adaptation du corps humain, améliorant la forme physique et la performance9. Au contraire, un déséquilibre entre un stimulus d’entraînement et la récupération peut conduire à une fatigue prolongée et une réponse d’entraînement indésirable (mauvaiseadaptation), ce qui augmente le risque de blessures chez les athlètes professionnels et amateurs de sportd’équipe 10,11,12,13.
L’un des principaux risques accompagnés d’entraînements élevés et de stimuli d’allumette sont les blessures causées par les tensions musculaires. Les blessures par contrainte musculaire représentent plus d’un tiers de toutes les blessures dues à la perte de temps dans les sports d’équipe et causent plus d’un quart de l’absence totale de blessures, les ischio-jambiersétant les plus fréquemment impliqués 14,15,16,17. En outre, le nombre d’athlètes qui subissent une blessure aux ischio-jambiers augmentechaque année 18,19, malgré que de multiples programmes ont été introduits pour prévenir les blessures aux ischio-jambiers souche12,13,20,21. Par conséquent, cela a une influence négative du point de vue sportif22 et financier 23. Ainsi, un suivi adéquat des athlètes individuels est essentiel pour optimiser les horaires d’entraînement, minimiser les risques de blessures et optimiser les performances.
La pratique actuelle de surveillance des athlètes dans les sports d’équipe est principalement basée sur des données de position mesurées par les systèmes de positionnement locauxou mondiaux 24,25. Ces systèmes surveillent l’activité avec des mesures basées sur le GPS telles que la distance parcourue, la vitesse de fonctionnement moyenne ou les mesures basées sur l’accélérométrie telles que PlayerLoad26,27,28. Un inconvénient de ces mesures est qu’elles n’incluent pas la cinématique des extrémités inférieures. Les systèmes de mesure optoélectroniques servent d’étalon-or pour effectuer une analyse cinématique des extrémités inférieures lors d’un sprint linéaire29,30,31,32. Les inconvénients de ces systèmes sont un manque de validité écologique en raison de leur zone de mesure restreinte, de la nécessité pour un expert de faire fonctionner le système et de l’analyse de données fastidieuse. Ainsi, cette méthode n’est pas adaptée à la pratique sportive quotidienne.
Le développement rapide de la technologie des capteurs peut surmonter les limites des méthodes actuelles de surveillance des athlètes. La fiabilité récente, la miniaturisation et les possibilités de stockage de données des unités de mesure inertielle (IMU) permettent l’application sur le terrain de la technologie des capteurs. Les IMUs contiennent un accéléromètre, un gyroscope et un magnétomètre qui mesurent l’accélération, la vitesse angulaire et le champ magnétique, dans trois axes orthogonauxrespectivement 33,34. Avec des capteurs solidement fixés aux segments du corps, des algorithmes de fusion de capteurs et un modèle biomécanique, il est possible d’estimer la cinématiquearticulaire 33. L’enregistrement de la cinématique commune en combinaison avec des informations sur l’accélération des différents segments du corps peut améliorer la surveillance des athlètes dans les sports d’équipe.
En coupant la configuration du capteur IMU à un essai normalisé sur le terrain, il peut être illustré comment la cinématique des extrémités inférieures sont enregistrées lors du sprint linéaire sur le terrain, ce qui pourrait être une mesure utile pour identifier les facteurs de risque de blessures. La configuration du capteur pourrait fournir des informations supplémentaires aux mesures de surveillance actuelles que les professionnels peuvent utiliser pour optimiser les horaires de formation afin d’améliorer les performances et de minimiser les risques de blessures. Par conséquent, le but principal de cet article est de démontrer une configuration inertielle de capteur pour estimer la cinématique commune de hanche et de genou des athlètes de sport d’équipe sur le terrain.
Les méthodes actuelles de surveillance des athlètes dans les sports d’équipe n’enregistrent pas la cinématique des extrémités inférieures, ce qui pourrait être une mesure utile pour identifier les facteurs de risque de blessures. L’étalon-or pour l’analyse de la cinématique des extrémités inférieures pendant le sprint sont les systèmes de mesure optoélectroniques29,30,31,32. Bien que les systèmes de mesure optoélectroniques servent d’étalon-or, ces systèmes n’ont pas de validité écologique en raison de leur zone de mesure restreinte. La configuration du capteur présentée dans cet article surmonte les limites des systèmes de mesure actuels, et est relativement bon marché. La possibilité d’enregistrer la cinématique des extrémités inférieures sur le terrain, mesurée par la configuration du capteur, peut améliorer la pratique de surveillance des athlètes.
Études antérieures qui ont examiné la cinématique sprint29,31,37,38,39 ont rapporté des angles de hanche allant de l’extension de 210 ° à 90 ° flexion. En outre, ces études ont rapporté des angles de genou allant de 160° flexion minimale et 40° flexion maximale. Les valeurs observées dans cette étude se trouvent dans la fourchette précédemment rapportée. Une étude38 a rapporté des vitesses angulaires de hanche s’étendant de -590 °·s-1 à 700 °·s-1 et des vitesses angulaires de genou s’étendant de -1.000 °·s-1 à 1.100 °·s-1. Bien que les valeurs observées dans cette étude aient été plus élevées, elles montrent une tendance similaire au fil du temps. La méthode a été validée et pourrait être utilisée pour la surveillance des athlètes sur le terrain40.
L’étude actuelle a certaines limites qui doivent être abordées. Premièrement, outre les caractéristiques des UI qui ont été utilisées, les utilisateurs doivent être conscients que les signaux dérivés des UI sont affectés par plusieurs sources d’erreur qui limitent la gamme possible d’applications41. Premièrement, l’oscillation des tissus mous autour des os (c.-à-d. les artefacts des tissusmous 42)peut affecter l’enregistrement de la cinématique. Pour cette raison, il est important d’attacher soigneusement les UDI au corps du sujet selon les étapes décrites dans le protocole. Bien que des mesures nécessaires aient été entreprises, il convient de noter que l’étude actuelle n’incluait pas de sangles élastiques supplémentaires pour prévenir les mouvements erronés du capteur. Cela pourrait améliorer les résultats et peut être considéré comme une limitation de cette étude. Deuxièmement, les perturbations ferrrommagnétiques provenant d’autres dispositifs (principalement à l’intérieur des bâtiments) modifient l’ampleur ou la direction du vecteur de champ magnétique mesuré du magnétomètre de l’IMU, causant ainsi des erreurs dans l’orientation estimée43. Par conséquent, les sources de perturbations ferromagnétiques doivent être évitées autant que possible. En outre, il faut noter que la configuration du capteur n’est pas applicable aux plaquages coulissants puisque les capteurs se détacheront de la peau à la suite d’un contact avec la surface du sol. Ainsi, les participants devraient être invités à ne pas effectuer de plaquages coulissants pendant les petits jeux latéraux. Une solution possible pour ce problème pourrait être d’intégrer la configuration du capteur dans les vêtements intelligents (c.-à-d., un collants de capteur intelligent).
Les variables cinétiques obtenues par la configuration du capteur pourraient être utilisées dans un modèle segmental afin de surveiller les athlètes sur le terrain. Des recherches antérieures ont révélé une réduction de la flexion combinée maximale de la hanche et de l’angle d’extension du genou (c.-à-d. longueur théorique des ischio-jambiers) après chaque moitié d’une simulation de match de soccer44. Dans la même étude, une augmentation de la vitesse angulaire de tige a été observée pendant les extrémités de chaque moitié. La longueur inférieure des ischio-jambiers combinée à une vitesse accrue de la tige peut indiquer un risque accru de tension excessive aux ischio-jambiers après la fatigue. De telles altérations de la cinématique du sprint peuvent être détectées dans un environnement de champ à l’aide d’un modèle segmental piloté par unité de mesure inertielle (IMU). Outre les changements dans la cinématique articulaires, les forces qui agissent sur le corps dans son ensemble peuvent également être estimées. Les forces de réaction au sol (GRF) décrivent la charge biomécanique éprouvée par le système musculo-squelettique total, et peuvent être estimées à l’aide de la deuxième loi de mouvement de Newton (c.-à-d. F = m · a). La recherche actuelle en course à pied a utilisé l’estimation GRF pour optimiser les performances de sprint45,46 ou d’évaluer le risque de blessurespotentielles 47,48,49,50. Ces études suggèrent que les taux de chargement, les pics de force d’impact vertical et la force de rupture horizontale sont liés aux blessures musculo-squelettiques de surutilisation. Bien qu’il soit difficile d’estimer le GRF avec précision lors de mouvements spécifiques très dynamiques sportd’équipe 51,52, la possibilité de surveiller ces variables pendant les mesures sur le terrain pourrait fournir de nouvelles informations pour optimiser les performances, ou pour prévenir les blessures.
Les résultats présentés dans cet article se limitent à la surveillance de la cinématique des extrémités inférieures au cours d’un sprint linéaire, en se concentrant sur le mécanisme de blessure aux ischio-jambiers. Cependant, il convient de noter que les blessures à la hanche et à l’aine se produisent également fréquemment dans les sportsd’équipe 14,17,53,54,55. Ces blessures sont probablement causées par la participation répétitive des coups de pied et le changement de direction. Ainsi, les recherches futures devraient non seulement limiter leur concentration sur le sprint en relation avec le mécanisme de blessure aux ischio-jambiers, mais aussi se concentrer sur l’élargissement des connaissances concernant les tâches de changement de direction56 etcoups de pied 57,58,59 en relation avec les blessures à la hanche et à l’aine.
Pour conclure, cette configuration du capteur pourrait être intégrée dans les vêtements intelligents. Les vêtements intelligents peuvent permettre d’enregistrer la cinématique des extrémités inférieures sur le terrain lors de tâches spécifiques au sport d’équipe, ce qui pourrait améliorer le suivi des athlètes à l’avenir. Cela peut aider les professionnels dans un milieu sportif quotidien à évaluer leurs programmes d’entraînement et à les optimiser, dans le but de réduire le risque de blessures.
The authors have nothing to disclose.
Les auteurs aimeraient remercier les sources de financement fournies par l’organisation nationale néerlandaise de recherche (NWO). En outre, les auteurs aimeraient remercier la Royal Football Association néerlandaise (KNVB) d’avoir facilité le programme de recherche en donnant accès à leurs installations de recherche. Enfin, les auteurs aimeraient remercier Thijs Wiggers pour sa contribution au programme de recherche.
Computer software | The MathWorks, Inc., Natick, MA, USA | Matlab Version 2018b | |
Cones | Nike | n = 4 | |
Double-sided adhesive tape | For attaching IMUs on the skin | ||
Inertial Measurement Units | MPU-9150, Invensense, San Jose, California, United States | n = 5; Dimensions: 3.5 x 2.5 x 1.0 cm; Weight: 0,011 kg; Sample frequency: 500Hz; Accelerometer: ± 16 G, Gyroscope: ± 2000 °/s | |
Measuring tape | Minimal length: 30 meters | ||
Pre-tape spray | Mueller Tuffner, Mueller Sports Medicine, Inc., Wisconsin, United States | Contents: 283 g | |
Stretch Tape | Fixomull, BSN Medical, Almere, The Netherlands |