Brevet FR3052654A1 — publié le 20171222

Procédé d'estimation de l'orientation relative entre tibia et fémur DOMAINE TECHNIQUE GENERAL La présente invention concerne le domaine de la navigation appliquée à des fins médicales. Plus précisément, elle concerne un procédé d'estimation de l'orientation relative entre un tibia et un fémur d'un membre inférieur d'un patient. ETAT DE L'ART Le genou est une articulation fortement sollicitée du corps humain qui subit malheureusement souvent des lésions ligamentaires du fait de la pratique du sport comme de la vie de tous les jours. En particulier, la détérioration des ligaments croisés ou collatéraux est une cause fréquente d'intervention ligamentaire du genou. Parallèlement à cela, l'arthrose et la surcharge pondérale sont des facteurs prépondérants dans l'usure de l'articulation du genou. Cette usure peut aboutir au remplacement de l'articulation par la mise en place d'une prothèse (arthroplastie). Ainsi, la chirurgie orthopédique est par exemple utilisée pour la pose d'une prothèse de genou, partielle ou totale, ou une opération de reconstruction ou de remplacement ligamentaire. Chacune de ces opérations, mais aussi leur planification (diagnostic préopératoire) ou leur vérification postérieure (consultation postopératoire) nécessite l'examen de la mobilité du genou. Si les praticiens ont fréquemment recours à des tests courants (en particulier les tests du Lachman ou du Pivot-Shift) lorsqu'il s'agit d'estimer notamment l'état des ligaments croisés, il a été remarqué que les diagnostics reposant sur ces tests sont fortement subjectifs. A moins de standardiser les manipulations de Lachman et de Pivot-Shift, en décrivant des protocoles directifs ou grâce à des systèmes motorisés pour contrôler les profils de force et de couple appliqués, la réduction de la disparité 3052654 2 inter-opérateur du diagnostic ligamentaire passe par la quantification des résultats aux tests à l'aide de variables pertinentes. Similairement, lors d'une pose de prothèse en chirurgie, des coupes du tibia et du fémur doivent être réalisées dans des plans bien déterminés afin 5 d'adapter l'os à la forme de la prothèse. Ainsi, il apparait nécessaire de déterminer un certain nombre de paramètres morphologiques du membre inférieur (tels que des positions de points anatomiques de référence) et de connaître l'orientation relative entre le tibia 11a 10 et le fémur llb du membre inférieur 10 d'un patient 1. Celle-ci est caractérisée par trois angles anatomiques, dénommés respectivement Flexion (flex), Varus (var) et Rotation (rot). Les repères anatomiques d'un membre inférieur 10 gauche sont ainsi illustrés par la figure la. Pour le membre inférieur gauche, ils se définissent (voir figure lb) comme 15 les angles permettant de passer du repère fémoral au repère tibial par la chaîne suivante: - rotation de l'angle 180° + flex autour de l'axe médiolatéralyf du repère fémoral (xpyp zf), créant ainsi un premier repère intermédiaire (x1, z1); - rotation de - var autour de l'axe z1 du premier repère intermédiaire, créant 20 ainsi un second repère intermédiaire (x2, y2, z2); - rotation de - rot autour de l'axe x2 du second repère intermédiaire, aboutissant sur le repère tibial (xt, yt, zt). On comprendra que des repères symétriques peuvent être construits pour le membre inférieur droit. 25 Dans le cadre de cette approche, des études ont été menées afin d'analyser le mouvement relatif du tibia par rapport au fémur. Ces études peuvent utiliser des capteurs magnétiques, des capteurs inertiels ou bien des traqueurs optiques. 30 Cependant, aucune d'elles ne permet l'identification de repères propres aux os, ce qui implique que les données sont interprétées dans un repère dépendant de l'installation des instrumentations. 3052654 3 Dans le domaine de la chirurgie, des produits tels que Smart Perseus d'OrthoKey, KneeAlign d'OrthoAlign ou iAssist de Zimmer permettent de guider les coupes fémorales. KneeAlign et iAssist permettent également de guider les coupes tibiales. Tous trois identifient les axes mécaniques à l'aide de capteurs 5 inertiels: gyromètres pour Smart Perseus, accéléromètres pour KneeAlign et iAssist. Cependant, aucun de ces produits ne permet de vérifier tous les angles anatomiques après l'opération (ni même avant), d'où la nécessité de les obtenir par une radiographie du membre inférieur complet 10 Il serait ainsi souhaitable de disposer d'une méthode fiable, efficace et objectivement reproductible permettant d'obtenir directement : - les repères tibial et fémoral d'un membre inférieur, permettant notamment de guider la coupe lors d'une résection du tibia et/ou du fémur ; 15 - leur orientation relative dans une position de référence, typiquement le membre en hyper-extension, ce sans qu'il soit nécessaire de procéder à une radiographie de vérification ; - leur orientation relative au cours de divers tests de consultation, permettant notamment de reconstruire des informations de mouvement du membre du 20 patient dans les axes anatomiques: o L'évolution des angles anatomiques du genou (flexion, varus, rotation) ; o La vitesse angulaire du tibia relativement au fémur ; o L'accélération angulaire du tibia relativement au fémur ; o L'accélération linéaire du tibia ; 25 o L'accélération linéaire du fémur ; o L'accélération linéaire de translation relative entre le tibia et le fémur. PRESENTATION DE L'INVENTION 30 La présente invention se rapporte ainsi selon un premier aspect à un procédé d'estimation de l'orientation relative entre un tibia et un fémur d'un membre inférieur d'une personne pendant un mouvement de travail dudit membre 3052654 4 inférieur à partir d'une position initiale, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend des étapes de : (a) Pendant au moins un mouvement de référence dudit membre inférieur à partir d'une position de référence présentant une même orientation relative 5 entre le tibia et le fémur que la position initiale, acquisition par des premiers moyens de mesure inertielle solidaires du tibia dudit membre inférieur d'une accélération de référence et d'une vitesse angulaire de référence dudit tibia, et acquisition par des deuxièmes moyens de mesure inertielle solidaires du fémur d'une accélération de référence et d'une vitesse 10 angulaire de référence dudit fémur ; (b) Estimation par des moyens de traitement de données d'une pluralité de paramètres morphologiques dudit membre inférieur, en fonction desdites accélérations de référence et vitesses angulaires de référence mesurées ; (c) Détermination par les moyens de traitement de données d'une orientation 15 relative dans ladite position initiale entre lesdits tibia et fémur, en fonction desdits paramètres morphologiques dudit membre inférieur estimés ; (d) Pendant ledit mouvement de travail dudit membre inférieur à partir de la position initiale, acquisition par les premiers moyens de mesure inertielle d'une vitesse angulaire de travail dudit tibia, et acquisition par les 20 deuxièmes moyens de mesure inertielle d'une vitesse angulaire de travail dudit fémur ; (e) Estimation par les moyens de traitement de données de l'orientation relative entre lesdits tibia et fémur en fonction desdites vitesses angulaires de travail mesurées, et de ladite orientation relative dans ladite position 25 initiale entre lesdits tibia et fémur. Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives : - l'étape (c) comprend la détermination à partir des paramètres morphologiques : 30 - d'une orientation relative entre les premiers moyens de mesure inertielle et le tibia ; - d'une orientation relative entre les deuxièmes moyens de mesure inertielle et le fémur ; 3052654 5 - d'une orientation relative dans ladite position initiale entre les premiers moyens de mesure inertielle et les deuxièmes moyens de mesure inertielle; à partir desquelles est exprimée ladite orientation relative dans ladite position initiale entre lesdits tibia et fémur ; 5 - l'étape (e) comprend la détermination de la variation d'orientation relative des premiers moyens de mesure inertielle par rapport à la position initiale, et de la détermination de la variation d'orientation relative des deuxième moyens de mesure inertielle par rapport à la position initiale, l'orientation relative entre lesdits tibia et fémur étant données par l'équation 10 P - t->f(t) = - P bf->f Pbf°->bf(t)Pbt°->bf°Pbt->bt°(t)Pt->bt ; - ladite pluralité de paramètres morphologiques estimés comprend la position du centre d'un genou du membre inférieur, la position du centre d'une hanche du membre inférieur, la position du centre d'une cheville du membre inférieur, la direction inter-malléolaire de la cheville du membre inférieur, et la direction 15 moyenne de rotation du tibia par rapport au fémur au cours d'un mouvement de flexion ; - l'étape (a) est mise en oeuvre pour au moins un mouvement de référence comprenant la palpation du membre inférieur par un outil de sorte à estimer via ladite palpation la position du centre d'un genou du membre inférieur et/ou la 20 position du centre d'une cheville du membre inférieur ; - ladite pluralité de paramètres morphologiques estimés comprend également l'axe mécanique du fémur, l'axe médiolatéral du fémur, l'axe antéropostérieur du fémur, l'axe mécanique du tibia, l'axe médiolatéral du tibia, l'axe antéropostérieur du tibia, estimés dans l'étape (b) à partir desdites position 25 du centre du genou du membre inférieur, position du centre de la hanche du membre inférieur, position du centre de la cheville du membre inférieur, direction inter-malléolaire de la cheville du membre inférieur, et direction moyenne de rotation du tibia par rapport au fémur au cours d'un mouvement de flexion. - l'orientation relative entre les premiers moyens de mesure inertielle et le tibia 30 est déterminée à partir desdits axe mécanique du tibia, axe médiolatéral du tibia et axe antéropostérieur du tibia ; 3052654 6 - l'orientation relative entre les deuxièmes moyens de mesure inertielle et le fémur est déterminée à partir desdits axe mécanique du fémur, axe médiolatéral du fémur et axe antéropostérieur du fémur ; - le procédé comprend la mise en oeuvre de l'étape (a) pour une pluralité de 5 mouvements de référence dont au moins : - un mouvement circulaire du membre inférieur maintenu rigide tel que l'orientation entre le tibia et le fémur est en permanence identique à celle dans la position initiale, la hanche étant maintenue immobile ; - un mouvement circulaire d'une jambe du membre inférieur, le genou étant 10 maintenu immobile ; - un mouvement de flexion du membre inférieur. - ladite orientation relative dans ladite position initiale entre les premiers moyens de mesure inertielle et les deuxièmes moyens de mesure inertielle est déterminée par résolution du problème de Wahba lors dudit mouvement circulaire 15 du membre inférieur maintenu rigide ; - la position du centre d'un genou du membre inférieur et/ou la position du centre d'une hanche du membre inférieur est estimée à l'étape (b) comme le centre de rotation des premiers et/ou des deuxièmes moyens de mesure inertielle au cours d'un desdits mouvements circulaires en résolvant aux moindres carrés 20 une équation liant lesdites accélérations de référence et vitesses angulaires de référence mesurées ; Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un équipement d'estimation de l'orientation relative entre un tibia et un fémur d'un membre 25 inférieur d'une personne pendant un mouvement de travail dudit membre inférieur à partir d'une position initiale, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de traitement de données configurés pour mettre en oeuvre : - un premier module de réception, pendant au moins un mouvement de référence dudit membre inférieur à partir d'une position de référence 30 présentant une même orientation relative entre le tibia et le fémur que la position initiale, d'une accélération de référence et d'une vitesse angulaire de référence dudit tibia acquises par des premiers moyens de mesure inertielle solidaires du tibia dudit membre inférieur, et d'une accélération de 3052654 7 référence et d'une vitesse angulaire de référence dudit fémur acquises par des deuxièmes moyens de mesure inertielle solidaires du fémur ; - Un premier module d'estimation d'une pluralité de paramètres morphologiques dudit membre inférieur, en fonction desdites accélérations 5 de référence et vitesses angulaires de référence mesurées ; - un module de détermination d'une orientation relative dans ladite position initiale entre lesdits tibia et fémur, en fonction desdits paramètres morphologiques dudit membre inférieur estimés ; - un deuxième module de réception, pendant ledit mouvement de travail 10 dudit membre inférieur à partir de la position initiale, d'une vitesse angulaire de travail dudit tibia acquise par les premiers moyens de mesure inertielle, et d'une vitesse angulaire de travail dudit fémur acquise par les deuxièmes moyens de mesure inertielle ; - Un deuxième module d'estimation de l'orientation relative entre lesdits tibia 15 et fémur en fonction desdites vitesses angulaires de travail mesurées, et de ladite orientation relative dans ladite position initiale entre lesdits tibia et fémur. Selon d'autres caractéristiques avantageuses et non limitatives : 20 - L'équipement est un boitier comprenant les premiers ou les deuxièmes moyens de mesure inertielle ; - L'équipement est un terminal mobile ou un serveur, adapté pour communiquer avec un premier boitier comprenant les premiers moyens de mesure inertielle et un deuxième boitier comprenant les deuxièmes moyens de 25 mesure inertielle. Selon un troisième aspect, l'invention concerne un système comprenant l'équipement selon le deuxième aspect de l'invention et au moins un premier et un deuxième boitier en connexion. 30 Selon un quatrième et un cinquième aspect, l'invention concerne un produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code pour l'exécution d'un procédé d'estimation de l'orientation relative entre un tibia et un fémur d'un 3052654 8 membre inférieur d'une personne selon le premier aspect de l'invention ; et un moyen de stockage lisible par un équipement informatique sur lequel un produit programme d'ordinateur comprend des instructions de code pour l'exécution d'un procédé d'estimation de l'orientation relative entre un tibia et un fémur d'un 5 membre inférieur d'une personne selon le premier aspect de l'invention. PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention 10 apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation préférentiel. Cette description sera donnée en référence aux dessins annexés dans lesquels : - les figures 1 a-1b représentent des repères tibial et fémoral utilisables dans le procédé selon l'invention ; 15 - la figure 2 est un schéma d'équipements pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; - La figure 3 représente plus en détail un exemple de boitier pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; - La figure 4a représente un exemple de pince de palpation pour la mise en 20 oeuvre d'une mode de réalisation préféré du procédé selon l'invention ; - les figures 4b-4c représentent deux étapes d'un mouvement de référence utilisant la pince de palpation selon la figure 4a. DESCRIPTION DETAILLEE 25 Architecture En référence à la figure 2, le présent procédé permet l'estimation de l'orientation relative entre un tibia 11 a et un fémur 11 b d'un membre inférieur 10 30 (i.e. une « jambe » dans le langage courant, même si comme on le verra plus bas cette appellation est impropre, une jambe désignant anatomiquement « la jambe inférieure », c'est-à-dire la partie entre la cheville et le genou 12) d'une personne 1. Le piéton présente au moins ce membre inférieur 10 équipée de premiers et 3052654 9 deuxièmes moyens de mesure inertielle 20a, 20b. On comprendra que chacun des deux membres inférieurs 10 du piéton 1 peut être équipé de ces moyens de mesure inertielle 20a, 20b. Plus précisément, les premiers moyens de mesure inertielle 20a sont 5 solidaires du tibia 11 a de ce membre inférieur 10, et les deuxièmes moyens de mesure inertielle 20b sont solidaires du fémur llb de ce membre inférieur 10. En d'autres termes, dans un cas comme dans l'autre, ils présentent un mouvement sensiblement identique dans le référentiel terrestre, on verra comment plus loin. En pratique, les premiers moyens de mesure inertielle 20a sont attachés à 10 la jambe, c'est-à-dire comme expliqué la moitié basse du membre 10 qui s'étend entre la cheville et le genou 12 (ils sont ainsi considérés solidaire du tibia 11 a), et les deuxièmes moyens de mesure inertielle 20b sont attachés à la cuisse, c'est-à-dire la moitié haute du membre 10 qui s'étend entre la hanche et le genou 12 (et ils sont ainsi considérés solidaires du fémur 11b). 15 Dans un cas comme dans l'autre, les moyens de mesure inertielle 20a, 20b (comme l'on verra les deux moyens 20a et 20b sont avantageusement identiques) sont préférentiellement ceux d'un boitier 2a, 2b (similairement, les deux boitiers 2a et 2b hébergeant respectivement les moyens 20a et 20b sont 20 avantageusement identiques) tel que représenté sur la figure 3 présentant des moyens 23 d'attache au membre inférieur 10. Ces moyens d'attache 23 consistent par exemple en un bracelet par exemple à bande autoagrippante qui enserre le membre et permet la liaison solidaire. Comme l'on verra plus tard, il est en effet souhaitable que les moyens de mesure inertielle 20a, 20bne puissent pas 25 se déplacer le long du membre 10, ni tourner autour. Par convention, le premier boitier 2a sera appelé boitier tibial (bt), et le deuxième boitier 2b sera appelé boitier fémoral (bf). Le repère dit de boitier fémoral Rb f. est associé au deuxième boitier 2b (i.e. aux deuxièmes moyens de mesure inertielle 20b), le repère dit de boitier tibial Rbt 30 est associé au premier boitier 2a (i.e. aux premiers moyens de mesure inertielle 20a), le repère RI est associé au fémur f, et le repère Rt est associé au tibia t. Par soucis de lisibilité, un boîtier ou un os sera confondu dans les notations avec son repère associé (la notation bt pourra donc désigner selon le contexte soit le 3052654 10 boîtier bt soit le repère Rbt). Les indices bf° et bt° désignent un boîtier (ou son repère) dans son état initial (i.e. dans une position dite initiale qui sera décrite plus loin, au démarrage d'un mouvement donné). Par moyens de mesure inertielle 20a, 20b, on entend une centrale à inertie 5 comprenant au moins trois accéléromètres et trois gyromètres disposés en triaxe. Les gyromètres mesurent la vitesse angulaire instantanée de la centrale inertielle par rapport au référentiel terrestre, notée hies accéléromètres sont sensibles aux forces extérieures autres que gravitationnelles appliquées sur le capteur, et permettent de mesurer une accélération notée À. 10 L'un et/ou l'autre des boitiers 2a, 2b (avantageusement un seul des deux qui sera un boitier principal) peut comprendre des moyens de traitement 21 (typiquement un processeur) pour la mise en oeuvre directement en temps réel des traitements du présent procédé, ou bien les mesures peuvent être émises via des moyens de communication 25 vers un dispositif externe tel qu'un terminal 15 mobile (ordiphone) 3, voire un serveur distant 4, ou encore les mesures peuvent être enregistrées dans des moyens de stockage de données 22 locaux (une mémoire par exemple de type flash) mémoire locale pour un traitement a posteriori par exemple sur le serveur 4. Les moyens de communication 25 peuvent mettre en oeuvre une 20 communication sans fil à courte portée par exemple Bluetooth ou Wifi (en particulier dans un mode de réalisation avec un terminal mobile 3) voire être des moyens de connexion à un réseau mobile (typiquement UMTS/LTE) pour une communication à longue distance. Il est à noter que les moyens de communication 25 peuvent être par exemple une connectique filaire (typiquement 25 USB) pour transférer les données des moyens de stockage de données 22 locaux à ceux d'un terminal mobile 3 ou d'un serveur 4. Si c'est un terminal mobile 3 (respectivement un serveur 4) qui héberge « l'intelligence », il comprend des moyens de traitement 31 (respectivement 41) tels qu'un processeur pour la mise en oeuvre des traitements du présent procédé 30 qui vont être décrits. Lorsque les moyens de traitement utilisés sont ceux 21 d'un boitier 2a, 2b, celui-ci peut encore inclure des moyens de communication 25 pour transmettre les angles anatomiques. Par exemple les angles anatomiques 3052654 11 peuvent être envoyés au terminal mobile3 pour afficher les angles dans une interface d'un logiciel de navigation. Dans la suite de la présente description, on verra que les moyens de traitement de données 21, 31, 41 respectivement d'un boitier 2a, 2b, d'un 5 ordiphone 3 et d'un serveur distant 4 peuvent indifféremment et selon les applications réaliser tout ou partie des étapes du procédé. Principe et notations 10 Une orientation entre deux repères peut être représentée indifféremment par une matrice 3x3 (9 composantes), par un quaternion (4 composantes) ou par des angles d'Euler (3 composantes). Ces objets ont des propriétés mathématiques différentes mais contiennent la même information d'orientation. Les angles anatomiques tels que définis précédemment sont des angles 15 d'Euler (convention YZX, pour l'ordre des rotations), à des ajustements de définitions près (180° ou signes). Ils ont l'avantage de faire appel à des termes usuels dans le milieu de la médecine du genou. L'orientation recherchée (orientation relative entre le tibia 11a et le fémur 11b) pourra ainsi être notée Pt_.1. (représentation par une matrice), qt-f 20 (représentation par un quaternion) ou (flex,var,rot) (représentation par les angles anatomiques). Dans la suite de cette description, on prendra l'exemple de la représentation par une matrice, mais l'homme du métier pourra transposer. En supposant la vitesse de rotation d'un solide connue, l'orientation de ce solide suit la cinématique suivante: 1 =iqq. 25 où: - q est le quaternion désignant l'orientation absolue du solide 0 (oz - qW = coxi, avec wy la vitesse de rotation du solide exprimée dans son (oz (oz repère local 3052654 12 Cette équation peut être intégrée pour obtenir le changement d'orientation qt2,t1 d'un solide entre les deux temps t1 et t2. Lors d'un mouvement de rotation d'un point P autour d'un point 0 immobile, l'accélération À et la vitesse de rotation fi, du point P dans le repère local Rp sont 5 liés par la formule : Rp dt RP A Rp ARRpAM Rp Des gyromètres fixés sur P mesurent la vitesse de rotation du point P dans le repère Rp. Des accéléromètres fixés sur P ne mesurent pas directement l'accélération de P, mais sont également sensibles au champ de gravité à; ils mesurent 10 f=À -d Finalement les données accélérométriques Ï et gyrométriques ? d'un pointP sont liées par la relation: rp +g - 1 -I2 OP dt + P Afl P A Rp Ces équations vont comme l'on va voir être appliquées aux données accélérométriques et gyrométriques des premiers et deuxièmes moyens de 15 mesure inertielle 20a, 20b. Procédé L'objectif du présent procédé est de suivre l'orientation relative entre le tibia 20 11a et le fémur 11b du patient 1 au cours du temps. De façon préférée, en utilisant les matrices, celle représentant cette orientation relative (notée Pt,f(t)) est donnée à chaque instant par l'équation: Pte f (t) = P bf->f P bf° ->bf (OP bt°->be P bt->bt° (OP t->bt Où les matrices de passage notées en gras sont constantes (puisque l'on considère chaque boitier 2a, 2b solidaire du tibia 11a/fémur 11 b), et représentent 25 respectivement : - une orientation relative (Pt,bt) entre les premiers moyens de mesure inertielle 20a et le tibia 11a ; 3052654 13 - d'une orientation relative (Pb") entre les deuxièmes moyens de mesure inertielle 20b et le fémur 11 b ; - d'une orientation relative dans ladite position initiale ( Tbfo ->bto ) entre les premiers moyens de mesure inertielle 20a et les deuxièmes moyens de 5 mesure inertielle 20b. Le présent procédé se compose de deux phases principales, qui vont être à présent introduites. La première phase consiste à obtenir l'orientation relative initiale du tibia 10 par rapport au fémur, c'est-à-dire dans une position dite initiale. Cette position initiale peut être choisie arbitrairement, mais elle doit pouvoir être maintenue et répétée avec précision. Elle peut être réalisée naturellement (de façon préférée, il s'agit d'une position dans laquelle le membre inférieur est en hyper-extension, en particulier celle où le membre est à plat sur un support) ou à l'aide d'un outil 15 mécanique qui permet de contraindre le membre inférieur dans cette position. En effet l'équation précédente de l'orientation évaluée en 0 donne: Pt->f (0) = Pbf->f P bf°->bf (°)P bt°->be P bt->bt°(°)Pt->bt = Pbf->f Pbt°->bePt->bt Cette phase permet avantageusement (on verra plus loin comment) d'identifier ces matrices constantes de l'équation; à savoir l'orientation du fémur par rapport à son boîtier (Pb"), celle du tibia par rapport à son boîtier (P 20 ainsi que l'orientation relative initiale (au départ du mouvement) entre les deux boîtiers (P bto->bfo )- A noter que le présent procédé implique également au moins une position dite de référence, qui correspond à une position présentant la même orientation relative entre le tibia 11a et le fémur 11b que la position initiale, en d'autres 25 termes une position qui ne diffère éventuellement de la position initiale que par des rotations et/ou des translations de tout le membre inférieur 10. Les positions de référence forment donc une famille de positions. Si la position initiale correspond à une hyper-extension, toute position de référence correspond donc également à une hyper-extension. 30 3052654 14 La seconde phase consiste à obtenir les changements de l'orientation relative au cours d'un mouvement donné. Pour cela les matrices dynamiques de l'équation présente d'orientation sont identifiées; à savoir les changements d'orientation de chacun des boîtiers (Pbe,b1(t), en d'autres termes la variation 5 d'orientation relative des deuxièmes moyens de mesure inertielle 20b par rapport à la position initiale, et Pbt_,bt°(t), en d'autres termes la variation d'orientation relative des premiers moyens de mesure inertielle 20a par rapport à la position initiale) au cours du mouvement. A noter que le présent procédé n'utilise de façon préférée que les données 10 issues de mesures inertielles (accélérations et/ou vitesses angulaires), par exemple pas de mesures magnétiques. Phase 1 15 Dans une première étape (a), le procédé comprend, pendant au moins un mouvement de référence dudit membre inférieur 10 à partir d'une position de référence (comme expliqué une position présentant la même orientation relative entre le tibia 11a et le fémur 11b que la position initiale), l'acquisition par les premiers moyens de mesure inertielle 20a d'une accélération de référence et 20 d'une vitesse angulaire de référence dudit tibia 11a, et l'acquisition par les deuxièmes moyens de mesure inertielle 20b d'une accélération de référence et d'une vitesse angulaire de référence dudit fémur 11b. Ces accélérations et vitesses angulaires sont dites « de référence » puisque mesurées pendant un mouvement de référence, c'est-à-dire un 25 mouvement prédéterminé (des exemples de mouvements de référence, appelés également « manipulations » seront présentés plus loin), par opposition à des accélérations et vitesses angulaires dites « de travail » ou « de test » qui seront mesurées pendant un mouvement quelconque du membre inférieur 10 à partir de la position initiale, c'est-à-dire un mouvement donné pendant lequel l'évolution de 30 l'orientation relative entre le tibia 11a et le fémur 11b est inconnue, et est cherchée. En pratique, accélérations et vitesses angulaires de référence ou de travail sont acquises exactement de la même façon. 3052654 15 Ces grandeurs sont avantageusement mesurées avec un échantillonnage dt (i.e. toutes les « dt » secondes) avec dt très petit devant le temps caractéristique des mouvements du patient 1, typiquement 8ms. 5 Dans une étape (b), les moyens de traitement de données 21, 31, 41 estiment une pluralité de paramètres morphologiques dudit membre inférieur 10, en fonction desdites accélérations de référence et vitesses angulaires de référence mesurées. Comme expliqué, lesdits paramètres morphologiques désignent des 10 grandeurs anatomiques décrivant le tibia 11 a et/ou le fémur 11 b, et consistent typiquement en un vecteur exprimé dans un repère donné. On pourra citer en particulier : - la position du centre du genou 12 (le milieu des épicondyles) ; - la position du centre de la hanche (le centre de rotation du membre 15 inférieur 10 au cours de mouvements circulaires du membre inférieur, le genou 12 étant maintenu fixe au cours de ces mouvements) ; - la position du centre de la cheville (le milieu des malléoles) ; - la direction inter-malléolaire (la direction reliant la malléole médiale à la malléole latérale de la cheville) ; 20 - la direction moyenne de rotation du tibia 11 a par rapport au fémur 11 b au cours d'un mouvement de flexion du membre inférieur 10 ; - l'axe mécanique du fémur llb (la direction reliant le centre du genou 12 au centre de la hanche du membre inférieur 10) ; - l'axe médiolatéral du fémur llb (la projection, sur le plan orthogonal à l'axe 25 mécanique du fémur, de la direction moyenne de rotation relative au cours d'un mouvement de flexion) ; - l'axe antéropostérieur du fémur 11 b (produit vectoriel de l'axe mécanique et de l'axe médio-latéral) ; - l'axe mécanique du tibia 11 a (la direction reliant le centre du genou 12 au 30 centre de la cheville du membre inférieur); - l'axe médiolatéral du tibia 11 a (la projection sur le plan orthogonal à l'axe mécanique du tibia 11 a de la direction reliant la malléole médiale à la malléole latérale de la cheville) ; 3052654 16 - l'axe antéropostérieur du tibia 11a (produit vectoriel de l'axe mécanique et de l'axe médio-latéral). A noter que certains paramètres morphologiques peuvent être estimés 5 « indirectement », c'est-à-dire eux-mêmes à partir d'autres paramètres morphologiques (typiquement les axes mécaniques des repères fémoraux et tibiaux, à partir des positions genou/hanche/cheville). Avantageusement, au moins la position du centre du genou 12, la position du centre de la hanche, la position du centre de la cheville, voire la direction inter- 10 malléolaire et la direction moyenne de rotation du tibia 11 a par rapport au fémur 11 b au cours d'un mouvement de flexion sont des paramètres morphologiques estimés directement. Les autres paramètres morphologiques (l'axe mécanique du fémur 11 b, l'axe médiolatéral du fémur 11b, l'axe antéropostérieur du fémur 11b, l'axe 15 mécanique du tibia 11 a, l'axe médiolatéral du tibia 11 a, l'axe antéropostérieur du tibia 11 a) sont typiquement obtenus tout ou partiellement à partir des précédents paramètres Comme l'on va voir, l'étape (a) est préférentiellement mis en oeuvre pour une pluralité de mouvements de référence (avantageusement au moins trois, 20 préférentiellement quatre), de sorte que lors de chacun d'entre eux des accélérations et vitesses angulaires de référence sont acquises. En d'autres termes, l'étape (a) permet ainsi avantageusement d'acquérir une pluralité d'ensembles d'accélérations et vitesses angulaires (tibia/fémur) de référence mesurées, chacun associé à un mouvement de référence. 25 A noter que s'il est nécessaire qu'au moins un mouvement de référence soit effectué à partir d'une position de référence, cela n'est pas nécessaire pour tous les mouvements supplémentaires qui peuvent pour la plupart être effectués à partir de n'importe quelle position. Les accélérations et vitesses angulaires de référence mesurées pour 30 chaque mouvement de référence permet l'estimation d'un ou plusieurs paramètres de ladite pluralité de paramètres morphologiques du membre inférieur 10. 3052654 17 Mouvements de référence Comme l'on va voir, certains paramètres morphologiques peuvent être estimés soit par calcul à partir des accélérations et vitesses angulaires de 5 référence, soit directement par palpation de points caractéristiques du membre inférieur 10 (i.e. positionnement physique grâce à un outil « touchant » le membre inférieur 10 précisément au niveau de ces points caractéristiques, qui sont typiquement les malléoles ou les épicondyles) lors de certains mouvements de référence. 10 Les cinq mouvements de référence qui vont être à présent décrits constituent cinq exemples efficaces car simples et reproductibles, et il n'est pas nécessaire de tous les accomplir (certains sont alternatifs). L'homme du métier saura utiliser d'autres mouvements en lieu et place de ceux-ci. 15 Mouvement de référence 1: Palpation des malléoles Cette manipulation (entre un temps t1 et un temps t2) permet d'identifier les paramètres morphologiques suivants: - [CO]:tct Centre-Cheville dans le repère du boitier tibial ; 20 - [umimAbt : Direction inter-malléolaire dans le repère du boitier tibial. Un moyen d'obtenir ces éléments est d'utiliser une pince mécanique 5 comme illustrée sur la figure 4a. Elle est équipée de deux palpeurs malléolaires P1 et P2 espacés d'une distance e et est apte à coopérer, i.e. être temporairement solidaire, avec les premiers moyens de mesure inertielle 20a 25 (plus précisément le premier boitier 2a). Sur une telle pince 5, la largeure est ajustable et les vecteurs [CtA]bt et [CtP]bt, où A désigne l'extrémité de la pince 5, sont des données du problème. Au temps t1 (voir figure 4b): 30 - Les palpeurs P1 et P2 sont en contact avec les malléoles ; - Le point 0,(Centre-Cheville) est confondu avec le milieu des palpeurs P qui est une donnée du problème ; 3052654 18 - La direction um1m2 coïncide avec la direction reliant les palpeurs Li,/,2 qui est une donnée du problème. Au temps t2 (voir figure 4c): 5 - Le premier boîtier 2a est mis dans sa position définitive par rapport au tibia 11a (et attaché par la suite à la jambe grâce aux moyens 23 d'attache), le point A étant resté immobile par rapport à la jambe du patient entre les temps t1 et t2. L'équation = Z a q, peut être utilisée pour déterminer le changement 10 d'orientation Pbt1,bt2 de bt entre les temps t1 et t2. Ainsi si: - Le membre inférieur 10 est immobile entre les temps t1 et t2, - Les premiers moyens de mesure inertielle 20a sont en pur mouvement de rotation autour du point A entre les temps t1 et t2 15 - Les premiers moyens de mesure inertielle 20a sont immobiles par rapport à la jambe pour t > t2 (i.e. attachés via les moyens 23 d'attache, en d'autres termes présentent alors le caractère solidaire du tibia lla pour t > t2, Alors les deux paramètres morphologiques recherchés sont exprimés dans le 20 repère du boitier tibial Rbt par: {[CtOc]bt = [CtA]bt P bti->bt2[Ant [UM1M21bt = P bti->bt2[UP1P21bt Où Pbt1,bt2 découle des accélérations et vitesses angulaires de référence mesurées. A noter que la position de départ du membre inférieur 10 pour ce mouvement n'a pas d'importance. 25 Mouvement de référence 2: Centre-Hanche Ce mouvement de référence permet d'identifier: - KOhlbf. : Centre-Hanche dans le repère du boitier fémoral ; 30 - [CtOdbt : Centre-Hanche dans le repère du boitier tibial ; 3052654 19 - Pbto,bfo: Matrice d'harmonisation. Ce mouvement de référence, effectué à partir d'une position de référence, correspond typiquement à un mouvement circulaire sur le membre inférieur 10, le membre inférieur 10 étant maintenu rigide tel que l'orientation relative entre le 5 tibia 11 a et le fémur 11 b est en permanence identique à celle dans la position de référence (i.e. celle dans la position initiale), et la hanche étant maintenue immobile au cours des mouvements. Il est considéré que les premiers et deuxièmes moyens de mesure inertielle 20a, 20b (i.e. les deux boîtiers b f et bt) sont à chaque instant en mouvement de 10 rotation autour d'un point fixe, confondu avec le Centre-Hanche Oh. L'équation liant les données accélérométriques et gyrométriques proposée au début donne alors: {[Oh Cd ,, t [Oh Cf] bf. = argie 1,(1-T,;(k) + à) = k (ddtt (k) + nbt(k) A f/bt(k)) A LOhCtibt { ic(1-7,;(k) + à>) = k (ddtf (k) + nbf(k) A f/bf(k)) A [OhCAbf En pratique on identifie: / 7cIlt = argqn (r>t (k) + à) - dt (k) + f/bt(k) A f/bt(k) k k \ l V' Idn. (1-11«(k) + à>) - 2.1k dt hf (k) + nbf( k) n l/bf(k) A f(> 2\ I 2\ De plus au cours de ces mêmes mouvements, les premiers et deuxièmes 15 moyens de mesure inertielle 20a, 20b étant solidaires d'un même solide indéformable (le membre inférieur 10 est supposé rigide), ils subissent les mêmes vitesses de rotation. L'orientation relative entre le tibia 11 a et le fémur 11 b vérifie à chaque instant: nbf(t) = Pbt->bfnbt(t), Vt, Avec Pbt,bf = constante= Pbto->bfo (puisque le membre inférieur 10est 20 rigide) 3052654 20 Cette équation peut être résolue en prenant la solution au problème de Wahba. On peut aussi résoudre le problème aux moindres carrés sur l'espace des matrices et extraire ensuite de la solution une matrice de rotation pertinente. 5 Mouvement de référence 3: Centre-Genou Ce mouvement permet d'identifier: - [CtOgibt : Centre-Genou dans le repère du boitier tibial Ce mouvement de référence correspond typiquement à un mouvement 10 circulaire avec la jambe du patient 1, le genou (et donc la cuisse) étant maintenu fixe lors de ces mouvements. La position de départ du membre inférieur 10 n'a pas d'importance pour ce mouvement. Il est considéré que bt est à chaque instant en mouvement de rotation autour d'un point fixe, confondu avec le Centre-Genou Og. 15 L'équation liant les données accélérométriques et gyrométriques proposée au début donne : icg(k) + ,U) = (ddn'tbt (k) + l/bt(k) n l/bt(k)) En pratique on identifie: [og ]bt g(k) :g>) [0gt C bt = argmin k7 ddt nb t (k) nbt(k) A D.bt(k) Mouvement de référence 4: Flexion 20 Ce mouvement permet d'identifier: - [(unt\f.)]b1.: Direction moyenne de rotation du tibia 11 a par rapport au fémur 11 b au cours d'un mouvement de flexion (allant par exemple de 40° à 80°), dans le repère du boitier fémoral 2\ A f(> I 3052654 21 Le mouvement consiste à effectuer un mouvement de flexion du membre inférieur 10, démarrant d'une position de référence, et faisant couvrir à l'angle de flexion la plage [40°; 80°]. L'angle sur lequel les données sont sélectionnées (plage [40°; 80°]) est 5 extrait à partir de l'orientation relative des boîtiers, donnée par: Pbt->b f (t) = Pb f REF ,b f (OP btREF,bfREF P bt->btREF (t) Comme le mouvement démarre d'une position de référence, la matrice P btREF,b-REF j = P bt° 2). Les matrices Pb10,b1(t) et Pbt_,bt°(t) sont obtenues à partir des données accélérométriques et gyrométriques de référence. 10 La connaissance de Pbt,b1(t) donne flex(t), une approximation de l'angle de flexion au cours du mouvement, et permet d'obtenir les temps t40° et t80° Les boîtiers bf et bt étant solidaires de leur os respectif, la vitesse de rotation relative entre les os est confondue avec la vitesse de rotation relative entre les boîtiers. 15 La vitesse de rotation relative est exprimée à chaque instant dans bf par: [frif\dbi(t) = Pbt->b f (t) [D. bt(t)] bt [(lb f (01b f ft"' u t) dt Finalement, [(Un .,t4o° - '.(_ f)1 est obtenu par l'équation (uif.>) t80. 1\'> b f ft4o° unt\f(t) clt1 où = ntv. n't\f Mouvement de référence 5: Palpation des épicondyles 20 Ce mouvement permet d'identifier: - [Cf 09] Centre-Genou dans le repère du boitier fémoral bf Ce mouvement est analogue au mouvement 1, avec: - Le second boîtier 2b dans le rôle du premier boîtier 2a 25 - Les épicondyles dans le rôle des malléoles - Le Centre-Genou dans le rôle du Centre-Cheville L'équation [CtOc]bt = [CtA]bt P bti,bt2 [An bt devient alors: ,bfo est connue (identifiée grâce au mouvement de référence 3052654 22 [C f 0 g] b [cf Al b P bf1_,b f2[AP]bf Comme l'on verra, tous ces mouvements de référence ne sont pas indispensables, et l'homme du métier pourra en modifier certains à sa guise de sorte à obtenir les paramètres morphologiques de son choix. 5 De façon préférée, au moins les mouvements de référence 2, 3 et 4 sont effectués, au moins les mouvements 2 et 4 étant à partir d'une position de référence (le mouvement 4 étant accompli après le mouvement 2). Le cas des mouvements de référence 1 et 5 est particulier car ils nécessitent une pince 5, et de façon préférée au moins l'un des deux est effectué (le cas échéant comme 10 premier mouvement de référence). Orientation relative initiale entre les tibia et fémur Dans une étape (c), les moyens de traitement de données 21, 31, 41 15 déterminent ladite orientation relative dans ladite position initiale entre lesdits tibia 11a et fémur 11b (ou plutôt ses trois composantes), en fonction desdits paramètres morphologiques dudit membre inférieur 10 estimés. Obtention de Pbto_,bf° 20 Comme expliqué, lors de tout mouvement partant de la position initiale et dans lequel le membre inférieur 10 est rigide on a : Pbt->bf = constante= - bto->bfo Cette constante est dénommée matrice d'harmonisation et est déterminée grâce au mouvement de référence 2. On note que la matrice d'harmonisation est 25 un paramètre morphologique utilisé « en tant que tel ». Obtention de Pt,bt L'axe mécanique tibial xt est défini par la direction reliant le centre du 30 genou 12 au centre de la cheville: 3052654 23 xt = Cette direction est obtenue en localisant ces deux points par rapport au centre du premier boîtier 2a Ct: [09Ct] KT):1 bt > bt [Xt]bt 110,04 Une estimation de l'axe médiolatéral tibial yt est donnée par la direction inter-malléolaire reliant la malléole médiale à la malléole latérale: [57jbt = [um1m2]bt - I I IMM211 5 L'axe médiolatéral tibial est défini par la projection de son estimation 5t dans le plan orthogonal à xt : 5t - (5i, xt)xt Yt 115,i xt)xt II Le troisième axe du repère tibial est défini par le produit vectoriel des deux autres vecteurs: zt = xt A Yt 10 La matrice d'orientation Pt,bt est alors donnée par: Pt->bt = [[xt]bt I [Yt]bt I [zt]bt] L'identification de Pt,bt requiert ainsi l'identification des trois paramètres morphologiques suivants: - [09Ctibt: Centre-Genou dans le repère du boitier tibial (estimé via le mouvement de référence 3) 15 - [CtOcibt: Centre-Cheville dans le repère du boitier tibial (estimé via le mouvement de référence 1) - [umimibt : Direction inter-malléolaire dans le repère du boitier tibial (estimée via le mouvement de référence 1) 090c 1-11"2-Ibt 20 Obtention de P f,bf 3052654 24 L'axe mécanique fémoral xf est défini par la direction reliant le centre du genou 12 au centre de la hanche : 09 0h Xf - 110,11 Cette direction peut être obtenue en localisant ces deux points par rapport au centre du deuxième boîtier 2b Cf. : = [09 flbf. + [ClOhlbf. bf. [xf.l 110),11 5 ou bien par rapport au centre du premier boîtier 2a Ct, lorsque le membre inférieur 10 se trouve dans la position initiale: [09Ct]bt + [Ct hi 0 bt- kflhf = Pbt°->bf° 11C))/211 Une estimation 57 de l'axe médiolatéral fémoral est donnée par la direction de rotation moyenne du tibia par rapport au fémur sur une plage de flexion proche de [40° ; 80°]: ftt480°: unt\f(t) dt f f = vuntv.) = t80. OÙ n" at 12" lIntv11 t40- unt\i(t) 10 L'axe médiolatéral fémoral y f est défini par la projection de son estimation 57 dans le plan orthogonal à xi.: - (57, xi. )xf. - 11371 - (371, xf)xf.11 Le troisième axe du repère fémoral est défini par le produit vectoriel des deux autres donnés: zf = xf A yf La matrice d'orientation Pbf,f est donnée par: [xf.]bf. Pbf->i« = [Yfibf [Z fi bf. 15 L'identification de Pbf,f passe ainsi par l'identification des trois éléments anatomiques suivants : 3052654 25 - [09CA bf.: Centre-Genou dans le repère du boitier fémoral (estimé via le mouvement de référence 5) ; - KOhlbf.: Centre-Hanche dans le repère du boitier fémoral (estimé via le mouvement de référence 2) ; 5 - [Linplbf. : Direction moyenne de rotation du tibia 11 a par rapport au fémur 11 b au cours d'un mouvement de flexion allant de 40° à 80°, dans le repère du boitier fémoral (estimée via le mouvement de référence 4) ou bien par celle des quatre éléments anatomiques suivants: 10 - [09Cl]bt: Centre-Genou dans le repère du boitier tibial (estimé via le mouvement de référence 3) - KOhlbt: Centre-Hanche dans le repère du boitier tibial (estimé via le mouvement de référence 2) - Pbt°,bfo : Orientation relative entre le boîtier tibial et le boîtier fémoral (i.e. 15 entre les premiers et deuxièmes moyens de mesure inertielle 20a, 20b) dans la position initiale, dénommée matrice d'harmonisation (estimée via le mouvement de référence 2) - [uni>)lbf. : Direction moyenne de rotation du tibia 11 a par rapport au fémur 11 b au cours d'un mouvement de flexion allant de 40° à 80°, dans le 20 repère du boitier fémoral (estimé via le mouvement de référence 4) Phase 2 Une fois déterminée ladite orientation relative dans ladite position initiale 25 entre lesdits tibia 11 a et fémur 11 b (et plus précisément ses composantes Pt,bt, Pbf_,f et P,,0 ->bto), alors un mouvement de travail (c'est-à-dire comme expliqué un mouvement à partir de la position initiale qui n'est pas de référence, c'est-à-dire quelconque et non-prédéterminé, et pour lequel on cherche à connaître l'orientation relative entre le tibia 11 a et le fémur 11b) est réalisé. 3052654 26 Dans une étape (d), pendant le mouvement de travail dudit membre inférieur 10 à partir de ladite position initiale, les premiers moyens de mesure inertielle 20a acquièrent une vitesse angulaire de travail dudit tibia 11a, et les deuxièmes moyens de mesure inertielle 20b acquièrent une vitesse angulaire de 5 travail dudit fémur 11 b. On remarque qu'avantageusement aucune accélération de travail n'est acquise, mais il est tout à fait possible d'acquérir une accélération de travail du tibia 11 a et une accélération de travail du fémur 11 b (ce qui permet de ne pas changer de configuration les moyens de mesure inertielle 20a, 20b par rapport à l'étape (a)); de telles accélérations de travail n'étant pas utilisées dans la 10 suite du calcul. Ainsi, cette étape (d) est avantageusement mise en oeuvre de façon similaire à l'étape (a). Enfin, dans une étape (e), les moyens de traitement de données 21, 31, 41 estiment l'orientation relative entre lesdits tibia 11 a et fémur 11 b en fonction 15 desdites vitesses angulaires de travail mesurées, et de ladite orientation relative dans ladite position initiale entre lesdits tibia 11 a et fémur 11b. Plus précisément, sont identifiées les matrices de l'équation Pt,f(t) = Pbf->f Pbf°->bf(t)Pbt°->bePbt->bt°(t)Pt,bt qui dépendent du temps. Ainsi, la matrice Pbt_,bt°(t) représente le changement d'orientation des 20 premiers moyens de mesure inertielle 20a (boitier tibial bf) entre la position initiale, et le temps t. Elle s'obtient en intégrant l'équation = -2q q, entre les temps to et t, à partir de la vitesse angulaire tibiale de travail. Sim ilairement, la matrice Pbf,b1.0(t) représente le changement 25 d'orientation des deuxièmes moyens de mesure inertielle 20b (boîtier fémoral bf) entre la position initiale, et le temps t. Elle s'obtient en intégrant l'équation = -2q q, entre les temps to et t, à partir de la vitesse angulaire fémorale de travail. 30 Applications - Phase 3 3052654 27 De façon préférée, le présent procédé comprend une phase 3 (sous la forme d'une étape (f)) d'exploitation de l'orientation estimée à des fins médicales. Application 1: Guidage de coupe 5 Une fois les matrices P',b (Pbf,f et Pt,bt) connues, l'orientation Pgc,b d'un guide de coupe par rapport à un boîtier 2a, 2b permet d'obtenir l'orientation Pgc->os du guide par rapport à l'os: P,qc->os(t) = Pb->osP,qc->b(t) L'orientation Pgc,b peut être identifiée par l'intermédiaire de moyens de 10 mesure inertielles supplémentaires (dans un boitier dédié bgc), solidaire du guide de coupe gc; ainsi l'équation ci-avant devient: P,qc->os(t) = P b->osPbgc->b(t) P gc->bgc où: - Pb-os a été identifiée dans l'étape (c) ; - P gc,bfic est une donnée du problème. 15 Application 2: Informations de mouvements dans les repères anatomiques Une fois obtenues les matrices Pt,bt, Pf,bf et Pt,f(t), les informations de mouvement peuvent être exprimées dans les repères anatomiques tibial ou 20 fémoral. A titre d'exemple la vitesse de rotation du tibia 11a par rapport au fémur 11 b s'exprime : - dans le repère fémoral par : [ntv]f. (t) = Pt-f(t) Pbt.tfLt(t) - Pbf-qnf(t) - dans le repère tibial par : [ntv]t(t) = Pbt.tlt(t) - Pf,t(t)Pbf-Inf(t) 25 Equipements et système 3052654 28 Selon un deuxième aspect, l'invention concerne en particulier les équipements 2a, 2b, 3, 4 pour la mise en oeuvre de l'un ou l'autre des modes de réalisation du procédé. Comme expliqué précédemment, selon un premier mode de réalisation 5 l'équipement est un premier ou un deuxième boitier 2a, 2b autonome comprenant les premiers ou les deuxièmes moyens de mesure inertielle 20a, 20b et les moyens de traitement de données 21 configurés pour la mise en oeuvre des étapes du procédé. Chaque boitier 2a, 2b comprend en outre des moyens d'attache 23 du 10 boitier 2 au membre inférieur 10 (respectivement à la jambe ou à la cuisse), et le cas échéant des moyens de stockage de données 22 (pour le stockage des accélérations/vitesses angulaires mesurées ou des mouvements estimés) et/ou des moyens de communication 25 pour l'exportation des résultats. Selon un deuxième mode de réalisation, l'équipement est un terminal 15 mobile 3 ou un serveur 4, adapté pour communiquer avec chaque boitier 2a, 2b comprenant des moyens de mesure inertielle 20a, 20b. En d'autres termes, le terminal 3 ou le serveur 4 comprend les moyens de traitement 31 ou 41 configurés pour la mise en oeuvre des étapes du procédé. Chaque boitier 2a, 2b peut tout de même comprendre des moyens de traitement de données 21 pour le 20 contrôle des moyens 20a, 20b et la transmission (via des moyens de communication 25) des données mesurées aux moyens de traitement de données 31, 41. Il est à noter que les moyens 21, 31, 41 peuvent le cas échéant se partager des étapes du procédé. 25 L'invention concerne dans ce cas également le système comprenant l'équipement 3, 4 selon ce mode de réalisation et les boitiers 2a, 2b « satellites » en connexion Dans tous les cas, les moyens de traitement de données 21, 31, 41 de l'équipement 2a, 2b, 3, 4 « principal » sont configurés pour mettre en oeuvre : 30 un premier module de réception, pendant au moins un mouvement de référence dudit membre inférieur 10à partir d'une position de référence, d'une accélération de référence et d'une vitesse angulaire de référence dudit tibia 11a acquises par des premiers moyens de mesure inertielle 20a 3052654 29 solidaires du tibia 11 a dudit membre inférieur 10, et d'une accélération de référence et d'une vitesse angulaire de référence dudit fémur llb acquises par des deuxièmes moyens de mesure inertielle 20b solidaires du fémur 11 b ; 5 - Un premier module d'estimation d'une pluralité de paramètres morphologiques dudit membre inférieur 10, en fonction desdites accélérations de référence et vitesses angulaires de référence mesurées ; - un module de détermination d'une orientation relative dans ladite position initiale entre lesdits tibia 11 a et fémur 11b, en fonction desdits paramètres 10 morphologiques dudit membre inférieur 10 estimés ; - un deuxième module de réception, pendant le mouvement de travail dudit membre inférieur à partir de ladite position initiale, d'une vitesse angulaire de travail dudit tibia 1 1 a acquise par les premiers moyens de mesure inertielle 20a, et d'une vitesse angulaire de travail dudit fémur llb acquise 15 par les deuxièmes moyens de mesure inertielle 20b ; - Un deuxième module d'estimation de l'orientation relative entre lesdits tibia 11 a et fémur 11 b en fonction desdites vitesses angulaires de travail mesurées, et de ladite orientation relative dans ladite position initiale entre lesdits tibial 1 a et fémur 11 b. 20 Produit programme d'ordinateur Selon un troisième et un quatrième aspects, l'invention concerne un produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code pour l'exécution 25 (sur les moyens de traitement 21, 31, 41) d'un procédé d'estimation de l'orientation relative entre un tibia 11 a et un fémur 11 b d'un membre inférieur 10 d'une personne lselon le premier aspect de l'invention, ainsi que des moyens de stockage lisibles par un équipement informatique (par exemple des moyens de stockage de données 22) sur lequel on trouve ce produit programme d'ordinateur. 30 REVENDICATIONS1. Procédé d'estimation de l'orientation relative entre un tibia (11a) et un fémur (11b) d'un membre inférieur (10) d'une personne (1) pendant un mouvement de travail dudit membre inférieur (10) à partir d'une position initiale, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend des étapes de : (a) Pendant au moins un mouvement de référence dudit membre inférieur (10) à partir d'une position de référence présentant une même orientation relative entre le tibia (11a) et le fémur (11b) que la position initiale, acquisition par des premiers moyens de mesure inertielle (20a) solidaires du tibia (11a) dudit membre inférieur (10) d'une accélération de référence et d'une vitesse angulaire de référence dudit tibia (11a), et acquisition par des deuxièmes moyens de mesure inertielle (20b) solidaires du fémur (11b) d'une accélération de référence et d'une vitesse angulaire de référence dudit fémur (11b) ; (b) Estimation par des moyens de traitement de données (21, 31, 41) d'une pluralité de paramètres morphologiques dudit membre inférieur (10), en fonction desdites accélérations de référence et vitesses angulaires de référence mesurées ; (c) Détermination par les moyens de traitement de données (21, 31, 41) d'une orientation relative dans ladite position initiale entre lesdits tibia (11a) et fémur (11b), en fonction desdits paramètres morphologiques dudit membre inférieur (10) estimés ; (d) Pendant ledit mouvement de travail dudit membre inférieur (10) à partir de la position initiale, acquisition par les premiers moyens de mesure inertielle (20a) d'une vitesse angulaire de travail dudit tibia (11a), et acquisition par les deuxièmes moyens de mesure inertielle (20b) d'une vitesse angulaire de travail dudit fémur (11b) ; (e) Estimation par les moyens de traitement de données (21, 31, 41) de l'orientation relative entre lesdits tibia (11a) et fémur (11b) en fonction desdites vitesses angulaires de travail mesurées, et de ladite orientation relative dans ladite position initiale entre lesdits tibia (11a) et fémur (11b). 3052654 31 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape (b) comprend la détermination à partir des paramètres morphologiques : - d'une orientation relative (Pt,bt) entre les premiers moyens de mesure inertielle (20a) et le tibia (11 a) ; 5 - d'une orientation relative (Pb1,1) entre les deuxièmes moyens de mesure inertielle (20b) et le fémur (11 a) ; - d'une orientation relative dans ladite position initiale (Pi bf°->bt°) entre les premiers moyens de mesure inertielle (20a) et les deuxièmes moyens de mesure inertielle (20b); 10 à partir desquelles est exprimée ladite orientation relative dans ladite position initiale (Pt,f. (0)) entre lesdits tibia (11a) et fémur (11b). 3. Procédé selon la revendication 2, dans laquelle l'étape (e) comprend la détermination de la variation d'orientation relative (-Pbto,bt(t)) des 15 premiers moyens de mesure inertielle (20a) par rapport à la position initiale, et de la détermination de la variation d'orientation relative (Pbe,b1(t)) des deuxièmes moyens de mesure inertielle (20b) par rapport à la position initiale, l'orientation relative (Pt,f(t)) entre lesdits tibia (11a) et fémur (11b) étant donnée par l'équation Pt,f(t) = Pbf,f Pbfo,bf(t) P bt°->bf°P bt->bt° (OP t->bt - 20 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel ladite pluralité de paramètres morphologiques estimés comprend la position du centre d'un genou (12) du membre inférieur (10), la position du centre d'une hanche du membre inférieur (10), la position du centre d'une cheville du membre 25 inférieur (10), la direction inter-malléolaire de la cheville du membre inférieur (10), et la direction moyenne de rotation du tibia (11a) par rapport au fémur (11b) au cours d'un mouvement de flexion. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel l'étape (a) est 30 mise en oeuvre pour au moins un mouvement de référence comprenant la palpation du membre inférieur (10) par un outil (5) de sorte à estimer via ladite 3052654 32 palpation la position du centre d'un genou (12) du membre inférieur (10) et/ou la position du centre d'une cheville du membre inférieur (10). 6. Procédé selon l'une des revendications 4 et 5, dans lequel 5 ladite pluralité de paramètres morphologiques estimés comprend également l'axe mécanique du fémur (11b), l'axe médiolatéral du fémur (11b), l'axe antéropostérieur du fémur (11b), l'axe mécanique du tibia (11a), l'axe médiolatéral du tibia (11a), l'axe antéropostérieur du tibia (11a), estimés dans l'étape (b) à partir desdites position du centre du genou (12) du membre inférieur (10), position 10 du centre de la hanche du membre inférieur (10), position du centre de la cheville du membre inférieur (10), direction inter-malléolaire de la cheville du membre inférieur (10) et direction moyenne de rotation du tibia (11a) par rapport au fémur (11b) au cours d'un mouvement de flexion. 15 7. Procédé selon les revendications2 et 6 en combinaison, dans lequel - - l'orientation relative (Pt,bt) entre les premiers moyens de mesure inertielle (20a) et le tibia (11a) est déterminée à partir desdits axe mécanique du tibia (11a), axe médiolatéral du tibia (11a) et axe antéropostérieur du tibia 20 (11a) ; et - l'orientation relative (Pf.,b1.) entre les deuxièmes moyens de mesure inertielle (20b) et le fémur (11b) est déterminée à partir desdits axe mécanique du fémur (11b), axe médiolatéral du fémur (11b) et axe antéropostérieur du fémur (11b). 25 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, comprenant la mise en oeuvre de l'étape (a) pour une pluralité de mouvements de référence dont au moins : - un mouvement circulaire du membre inférieur (10) maintenu rigide tel que 30 l'orientation entre le tibia (11a) et le fémur (11b) est en permanence identique à celle dans la position de référence, la hanche étant maintenue immobile ; 3052654 33 - un mouvement circulaire d'une jambe du membre inférieur (10), le genou (12) étant maintenu immobile ; - un mouvement de flexion du membre inférieur (10) à partir de la position de référence. 5 9. Procédé selon les revendications 2 et 8 en combinaison, dans lequel ladite orientation relative dans ladite position initiale (Pi b f° ->bt°) entre les premiers moyens de mesure inertielle (20a) et les deuxièmes moyens de mesure inertielle (20b) est déterminée par résolution du problème de Wahba lors dudit 10 mouvement circulaire du membre inférieur (10) maintenu rigide. 10. Procédé selon la revendication 4 et l'une des revendications8 et 9 en combinaison, dans lequel la position du centre d'un genou (12) du membre inférieur (10) et/ou la position du centre d'une hanche du membre 15 inférieur (10) est estimée à l'étape (b) comme le centre de rotation des premiers et/ou des deuxièmes moyens de mesure inertielle (20a, 20b) au cours d'un desdits mouvements circulaires en résolvant aux moindres carrés une équation liant lesdites accélérations de référence et vitesses angulaires de référence mesurées. 20 11. Equipement (2a, 2b, 3, 4) d'estimation de l'orientation relative entre un tibia (11a) et un fémur (11b) d'un membre inférieur (10) d'une personne (1)pendant un mouvement de travail dudit membre inférieur (10) à partir d'une position initiale, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de traitement de 25 données (21, 31, 41) configurés pour mettre en oeuvre : - un premier module de réception, pendant au moins un mouvement de référence dudit membre inférieur (10) à partir d'une position de référence présentant une même orientation relative entre le tibia (11a) et le fémur (11b) que la position initiale, d'une accélération de référence et d'une 30 vitesse angulaire de référence dudit tibia (11a) acquises par des premiers moyens de mesure inertielle (20a) solidaires du tibia (11a) dudit membre inférieur (10), et d'une accélération de référence et d'une vitesse angulaire 3052654 34 de référence dudit fémur (11 b) acquises par des deuxièmes moyens de mesure inertielle (20b) solidaires du fémur (11b) ; - Un premier module d'estimation d'une pluralité de paramètres morphologiques dudit membre inférieur (10), en fonction desdites 5 accélérations de référence et vitesses angulaires de référence mesurées ; - un module de détermination d'une orientation relative dans ladite position initiale entre lesdits tibia (11a) et fémur (11b), en fonction desdits paramètres morphologiques dudit membre inférieur (10) estimés ; - un deuxième module de réception, pendant ledit mouvement de travail 10 dudit membre inférieur (10) à partir de la position initiale, d'une vitesse angulaire de travail dudit tibia (11a) acquise par les premiers moyens de mesure inertielle (20a), et d'une vitesse angulaire de travail dudit fémur (11b) acquise par les deuxièmes moyens de mesure inertielle (20b) ; - Un deuxième module d'estimation de l'orientation relative entre lesdits tibia 15 (11a) et fémur (11 b) en fonction desdites vitesses angulaires de travail mesurées, et de ladite orientation relative dans ladite position initiale entre lesdits tibia (11 a) et fémur (11b). 12. Equipement selon la revendication 11, étant un boitier (2a, 20 2b) comprenant les premiers ou les deuxièmes moyens de mesure inertielle (20a, 20b). 13. Equipement selon la revendication 11, étant un terminal mobile (3) ou un serveur (4), adapté pour communiquer avec un premier boitier 25 (2a) comprenant les premiers moyens de mesure inertielle (20a) et un deuxième boitier (2b) comprenant les deuxièmes moyens de mesure inertielle (20b). 14. Système comprenant l'équipement (3, 4) selon la revendication 13 et au moins un premier et un deuxième boitier (2a, 2b) en 30 connexion. 15. Produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code pour l'exécution d'un procédé d'estimation de l'orientation relative entre 3052654 un tibia (11 a) et un fémur (11 b) d'un membre inférieur (10) d'une personne (1) selon l'une des revendications 1 à 10, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur. 5 16. Moyen de stockage lisible par un équipement informatique sur lequel un produit programme d'ordinateur comprend des instructions de code pour l'exécution d'un procédé d'estimation de l'orientation relative entre un tibia (11a) et un fémur (11b) d'un membre inférieur (10) d'une personne (1) selon l'une des revendications 1 à 10. 10