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Comparison of shoulder kinematic chain models and their influence on kinematics and kinetics in the study of manual wheelchair propulsion

Authors :
Samuel Hybois
Pascale Fodé
Christophe Sauret
Maxime Bourgain
Pierre Puchaud
Joseph Bascou
Hélène Pillet
Antoine Lombart
François Lavaste
Institut de Biomecanique Humaine Georges Charpak
Université Paris 13 (UP13)-Arts et Métiers ParisTech
École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)
Centre de recherche des écoles de Saint-Cyr Coëtquidan [Guer] (CREC)
Ecoles de Saint-Cyr Coëtquidan [Guer]
Analysis-Synthesis Approach for Virtual Human Simulation (MIMETIC)
Université de Rennes 2 (UR2)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Inria Rennes – Bretagne Atlantique
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-MEDIA ET INTERACTIONS (IRISA-D6)
Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA)
Université de Rennes 1 (UR1)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Rennes 1 (UR1)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)
Arts et Métiers ParisTech
HESAM Université - Communauté d'universités et d'établissements Hautes écoles Sorbonne Arts et métiers université (HESAM)
Laboratoire de biomécanique (LBM)
Université Paris 13 (UP13)-Université Sorbonne Paris Cité (USPC)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institution Nationale des Invalides - Centre d’Etudes et de Recherche sur l’Appareillage des Handicapés (INI/CERAH)
Université de Rennes 2 (UR2)-Inria Rennes – Bretagne Atlantique
Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique)
Université de Rennes (UR)
Université de Bretagne Sud (UBS)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Rennes 1 (UR1)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-CentraleSupélec-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Rennes 1 (UR1)
HESAM Université (HESAM)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Est Créteil Val-de-Marne - Paris 12 (UPEC UP12)-Université Sorbonne Paris Cité (USPC)-Université Paris 13 (UP13)
Source :
Medical Engineering & Physics, Medical Engineering & Physics, Elsevier, 2019, 69, pp.153-160. ⟨10.1016/j.medengphy.2019.06.002⟩, Medical Engineering & Physics, 2019, 69, pp.153-160. ⟨10.1016/j.medengphy.2019.06.002⟩, Medical Engineering and Physics, Medical Engineering and Physics, Elsevier, 2019, 69, pp.153-160. ⟨10.1016/j.medengphy.2019.06.002⟩
Publication Year :
2019
Publisher :
HAL CCSD, 2019.

Abstract

International audience; Several kinematic chains of the upper limbs have been designed in musculoskeletal models to investigate various upper extremity activities, including manual wheelchair propulsion. The aim of our study was to compare the effect of an ellipsoid mobilizer formulation to describe the motion of the scapulothoracic joint with respect to regression-based models on shoulder kinematics, shoulder kinetics and computational time, during manual wheelchair propulsion activities. Ten subjects, familiar with manual wheelchair propulsion, were equipped with reflective markers and performed start-up and propulsion cycles with an instrumented field wheelchair. Kinematic data obtained from the optoelectronic system and kinetic data measured by the sensors on the wheelchair were processed using the OpenSim software with three shoulder joint modeling versions (ellipsoid mobilizer, regression equations or fixed scapula) of an upper-limb musculoskeletal model. As expected, the results obtained with the three versions of the model varied, for both segment kinematics and shoulder kinetics. With respect to the model based on regression equations, the model describing the scapulothoracic joint as an ellipsoid could capture the kinematics of the upper limbs with higher fidelity. In addition, the mobilizer formulation allowed to compute consistent shoulder moments at a low computer processing cost. Further developments should be made to allow a subject-specific definition of the kinematic chain.

Details

Language :
English
ISSN :
13504533 and 18734030
Database :
OpenAIRE
Journal :
Medical Engineering & Physics, Medical Engineering & Physics, Elsevier, 2019, 69, pp.153-160. ⟨10.1016/j.medengphy.2019.06.002⟩, Medical Engineering & Physics, 2019, 69, pp.153-160. ⟨10.1016/j.medengphy.2019.06.002⟩, Medical Engineering and Physics, Medical Engineering and Physics, Elsevier, 2019, 69, pp.153-160. ⟨10.1016/j.medengphy.2019.06.002⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....1cc8cb49ca1168512ad206e365456430