Quantification des mouvements de la mimique faciale par motion capture sur une population de volontaires sains

Quantification of facial movements by motion capture on healthy volunteers

• Auteur / Autrice : François-Régis Sarhan
• Direction : Frédéric Marin, Stéphanie Dakpé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biomécanique et Bio-ingénierie : Unité de Recherche Biomécanique et Bio-ingénierie (UMR-7338)
• Date : Soutenance le 14/06/2017
• Etablissement(s) : Compiègne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale 71, Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biomécanique et Bioingéniérie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modélisation tridimensionnelle

Imagerie tridimensionnelle

Biomécanique

Cinématique

Mesure

Biocapteurs

Capteurs (technologie)

Analyse du mouvement

Expression du visage

Muscles

Mouvements

Paralysie

Face

Mots clés libres

Paralysie faciale

Motion capture

Quantification

Mouvement

Mimique

Métrologie

Suivi

Clinique

Facial paralysis

Movements

Facial expression

Biosensors

Kinematics

Biomechanics

Résumé

La prise en charge des déficits moteurs de la mimique faciale est complexe et nécessite un suivi sur le long terme. Il existe de nombreuses techniques d’évaluation de la mimique faciale déficitaire avec des degrés variables de sensibilité. Cependant, la plupart de ces techniques sont manuelles et qualitatives (testing musculaire et scores cliniques). Elles conduisent donc à des mesures subjectives et peu reproductibles dans le temps. Ces techniques d’évaluation reposent en outre sur l’appréciation de l’évaluateur qui est une source importante de biais. Ainsi, l’apport d’un outil de mesure objectif pour quantifier un déficit et optimiser le suivi et la prise en charge médicale, chirurgicale et rééducative des patients apparait comme nécessaire. L’objectif de ce travail de thèse était donc de développer un outil quantitatif permettant d’évaluer les troubles de la mimique faciale. Dans cette perspective, nous avons mis en place un protocole d’analyse du mouvement par motion capture et avons réalisé des mesures sur une population de référence. Une étude descriptive utilisant un système de capture de mouvement en 3 dimensions a été réalisée sur des volontaires sains (n = 30) âgés de 20 à 30 ans. Le système de capture du mouvement était constitué de 17 caméras optoélectroniques T160 et de 2 caméras vidéo Bonita (Vicon™). Les mouvements étudiés étaient : la fermeture « simple » (non forcée) des paupières, la fermeture forcée des paupières, la protrusion labiale sur le son « o » [o], la protrusion labiale sur le son « pou » [pμ], et un sourire volontaire découvrant les dents. Lors de ces mouvements, nous avons enregistré et analysé le déplacement de 111 marqueurs réfléchissants de 1.5mm placés sur la face des sujets. Pour les cinq mouvements réalisés, nous avons obtenu des données quantitatives. Celles-ci nous ont permis d’identifier les zones d’action pour chacun des mouvements, de mesurer l’amplitude des déplacements et d’obtenir des données comparables dans le temps. Par ailleurs, le protocole mis en place a été évalué et sa réalisation est compatible avec une application clinique. L’analyse de la cinématique de la face est donc une technique appropriée à la clinique qui pourrait faciliter le diagnostic, le suivi et la rééducation des patients. Ce travail a permis de définir des mesures de référence qui constitueront la base d’un outil diagnostic, qu’il convient désormais de mettre en œuvre sur des patients.

The care of facial paralysis is often complex and therefore requires monitoring over the long term. There are many clinical severity scores with varying levels of sensitivity to assess the deficit of facial movement, but most of them are qualitative. The number of assessment methods is an obstacle to monitor patients and treatment evaluation. We need an objective measurement tool to provide reliable measures of resting asymmetry, symmetry of voluntary movement and synkinesis. The aim of this study is to determine if the 3D motion capture of the face is compatible with these clinical criteria. A descriptive study using a 3-dimensional (3D) motion capture system were performed on healthy volunteers (n=30) age from 20 to 30 years. The motion capture system consists of 17 optoelectronic cameras at a frequency of 100Hz. We captured the movements of the face on healthy volunteers. We obtained absolute values: 3D coordinates and relative displacements. These data were free of manual measurements, and the use of 3D motion capture does not impede the facial movement. The average time of capture was less than 10 minutes. The measurements are painless for subjects. Data are collected in a computer and can be easily exported. These results show the feasibility of 3D motion capture of facial movement. The protocol used here could be standardized to be routinely relevant. lt was used in an experimental study to follow up recovery of a facial transplantation. This technique could help to overcome the uncertainty caused by subjective assessment and optimize therapeutic choices.