L'analyse de la démarche clinique est généralement subjective, étant effectuée par des cliniciens observant la démarche des patients. Des alternatives à une telle analyse sont les systèmes basés sur les marqueurs et les systèmes basés sur les plates-formes au sol. Cependant, cette analyse standard de la marche nécessite des laboratoires spécialisés, des équipements coûteux et de longs délais d'installation et de post-traitement. Les chercheurs ont fait de nombreuses tentatives pour proposer une alternative basée sur la vision par ordinateur pour l'analyse de la demarche. Avec l'apparition de caméras 3D bon marche, le problème de l'évaluation qualitative de la démarche a été re-examiné. Les chercheurs ont réalisé le potentiel des dispositifs de cameras 3D pour les applications d'analyse de mouvement. Cependant, malgré des progrès très encourageants dans les technologies de détection 3D, leur utilisation réelle dans l'application clinique reste rare.Cette thèse propose des modèles et des techniques pour l'évaluation du mouvement à l'aide d'un capteur Microsoft Kinect. En particulier, nous étudions la possibilité d'utiliser différentes données fournies par une caméra RGBD pour l'analyse du mouvement et de la posture. Les principales contributions sont les suivantes. Nous avons réalisé une étude de l'etait de l'art pour estimer les paramètres importants de la démarche, la faisabilité de différentes solutions techniques et les méthodes d'évaluation de la démarche existantes. Ensuite, nous proposons un descripteur de posture basé sur un nuage de points 3D. Le descripteur conçu peut classer les postures humaines statiques a partir des données 3D. Nous construisons un système d'acquisition à utiliser pour l'analyse de la marche basée sur les donnees acquises par un capteur Kinect v2. Enfin, nous proposons une approche de détection de démarche anormale basée sur les données du squelette. Nous démontrons que notre outil d'analyse de la marche fonctionne bien sur une collection de données personnalisées et de repères existants. Notre méthode d'évaluation de la démarche affirme des avances significatives dans le domain, nécessite un équipement limité et est prêt à être utilisé pour l'évaluation de la démarche. / Clinical Gait analysis is traditionally subjective, being performed by clinicians observing patients gait. A common alternative to such analysis is markers-based systems and ground-force platforms based systems. However, this standard gait analysis requires specialized locomotion laboratories, expensive equipment, and lengthy setup and post-processing times. Researchers made numerous attempts to propose a computer vision based alternative for clinical gait analysis. With the appearance of commercial 3D cameras, the problem of qualitative gait assessment was reviewed. Researchers realized the potential of depth-sensing devices for motion analysis applications. However, despite much encouraging progress in 3D sensing technologies, their real use in clinical application remains scarce.In this dissertation, we develop models and techniques for movement assessment using a Microsoft Kinect sensor. In particular, we study the possibility to use different data provided by an RGBD camera for motion and posture analysis. The main contributions of this dissertation are the following. First, we executed a literature study to estimate the important gait parameters, the feasibility of different possible technical solutions and existing gait assessment methods. Second, we propose a 3D point cloud based posture descriptor. The designed descriptor can classify static human postures based on 3D data without the use of skeletonization algorithms. Third, we build an acquisition system to be used for gait analysis based on the Kinect v2 sensor. Fourth, we propose an abnormal gait detection approach based on the skeleton data. We demonstrate that our gait analysis tool works well on a collection of custom data and existing benchmarks. Weshow that our gait assessment approach advances the progress in the field, is ready to be used for gait assessment scenario and requires a minimum of the equipment.

Les modèles animaux d’arthrose permettent d’évaluer le potentiel d’agents thérapeutiques en phase préclinique de développement. Le présent ouvrage tient compte du chien comme modèle d’arthrose naturelle (chez l’animal de compagnie) ou expérimentale (par sectionnement chirurgical du ligament croisé crânial). Au sein des expérimentations, la force de réaction au sol verticale maximale, mesurée lors de l’analyse cinétique de la locomotion, est proposée comme témoin d’effets fonctionnels et structuraux sur ces modèles d’arthrose. Sur un modèle canin d’arthrose naturelle, le seuil de changement minimal détectable a été déterminé. Les changements au dysfonctionnement locomoteur peuvent désormais être cernés en s’affranchissant de la marge d’erreur inhérente à la mesure de la force verticale maximale. Il en découle l’identification de répondants lors d’essais cliniques entrepris chez le chien arthrosique. Une analyse rétrospective a, par la suite, déterminé un taux de répondants de 62.8% et d’une taille d’effet de 0.7 pour des approches thérapeutiques actuellement proposées aux chiens arthrosiques. Cette analyse détermina également que la démonstration d’une réponse thérapeutique était favorisée en présence d’un fort dysfonctionnement locomoteur. Sur un modèle canin d’arthrose par sectionnement chirurgical du ligament croisé crânial, la force verticale maximale a démontré une relation inverse avec certains types de lésions arthrosiques évaluées à l’aide d’imagerie par résonance magnétique. Également, la sensibilité de la force verticale maximale a été mise en évidence envers la détection d’effets structuraux, au niveau de l’os sous-chondral, par un agent anti-résorptif (le tiludronate) sur ce même modèle. Les expérimentations en contexte d’arthrose naturelle canine permettent de valider davantage les résultats d’essais cliniques contrôlés utilisant la force verticale maximale comme critère d’efficacité fonctionnelle. Des évidences cliniques probantes nécessaires à la pratique d’une médecine basée sur des faits sont ainsi escomptées. En contexte d’arthrose expérimentale, la pertinence d’enregistrer le dysfonctionnement locomoteur est soulignée, puisque ce dernier est en lien avec l’état des structures. En effectuant l’analyse de la démarche, de pair avec l’évaluation des structures, il est escompté de pouvoir établir la répercussion de bénéfices structurels sur l’inconfort articulaire. Cet ouvrage suggère qu’une plateforme d’investigations précliniques, qui combine le modèle canin d’arthrose par sectionnement chirurgical du ligament croisé crânial à un essai clinique chez le chien arthrosique, soit un moyen de cerner des bénéfices structuraux ayant des impacts fonctionnels. Le potentiel inférentiel de ces modèles canins d’arthrose vers l’Homme serait ainsi favorisé en utilisant la force verticale maximale. / Animal models of osteoarthritis are useful to evaluate the potential of osteoarthritis therapeutics at the preclinical stage of development. In this thesis, the dog is used as a model of naturally-occurring (i.e. companion animal) and experimentally induced (i.e. by surgical transection of the cranial cruciate ligament) osteoarthritis. The peak of the vertically-oriented ground reaction force, which is measured during kinetic gait analysis, is proposed to be an indicator of structural and functional benefits in these models of osteoarthritis. In a canine model of naturally-occurring osteoarthritis, the threshold of the minimal detectable change in peak vertical force was determined. An improvement in the locomotor disability can now be identified according to the measurement error (noise) of the peak vertical force. This allows the identification of responders when the peak vertical force is used as an outcome measure of functional benefits. A retrospective analysis later determined that current therapeutic approaches provided a responder rate of 62.8% with an effect size of 0.7 in dogs with naturally-occurring osteoarthritis. This analysis also determined that the therapeutic response is favored in cases of severe locomotor disability.   In a canine model of osteoarthritis induced by surgical transection of the cranial cruciate ligament, the peak vertical force demonstrated an inverse relationship with different types of structural changes, as evaluated upon magnetic resonance imaging. The sensitivity of the peak vertical force to detect structural benefits on the subchondral bone was also shown in this model using an antiresorptive agent (i.e. tiludronate). The experiments conducted in dogs with naturally-occurring osteoarthritis further validate findings from clinical trials in which the peak vertical force is used as an outcome measure of functional benefits. The practice of an evidence-based medicine is then expected. The experiments conducted in dogs with surgically-induced osteoarthritis support the recording of the locomotor disability, being in line with the level of the structural changes. By performing gait analysis in addition to structural evaluations, it is expected to establish the impact of structural benefits on joint discomfort This thesis suggests that a platform for preclinical investigations, which combines the canine model of osteoarthritis induced by surgical transection of the cranial cruciate ligament and a clinical trial in dogs with naturally-occurring osteoarthritis, offers the opportunity to discern structural benefits having functional impacts. A better prediction of outcomes for human clinical trials is expected by using the peak vertical force.