Livre blanc : Vecteur de validation T7

Matthew C. Varley, Susanne Ellens, David Carey. Groupe de recherche sur le sport, la performance et la nutrition, School of Allied Health, Human Services & Sport, La Trobe University, Melbourne, VIC, Australie.

1. Introduction
2. Méthodes
3. Analyses statistiques
4. Résultats
5. Résumé
6. Les références

1. INTRODUCTION

Les systèmes de suivi des athlètes sont devenus un outil essentiel pour le sport. Ces systèmes permettent aux praticiens de quantifier et d'analyser les mouvements des athlètes pour mieux comprendre la charge d'entraînement, les performances physiques, le comportement tactique et le risque de blessure.¹

Bien que de nombreux systèmes de suivi soient disponibles, la plupart présentent des limites lorsqu'ils sont utilisés à l'intérieur. Le système de positionnement local ClearSky (SLP) est une technologie qui permet de suivre et de mesurer les performances des athlètes dans des environnements intérieurs. Plus précisément, le système génère la position et les mesures dérivées de la position telles que la distance, la vitesse et l'accélération.

Le Vecteur T7 est un nouvel appareil portable utilisé avec le système ClearSky. Le Vector T7 est similaire aux appareils précédents utilisés avec ClearSky (Vector S7 et Catapult T6), avec une fréquence d'échantillonnage de 10 Hz.

Cependant, le Vecteur T7 utilise un protocole de différence de temps d'arrivée (TDOA) pour dériver la position alors que les appareils précédents utilisent un protocole de télémétrie bidirectionnelle (TWR). L'avantage du protocole TDOA est qu'il nécessite une consommation d'énergie considérablement inférieure pour l'appareil par rapport au protocole TWR tout en conservant la précision des données de position.

Cette réduction de puissance permet de réduire la taille du dispositif. La taille réduite de l'appareil permet Vecteur T7 à porter à plusieurs positions sur l'athlète, y compris le placement traditionnel entre les omoplates ou placé à la taille.

Les systèmes de suivi des athlètes nécessitent la validation de leur capacité à mesurer les mouvements des athlètes pour que les praticiens aient confiance dans les données leur permettant de prendre des décisions concernant les entraînements et les matchs. Comme pour toute technologie, les fabricants publieront des modèles mis à jour au fil du temps, à mesure que des améliorations seront apportées au matériel des appareils et à leurs algorithmes sous-jacents.

Chaque nouveau modèle nécessite une validation pour déterminer la capacité du nouvel appareil à mesurer ce qu'il est censé mesurer (par exemple, la position, la vitesse et l'accélération).¹ Cela se fait généralement en comparant les données de l'appareil à une mesure critère. Le système Vicon est un système de caméra de capture de mouvement considéré comme la référence en matière de mesure de position. Il est courant que Vicon soit utilisé comme mesure critère dans la validation de la technologie de suivi des athlètes.^{2, 3}

Des études ont évalué la validité des appareils Catapult T6 pour mesurer la distance, la vitesse et l'accélération lors de tâches spécifiques aux sports d'équipe, y compris les efforts maximaux linéaires et les mouvements de changement de direction.^4,5,6

Ces études ont utilisé un système de caméra de capture de mouvement (Vicon ou Qualisys Oqus) comme critère de mesure, toutes les études concluant que le Catapulte T6 les appareils avaient une validité acceptable pour évaluer les mouvements des athlètes. Étant donné que le Vector T7 n’a été développé que récemment, la validation de cet appareil est requise.

Le but de cette étude était donc d’évaluer la validité de la nouvelle Vecteur T7 appareils pour mesurer la distance, la vitesse et l’accélération.

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2. MÉTHODES

Six participants masculins actifs sur le plan récréatif (âgés de 28,8 ± 5,6 ans) ont participé à cette étude. Tous les participants ont donné leur consentement écrit pour leur participation à l'étude et les procédures utilisées ont été menées avec l'approbation du comité d'éthique de la recherche humaine de l'Université de La Trobe.

La collecte des données a été réalisée dans une salle de sport mesurant 40 x 70 m, composée de trois terrains de basket-ball. Les participants ont effectué sept essais de mouvements différents dans une zone de 20 x 5 m sur l'un des terrains de basket-ball. Au cours des essais, les données sur les mouvements des joueurs ont été collectées via un LPS (Catapult ClearSky, Catapult, Melbourne, Australie) et un système d'analyse de mouvement à 20 caméras (Vantage, Vicon Motion Systems, Oxford, Royaume-Uni).

Une description et un schéma de chaque essai sont présentés dans Tableau 1 et figure 1. Il a été demandé aux participants d'effectuer tous les essais à une intensité maximale et de s'arrêter complètement à la fin de l'essai (décélération). Les participants ont effectué un échauffement de 5 minutes avant le début de l'essai. Chaque essai de mouvement a été réalisé deux fois pour un total de 14 essais, chaque essai étant séparé d'environ 3 minutes. 

Les participants étaient équipés de quatre Vecteur T7 appareils positionnés à quatre endroits différents. Un appareil a été positionné entre les omoplates du participant à l'aide du gilet fourni par le fabricant.

Les trois dispositifs restants ont été positionnés autour de la taille des participants, en particulier à l'avant (coupe transversale du point médian entre les deux épines iliaques antéro-supérieures), sur le côté gauche (coupe transversale du point médian entre les épines iliaques antéro-supérieures et postéro-supérieures) et à l'arrière ( coupe transversale du point médian entre les deux épines iliaques postéro-supérieures) dans un clip de ceinture personnalisé fourni par le fabricant qui se clipsait sur le short des participants.

Outre les essais de mouvement, un essai statique a été réalisé pour évaluer le Vecteur T7 dispositifs pour la stabilité de leur positionnement à l’aide d’un protocole de placement fixe. Trois appareils ont été placés chacun sur un trépied (élévation de 1,5 m) et laissés collecter des données pendant une période de 10 minutes. Parmi les dispositifs, deux étaient placés au centre du terrain intermédiaire et un sur le large bord du terrain.

Le ClearSky LPS a été installé autour de la salle de sport et était constitué de 21 nœuds d'ancrage fixés à une hauteur moyenne de 8,4 m du sol avec une distance moyenne de 10,4 m entre chaque nœud. Les données ont été capturées à 10 Hz et traitées à l'aide du logiciel du fabricant (OpenField version 3.9.0). Les données de vitesse, d'accélération, de position xy et d'odomètre (distance cumulée) ont été exportées pour chaque essai pour une analyse plus approfondie.

L'échantillonnage du système d'analyse de mouvement (Vicon) à 20 caméras à 100 Hz a été utilisé comme critère de mesure de la distance, de la vitesse et de l'accélération. Les caméras ont été montées sur des trépieds et placées à 3 m du périmètre de la zone où les essais de mouvement ont été effectués. Quatre marqueurs rétroréfléchissants d'un diamètre de 32 mm ont été placés à l'extérieur du gilet fourni par le fabricant et de chaque clip de ceinture contenant les dispositifs Vector T7, en correspondance avec le milieu de chaque dispositif.  

Les données Vicon ont été étiquetées et traitées avec Vicon Nexus 2.14. Le traitement des données brutes Vicon consistait à filtrer à l'aide d'un filtre passe-bas Butterworth du quatrième ordre avec une fréquence de coupure de 3 Hz qui a été déterminée sur la base d'une analyse résiduelle. Les lacunes dans les données ≤ 50 ms (5 échantillons) ont été comblées à l'aide d'une interpolation spline, les lacunes ≥ 50 ms ont été exclues de l'analyse. Les coordonnées XY des données Vicon filtrées à 100 Hz ont été utilisées pour l'analyse, les coordonnées z (déplacement vertical) ont été négligées dans les calculs car ClearSky était configuré pour un positionnement bidimensionnel (2D).

Pour chacun des quatre marqueurs Vicon dans chaque essai de mouvement (n = 320), la vitesse 2D a été calculée en différenciant les données de position et en appliquant le même filtre utilisé dans le logiciel du fabricant sur les données LPS. Cette information a été fournie aux chercheurs par le fabricant ; cependant, les détails ne sont pas inclus ici en raison de la propriété intellectuelle du fabricant. De même, l'accélération a été calculée en différenciant les données de vitesse et en filtrant à l'aide des spécifications du fabricant.

Les métriques dérivées de Vicon ont été échantillonnées à 10 Hz, puis synchronisées avec les données Catapult par corrélation croisée des signaux de vitesse pour trouver le décalage temporel qui maximisait la corrélation. Tous les traitements et analyses de données ont été effectués à l'aide du langage de programmation statistique R (version 4.0.4).⁷ et le paquet gsignal⁸.

Tableau 1. Description des essais de mouvement

Essai #	Description
1	Sprint linéaire de 5 m
2	Sprint linéaire de 10 m
3	Sprint linéaire de 20 m
4	Sprint linéaire de 5 m en changement de direction de 45 degrés en sprint linéaire de 5 m
5	Sprint linéaire de 5 m en changement de direction à 90 degrés en sprint linéaire de 5 m
6	Sprint linéaire de 5 m en changement de direction à 180 degrés en sprint linéaire de 5 m
7	Un circuit impliquant une combinaison de sprints linéaires et de changement de direction

Figure 1.A) Schéma des sept essais de mouvements différents. B) Lors de la configuration lors de la collecte des données, tous les essais ont commencé à partir du point de référence de départ (cercle blanc), des caméras Vicon (trapèze noir), des nœuds d'ancrage ClearSky (triangles blancs). Remarque : Salle de sport entière (40 x 70 m n'est pas représentée dans son intégralité pour plus de clarté).

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3. ANALYSES STATISTIQUES

Essais de mouvement

Les mesures suivantes ont été calculées pour chaque essai comparant le Vecteur T7 et données dérivées de Vicon ; différence standard moyenne (RMSD) pour la vitesse et l'accélération et différence absolue moyenne (MAD) pour la distance de position d'un échantillon à l'autre. Les essais Vicon comportant plus de 10% de données manquantes ont été exclus des analyses (n = 12) en raison de l'introduction d'effets de bord par l'approche de filtrage là où des lacunes existaient dans les données. Les résultats sont présentés sous forme d'intervalles moyen, médian et interquartile (IQR) pour chaque mesure, dans tous les essais, et stratifiés par emplacement de l'appareil et type de mouvement.

Essais statiques

Pour les essais de dispositifs statiques, la distance de position et le déplacement d'un échantillon à l'autre ont été calculés. Les résultats sont présentés sous forme de moyenne, médiane, IQR et total cumulé pour la distance et le déplacement du premier au dernier échantillon dans l'essai de 10 minutes. Le « odomètre » métrique du fabricant a été inclus dans les résultats de chaque appareil comme point de référence pour la distance parcourue calculée.

4. RÉSULTATS

Essais de mouvement

Les différences entre ClearSky LPS et la vitesse dérivée de Vicon sont indiquées dans Tableau 2 et figure 2. Parmi les quatre positions du dispositif testées, le dispositif porté dans le gilet avait le RMSD moyen et médian le plus petit, et le dispositif porté à l'avant de la taille était le plus élevé.

Cette observation a été répétée pour le RMSD en accélération (Tableau 3 et figure 2). Les essais de mouvements linéaires présentaient l'accord le plus étroit entre les méthodes pour la vitesse. Les 180⁰ L'essai de changement de direction a donné lieu aux valeurs RMSD les plus élevées pour l'accélération.

Tableau 2. Vitesse RMSD (m·s^-1) entre les appareils Catapult et le système d'analyse de mouvement Vicon.

		N	Signifier	Médian	IQR
	Tous	308	0.19	0.14	0.11 – 0.21
Emplacement de l'appareil	Gilet	79	0.14	0.12	0.09 – 0.15
	Dos	77	0.20	0.15	0.12 – 0.22
	Devant	76	0.24	0.17	0.14 – 0.27
	Côté gauche	76	0.18	0.13	0.11 – 0.18
Type de mouvement	Linéaire	140	0.17	0.12	0.09 – 0.18
	MORUE 45	44	0.27	0.22	0.14 – 0.32
	DCO 90	43	0.18	0.15	0.11 – 0.20
	DCO 180	48	0.18	0.14	0.13 – 0.17
	Circuit	33	0.22	0.18	0.17 – 0.24

Tableau 3. Accélération RMSD (m·s^-2) entre les appareils Catapult et le système d'analyse de mouvement Vicon.

		N	Signifier	Médian	IQR
	Tous	308	0.79	0.76	0.64 – 0.91
Emplacement de l'appareil	Gilet	79	0.75	0.74	0.62 – 0.81
	Dos	77	0.77	0.76	0.60 – 0.91
	Devant	76	0.85	0.83	0.66 – 0.97
	Côté gauche	76	0.79	0.79	0.65 – 0.88
Type de mouvement	Linéaire	140	0.69	0.73	0.60 – 0.81
	MORUE 45	44	0.67	0.67	0.48 – 0.87
	DCO 90	43	0.75	0.74	0.66 – 0.85
	DCO 180	48	1.24	1.25	1.16 – 1.32
	Circuit	33	0.77	0.80	0.73 – 0.86

Figure 2. Résultats de vitesse RMSD (première rangée) et d'accélération (deuxième rangée) pour chaque essai, stratifiés par emplacement de l'appareil (première colonne) et type de mouvement (deuxième colonne).

Tableau 4 montre le MAD dans la distance d'échantillon à échantillon dérivée des données de suivi de position Vector T7 et Vicon. Dans tous les essais, la différence moyenne était de 0,39 m, les différences étaient plus importantes au niveau du dispositif porté à l'avant de la taille et lors de l'essai de mouvement en circuit.

Tableau 4. MAD en distance d'échantillon à échantillon (m) entre les appareils Catapult et le système d'analyse de mouvement Vicon.

		N	Signifier	Médian	IQR
	Tous	308	0.04	0.03	0.02 – 0.05
Emplacement de l'appareil	Gilet	79	0.03	0.03	0.02 – 0.04
	Dos	77	0.04	0.03	0.02 – 0.04
	Devant	76	0.05	0.04	0.03 – 0.06
	Côté gauche	76	0.04	0.03	0.03 – 0.04
Type de mouvement	Linéaire	140	0.03	0.03	0.02 – 0.04
	MORUE 45	44	0.04	0.04	0.03 – 0.05
	DCO 90	43	0.04	0.03	0.03 – 0.04
	DCO 180	48	0.04	0.03	0.03 – 0.04
	Circuit	33	0.07	0.06	0.05 – 0.09

Essais statiques

La distance médiane et la distance échantillon à échantillon IQR pour tous les appareils fixes étaient nulles (Tableau 5), indiquant que dans la majorité des pas de temps, les appareils n'ont pas modifié leurs coordonnées x ou y.

Cependant, les appareils ont enregistré certains changements de position, de sorte que la distance moyenne entre les échantillons était d'environ 1 à 2 mm. Sur 10 minutes, il n'y a pas eu de biais directionnel fort et la localisation finale des appareils était très proche de leur position initiale (déplacement final de l'ordre de quelques centimètres).

Le traitement et le filtrage exclusifs des données inclus dans le calcul de la distance cumulée par le fabricant (la variable « odomètre ») ont pu corriger les petits changements de position et ont renvoyé des distances totales inférieures à 0,02 m.

Tableau 5. Résultats d'essais statiques (trois appareils laissés à l'arrêt pendant 10 minutes).

	Dérivé des positions x, y
	Distance entre échantillons successifs (m)			Déplacement à l'échantillon final (m)	Odomètre à l'échantillon final (m)
Appareil	Signifier	Médian	IQR
Tous	0.001898	0	0 – 0
1	0.001644	0	0 – 0	(-0.02, -0.05)	0.02
2	0.001548	0	0 – 0	(-0.03, -0.06)	0.00
3	0.002502	0	0 – 0	(-0.06, -0.05)	0.01

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5. RÉSUMÉ

• Vecteur T7 les appareils avaient un faible RMSD pour les mesures de vitesse et d'accélération et un faible MAD pour les mesures de distance lors d'essais de mouvement impliquant des taux élevés d'accélération, de décélération et de changement de direction.
• Vecteur T7 les appareils affichaient un RMSD faible similaire pour les mesures d'accélération dans tous les essais de mouvement, à l'exception d'un changement de direction à 180 degrés où le RMSD était légèrement plus élevé. Cela est probablement dû aux mouvements dans cet essai impliquant des taux d'accélération/décélération plus élevés et suggère que l'erreur augmente à mesure que le taux de changement de vitesse augmente. Cependant, cette erreur peut encore être considérée comme faible (RMSD moyen de 1,24). 
• Le placement du gilet a entraîné l'erreur la plus faible pour les mesures de vitesse, d'accélération et de distance, tandis que le placement du dispositif à l'avant de la taille a entraîné l'erreur la plus élevée. Quel que soit l'emplacement du dispositif, tous les emplacements ont entraîné une faible erreur sur toutes les mesures, avec un RMSD ≤ 0,85. 
• La stabilité de position des appareils Vector T7 à l'arrêt était élevée avec une distance moyenne entre les échantillons d'environ 1 à 2 mm.
• La faible erreur suggère que l'appareil Vector T7 utilisé conjointement avec ClearSky fournit une mesure valide de la vitesse, de l'accélération et de la distance lors de tâches spécifiques aux sports d'équipe, y compris les efforts linéaires maximaux et les mouvements de changement de direction.

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6. LES RÉFÉRENCES

1. Malone, JJ, Lovell, R., Varley, MC et Coutts, AJ (2017). Déballer la boîte noire : applications et considérations pour l'utilisation des appareils GPS dans le sport. Revue internationale de physiologie et de performance du sport, 12(s2), S2-18.
2. Linke, D., Link, D. et Lames, M. (2018). Validation des performances électroniques et des systèmes de suivi EPTS en conditions de terrain. PloS un, 13(7), e0199519.
3. Linke, D., Link, D. et Lames, M. (2020). Validité spécifique au football des systèmes de suivi vidéo optique de TRACAB. PloS un, 15(3), e0230179.
4. Luteberget, LS, Spencer, M. et Gilgien, M. (2018). Validité du système de positionnement local Catapult ClearSky T6 pour les exercices spécifiques aux sports d'équipe, en conditions intérieures. Frontières en physiologie, 9, 115.
5. Serpiello, FR, Hopkins, WG, Barnes, S., Tavrou, J., Duthie, GM, Aughey, RJ et Ball, K. (2018). Validité d'un système de positionnement local ultra-large bande pour mesurer la locomotion dans les sports en salle. Revue des sciences du sport, 36(15), 1727-1733.
6. Hodder, RW, Ball, KA et Serpiello, FR (2020). Critère de validité du système de positionnement local Catapult ClearSky T6 pour mesurer la distance inter-unités. Capteurs, 20(13), 3693.
7. Équipe de base R (2021). R : Un langage et un environnement pour le calcul statistique. Fondation R pour le calcul statistique, Vienne, Autriche. URL https://www.R-project.org/
8. Van Boxtel, GJM, Laboissière, R. et Wilhelm, HD (2021). gsignal : Traitement du signal. URL : https://github.com/gjmvanboxtel/gsignal

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