Réunion d’hiver 2007 (18/01/2007)

Journée thématique « Modélisation et Simulation pour le Handicap »

Matinée scientifique organisée par Antonio Pinti
LAMIH UMR CNRS 8530 Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis

à la Maison de la Recherche – Salle D323, 28 rue Serpente, Paris 6ème

Objectif de la journée
Faire le point sur les travaux de différentes équipes travaillant dans les domaines de la modélisation et simulation pour le handicap. Elle sera l’occasion de présenter 4 projets de recherches issus des université de Reims, Montpellier, Valenciennes et Clermont-Ferrand.

Programme

10h L. Seddiki, K. Guelton, L. Afilal, S. Moughamir, N. Manamanni, CReSTIC, URCA, Université de Reims
Modélisation et commande d’une machine de rééducation des membres inférieurs en chaîne musculaire fermée

De nombreux dispositifs d’aide à la rééducation des membres et des articulations du corps humain ont été mis au point pour aider les cliniciens à rééduquer les patients suite à un traumatisme articulaire et/ou musculaire. Ces dispositifs, parfois anciens, méritent d’être modernisés en les dotant de technologies actuelles. C’est dans cet esprit que la conception d’un dispositif de rééducation du genou à été entrepris par le CReSTIC. Celui-ci permettra la mesure des différents paramètres nécessaires à la mise en œuvre d’un modèle biomécanique tridimensionnel du genou ainsi qu’un renforcement musculaire adapté aux pathologies les plus courantes. Le choix de la structure mécanique d’une telle machine peu se faire en fonction des techniques de rééducation des membres inférieurs : en chaîne musculaire dite « ouverte » ou « fermée ». Le travail en chaîne musculaire ouverte correspond à un exercice « pied considéré libre ». Cette technique, très efficace pour le renforcement et l’évaluation de la force de groupes musculaires isolés, possède un inconvénient majeur : la rééducation en chaine musculaire ouverte provoque des contraintes importantes du complexe articulaire pouvant engendrer des douleurs importantes lors d’une utilisation intensive. Le travail musculaire en chaîne fermée correspond à un exercice ou le pied repose sur un support. Il augmente la stabilité articulaire et contribue, par conséquent, à la diminution des douleurs antérieure du genou. Par ailleurs, la rééducation de patients hémiplégiques s’avère meilleure puisque le travail en chaîne musculaire fermée se ramène d’avantage à la fonction normale du membre inférieur. De ce fait, le choix d’une structure cinématique pour une future machine de rééducation permettant un travail en chaîne musculaire fermée s’impose. Par analogie aux systèmes robotisés l’ensemble mécanique Patient, Machine de rééducation constitue une chaîne cinématique fermée et est modélisé à l’aide du formalisme de Lagrange. Enfin, La simulation de celle-ci permet la validation d’hypothèses liées aussi bien à la conception mécanique qu’aux aspects systèmes de control commande de la future machine.

10h30 S. Mohammed, P. Poignet, D. Guiraud, P. Fraisse LIRMM, Université de Montpellier
Synthèse de mouvement et commande de muscles squelettiques sous stimulation électrique fonctionnelle

L’exposé portera sur le travail de thèse de S. Mohammed concernant la restauration de mouvement des membres paralysés par Stimulation Electrique Fonctionnelle. La première partie de l’exposé concerne la synthèse de mouvement et la génération de séquences de stimulation lors de la co-contraction de muscles antagonistes. Deux approches basées sur la minimisation des activités musculaires ont été proposées dans ce contexte, une approche statique et une dynamique. La deuxième partie présente la synthèse de lois de commandes robustes (modes glissants, prédictif) pour le contrôle d’une articulation des membres inférieurs sous Stimulation électrique fonctionnelle. Des résultats de simulation illustrent les performances de chaque approche en termes de temps de réponse, de stabilité et de robustesse.

11h P. Pudlo, J. F. Debril, P. Gorce, A. Thévenon, F. X. Lepoutre, LAMIH, Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis
Efforts articulaires développes par le déficient moteur durant l’accessibilité au véhicule automobile : Un indice de l’inconfort ?

Le ressenti lors de la réalisation du mouvement d’accessibilité au véhicule automobile est un facteur important pour la clientèle notamment si celle-ci est âgée ou présente des dysfonctionnements de l’appareil locomoteur. Traditionnellement, les constructeurs automobiles réalisent l’évaluation ergonomique du mouvement d’entrée-sortie, sur des prototypes ou des maquettes à échelle réelle, à partir de questionnaires. L’objectif des travaux engagés vise à construire un/des critère(s) d’évaluation de l’inconfort basé(s) sur la cinématique et la dynamique du mouvement réalisé ou simulé. Ce papier s’intéresse aux efforts développés au sein des articulations des membres inférieurs, chez le déficient moteur, durant une partie de ce mouvement tridimensionnel. Les membres inférieurs sont modélisés par 3 segments rigides (pied, jambe, cuisse). Chaque chaîne cinématique comporte 9ddl, les articulations sont de type rotoïde. L’anthropométrie est calculée à partir d’équations de régression. Les efforts articulaires sont calculés via l’algorithme proposé par Legnani (1996). La population compte 41 sujets, des sujets jeunes, âgés et déficients moteurs. Le dispositif expérimental comporte un système de capture de mouvement de type VICON®, 4 véhicules automobiles représentatifs de 4 sections véhicules, 2 plate formes de force disposées à l’entrée des véhicules automobiles. Chaque sujet réalise un mouvement d’entrée sortie sur chaque véhicule. En parallèle avec ces mesures, les sujets répondent à un questionnaire concernant le ressenti. Enfin, des tests sur machine iso cinétique sont réalisées afin d’estimer des couples articulaires maximum.
Les efforts articulaires sont présentés et explicités pour un sujet déficient moteur pour les 4 véhicules. Il est observé que lorsque le couple articulaire calculé pour la flexion du genou avoisine la valeur du pic de couple maximal mesuré lors des tests iso cinétiques, le sujet juge le véhicule inconfortable. Ce résultat tend à confirmer la pertinence des efforts articulaires dans la construction du ou des critères d’inconfort de ce mouvement.

11h30 C. Lavet, A. Pinti, H. Toumi, Th. Siatras, J. C. Le Flohic, G. Poumarat, ERIM, Université d’Auvergne
Electrostimulation du muscle dénervé

La stimulation électrique peut être utilisée pour d’entretenir la trophicité musculaire en attendant la repousse nerveuse. Après interruption des voies motrices, il est noté une diminution de la masse musculaire, du diamètre des fibres et donc de la force contractile. On observe un glissement du phénotype musculaire au profit des fibres de type II, s’accompagnant d’une augmentation de fatigabilité. Le choix des types de courant devrait permettre d’influer sur la typologie musculaire et aurait aussi une influence sur la récupération de la sensibilité. Cependant la régénération axonale est dépendante de la gravité de l’atteinte (axonotmesis, neurotmésis ou axotomie) qui peut entraîner une dégénérescence Wallérienne, une reinnervation aberrante. De ce fait la récupération fonctionnelle est souvent partielle. Il apparait donc important au plan clinique et d’une manière non invasive d’évaluer objectivement l’impact de la dénervation et des protocoles de rééducation mis en œuvre. La réponse musculaire électro induite est dépendante de la gravité de l’atteinte. Même dans le cas de lésions comparables chaque individu va réagir d’une manière qui lui est propre et suivant des facteurs annexes pouvant être liés à la motivation du sujet à son environnement social par exemple. D’autre part, les lésions et leurs conséquences fonctionnelles sont souvent multiples, il est alors impossible de prendre en compte qu’un seul paramètre ; le praticien se doit de viser une rééducation aussi complète que possible. Au plan des réactions purement musculaires il convient de prendre en compte la production et le décrément de force mais aussi les paramètres temporels des secousses musculaires obtenues sous stimulation électrique. La durée des séances se doit d’être adaptée pour chaque patient. Au vu des résultats obtenus il semble exister un nombre de stimulation optimal par séance. Au-delà on peut s’interroger sur la pertinence d’induire une fatigue importante sur des territoires musculaires déjà fragilisés. Cela suppose par ailleurs la mise en place de systèmes de mesures semi automatisés, intégrés aux protocoles de rééducation ce qui serait une aide certaine aux thérapeutes et surtout un plus pour les patients. Cette approche n’est qu’une étape qui doit se prolonger par une étude systématique de l’impact des différentes techniques de stimulation électrique aussi bien sur l’aspect moteur que sensoriel lors du traitement en rééducation des muscles dénervés.

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