Cyberthese

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Cyberthèse pour paralysés

L’assistance robotisée offre des possibilités de traitements thérapeutiques de mobilisation aux paralysés. Le LSRO travaille sur un ambitieux projet de rééducation motrice, qui associe orthèse fonctionnelle et électrostimulation neuromusculaire transcutanée. C’est le projet «Cyberthèse». La paralysie est un effet consécutif à une lésion du système nerveux central. Il en résulte une immobilité qui s’accompagne de complications médicales parfois importantes. On peut les prévenir en mobilisant les membres paralysés et en entretenant la musculature par des exercices de physiothérapie ou de fitness. A quoi s’ajoutent désormais des traitements basés sur l’électrostimulation neuromusculaire – ou Stimulation électrique fonctionnelle (SEF). Pour être efficace, un programme de rééducation doit stimuler les muscles selon des séquences et des efforts qui reproduisent le plus fidèlement possible les contractions musculaires naturelles. La cinématique et la dynamique des déplacements articulaires provoquées par électrostimulation doivent être les plus similaires possibles aux mouvements physiologiques.
Un contrôle en boucle fermée des contractions musculaires électroinduites s’avère donc indispensable pour réaliser des mouvements complexes et répétitifs, tels que le pédalage ou le «press-leg». A cet effet, la SEF est associée à une orthèse comprenant des moteurs et des capteurs. Cette technique présente l’avantage de créer une participation active et progressive des muscles. Elle prévient les complications consécutives à la paralysie et favorise la rééducation des membres atteints.

Conception de dispositifs de rééducation motrice et d’assistance à la marche associant orthèse fonctionnelle et électromyostimulation transcutanée rétrocontrôlée.

En rééducation motrice il est essentiel de travailler un mouvement ou un ensemble de mouvements de manière précise et aussi physiologique que possible. Pour la rééducation de la marche, cette exigence est à l’origine de méthodes d’entraînement sur tapis roulant. La mise en oeuvre de cette technique demande aux thérapeutes beaucoup de temps et d’énergie. Le contrôle du mouvement des membres inférieurs par les thérapeutes est d’autant plus difficile que l’atteinte motrice est importante. Une robotisation du déplacement des membres inférieurs permet une meilleure reproduction de la cinématique physiologique. Mais celle-ci ne peut rendre le mouvement actif au delà de la capacité motrice résiduelle du sujet. De plus, la dynamique de marche sur un tapis roulant reste différente de celle de la déambulation sur sol fixe. Il en est de même des informations proprioceptives reçues par le système nerveux central pendant un tel entraînement. De ce fait, les schémas moteurs entraînés avec cette méthode ne sont pas identiques à ceux de la marche normale à rééduquer.
Désireuse d’apporter de nouvelles méthodes de rééducation, la Fondation Suisse pour les Cyberthèses (FSC), reconnue d’utilité publique, a initié un programme visant à développer des dispositifs de rééducation motrice et d’assistance à la marche sur sol, en associant orthèse fonctionnelle et électromyostimulation transcutanée rétrocontrôlée. L’objectif principal est de créer une participation musculaire active tout en conservant les effets dynamiques physiologiques des mouvements et ainsi accélérer le processus de rééducation.

WalkTrainer

/webdav/site/lsro/shared/MDB/DSCN0029_OFFICIAL.jpgEquipement mobile permettant la verticalisation et la locomotion.
Un déambulateur est en cours de développement. Un prototype simplifié est déjà disponible afin de réaliser dans un 1er temps des mesures biomécaniques du bassin. Le contrôle de la motricité et de la direction du système sera également mis au point avec ce prototype. De plus un dispositif de soutien corporel actif et ajustable sera aussi testé. Enfin, une orthèse du bassin est en cours d’étude ainsi que les deux orthèses des jambes qui viendront compléter le système.

Le MotionMaker

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Système stationnaire de mobilisation et de renforcement musculaire

Dans une deuxième étape, un dispositif complet a été développé: le MotionMaker. Celui-ci comporte deux orthèses complètes pour les membres inférieurs. Le contrôleur permet la gestion simultanée des 3 articulations (hanche, genou et cheville) et de 7 muscles (droit antérieur, vastes externe et interne, grand fessier, ischio-jambiers, jambier antérieur et jumeaux) de chaque côté. Des mouvements de leg-press bilatéraux électrostimulés chez des sujets valides ont été testés. L’optimisation et la validation du contrôle en boucle fermée de l’électrostimulation pour des sujets avec lésion médullaire sont en cours. D’autres mouvements tels que le pédalage et la simulation de la marche sont également possibles.
D’un point de vue diagnostic médical, le MotionMaker permet également d’effectuer des mesures de mobilité, de vitesse et de force volontaire articulaire et de spasticité.

Futur projet WalkMaker

/webdav/site/lsro/shared/MDB/cyberthese_de_marche_FR[1].jpgCyberthèse de marche permettant une marche autonome assistée à l’aide de l’électrostimulation rétrocontrôlée. Tel que esquissé, ce dispositif ultra léger est envisagé dans le cas de lésion médullaire incomplète pour apporter par SEF le complément locomoteur nécessaire.

Orthèse du genou

/webdav/site/lsro/shared/MDB/OV0_01_witl_legend[1].jpgDans une première étape, un prototype d’orthèse robotisée du genou a été conçu. Un moteur électrique contrôle la flexion/extension du genou, avec résistance ou aide au mouvement. Des capteurs intégrés transmettent en temps réel les valeurs de moment et de position articulaire au contrôleur de l’orthèse et au stimulateur qui y est associé. Ceci permet un ajustement de la résistance au mouvement et de l’intensité de l’électrostimulation du muscle quadriceps en fonction des paramètres cinématiques et dynamiques choisis. Ce prototype a permis de confirmer la faisabilité d’une électromyostimulation transcutanée rétrocontrôlée, aussi bien chez des sujets valides que chez des sujets para- et tétraplégiques.

Electrostimulateur : Stimwave

/webdav/site/lsro/shared/MDB/stimwave2withlegendFR[1].jpgDe manière à remplir les besoins et les exigences en stimulation électrique fonctionnelles, un élecrostimulateur haute performance a été développé. Il consiste en 20 canaux modulaires indépendants. Les paramètres de chaque canal sont contrôlables en temps réel par une unité central via une liaison série habituelle. Chaque canal délivre un pulse de courant de forme rectangulaire, biphasé symétrique jusqu’à 100 mA. La fréquence et la largeur du pulse sont ajustable dans une plage de 10à 85 Hz et de 100 à 300 µs respectivement. Pour éviter des flux de courant parasite entre les paires d’électrodes, chaque sortie est électriquement flottante. Le souci principal est la sécurité du sujet. C’est pourquoi différent type de sécurité matériel et logiciel ont été implémentés tel que délai de pulse, limitation de courant programmable, test d’ordre de commande, test de communication.