Contexte Exemple d applications Déficiences sensori-motrices et assistance au mouvement
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- Stéphane Patrick Marier
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1 1 Contexte Exemple d applications Déficiences sensori-motrices et assistance au mouvement C. Azevedo Journée du GT8 Robotique et Neurosciences, Jeudi 23 juin
2 EPI DEMAR 2 Solutions d assistance, suppléance et rééducation fonctionnelles dans le cadre de déficiences sensori-motrices problème clinique Outil principal : stimulation électrique modélisation Motivation : recherche appliquée à une problématique clinique è solution concrète pour le patient 2
3 Contexte et problématique Le système sensori-moteur 3 SNP nerfs moteurs nerfs sensitifs SNC Muscles Capteurs 3
4 Contexte et problématique Lésions du SNC 4 Lésions médullaires SNP nerfs moteurs nerfs sensitifs SNC Muscles Capteurs 4
5 Contexte et problématique Le système sensori-moteur 5 Lésions du cerveau SNP nerfs moteurs nerfs sensitifs SNC Muscles Capteurs 5
6 Contexte et problématique La technique de la stimulation électrique 6 impulsions électriques appliquées sur la surface de la peau recouvrant le muscle ou le nerf I PW T=1/f 6 6
7 Contexte et problématique La technique de la stimulation électrique 7 impulsions électriques appliquées directement sur le muscle ou le nerf I PW T=1/f 7 7
8 Contexte et problématique La technique de la stimulation électrique 8 Axon Muscular fibers of one motor unit Force Action Potential t t Stimulus t 8
9 Contexte et problématique La technique de la stimulation électrique 9 DEMAR 9
10 Observer pour mieux contrôler 10 Améliorer la coordination entre membres valides sous contrôle volontaire et membres déficients sous contrôle artificiel. 1. Observer 2. Interpréter 3. Contrôler Contrainte : minimisation le nombre de mesures et solutions réalistes dans le contexte visé (calibration ) 10
11 11 Exemple d application n 1 Assistance aux transferts chez le sujet paraplégique 11
12 12 Transfert assis-debout sous SEF Projet SUAW trop coûteux énergétiquement - trop contraignant pour les épaules 12
13 Détection du mouvement de lever de chaise chez le sujet valide Collab. B. Espiau (INRIA), R. Héliot (INRIA/CEA), D. David (CEA-LETI) 13 Accéléromètres goniomètres 13
14 Détection du mouvement de lever de chaise chez le sujet valide Collab. B. Espiau (INRIA), R. Héliot (INRIA), D. David (CEA-LETI) sujets valides 23 a 45 ans Variabilité faible intra / inter Accéléromètres goniomètres 14
15 Détection du mouvement de lever de chaise chez le sujet valide Collab. B. Espiau (INRIA), R. Héliot (INRIA/CEA), D. David (CEA-LETI) Création d une référence Accéléromètres goniomètres 15
16 Détection du mouvement de lever de chaise chez le sujet valide Collab. B. Espiau (INRIA), R. Héliot (INRIA/CEA), D. David (CEA-LETI) Création d une référence 2. Comparaison de la mesure à la référence Accéléromètres goniomètres 16
17 Détection du mouvement de lever de chaise chez le sujet valide Collab. B. Espiau (INRIA), R. Héliot (INRIA/CEA), D. David (CEA-LETI) 17 algorithme de reconnaissance au plus tôt du mouvement : comparaison de la mesure à une référence par corrélation Moyenne des retards de détection : 0.7 ms Écart type : 40 ms Sensibilité : 97 % Spécificité : 76 % Accéléromètres goniomètres 17
18 Synchronisation de la stimulation électrique des jambes de sujets paraplégiques avec le mouvement de leur tronc Collab. C. Fattal (Propara), J. Jovic (INRIA), R. Pissard (INRIA) 18 - Adaptation de la méthode de détection de lever de chaise - Étude de l influence de l instant de déclenche de la stimulation des jambes sur les efforts des membres supérieurs - intégrer le délais entre l application de la stimulation et la réponse effective du muscle = anticiper 18
19 Synchronisation de la stimulation électrique des jambes de sujets paraplégiques avec le mouvement de leur tronc Collab. C. Fattal (Propara), J. Jovic (INRIA), R. Pissard (INRIA) 19 19
20 Synchronisation de la stimulation électrique des jambes de sujets paraplégiques avec le mouvement de leur tronc Collab. C. Fattal (Propara), J. Jovic (INRIA), R. Pissard (INRIA) 20 20
21 Synchronisation de la stimulation électrique des jambes de sujets paraplégiques avec le mouvement de leur tronc Collab. C. Fattal (Propara), J. Jovic (INRIA), R. Pissard (INRIA) 21 Exemple : efforts maximum membres sup. sujet 2 Autorisation CPP Nîmes Octobre
22 Synchronisation de la stimulation électrique des jambes de sujets paraplégiques avec le mouvement de leur tronc Collab. C. Fattal (Propara), J. Jovic (INRIA), R. Pissard (INRIA) 22 22
23 23 Exemple d application n 2 Assistance à la marche chez le sujet hémiplégique 23
24 Marche hémiplégique 24 - après un AVC récupération neurologique dans les mois qui suivent, mais dans 10 à 20% des cas le syndrome de pied tombant (drop foot) persiste. - Drop foot : incapacité plus ou moins importante à relever le pied en phase oscillante de la marche (jambier antérieur) - Rééducation/suppléance fonctionnelles 24
25 Correction du pied tombant 25 Pas d assistance Releveur de pied Drop foot stimulator 25
26 Correction du pied tombant 26 Drop foot stimulators classiques : - déclenchement / «événement» discret - séquence de stimulation pré-progammée - manque d adaptabilité : chgmts rythme, tâches posturales - fatigabilité précoce stimulateur électrodes activation I t (sec) Capteur footswitch 26
27 Observation en continu du cycle de marche Collab. B. Espiau (INRIA), R. Héliot (INRIA/CEA), D. David (CEA-LETI) 27 stimulateur activation I t (sec) électrodes 27
28 Observation en continu du cycle de marche Collab. B. Espiau (INRIA), R. Héliot (INRIA/CEA), D. David (CEA-LETI) 28 " Modélisation du signal capteur (cyclique) par un oscillateur non linéaire " Construction d un observateur du modèle Système Σ (oscillateur) Sortie doit simuler au mieux les mesures capteurs Mesures Observateur de Σ État 28
29 Observation en continu du cycle de marche Collab. B. Espiau (INRIA), R. Héliot (INRIA/CEA), D. David (CEA-LETI) 29 Mesures Observateur État ϕ Oscillateur 29
30 Observation en continu du cycle de marche Collab. B. Espiau (INRIA), R. Héliot (INRIA/CEA), D. David (CEA-LETI) 30 Mesures Observateur État Isochrones X * I(Φ) 30
31 Observation en continu du cycle de marche Collab. B. Espiau (INRIA), R. Héliot (INRIA/CEA), D. David (CEA-LETI) 31 Mesures Observateur État Patron activation musculaire phase ϕ 0 %cycle marche 100 Oscillateur 31
32 Activation de la stimulation électrique pendant la marche d un sujet hémiplégique Collab. R. Pissard (INRIA), F. Jammes (INRIA), J. Froger (CHU Nîmes) 32 32
33 Activation de la stimulation électrique pendant la marche d un sujet hémiplégique Collab. R. Pissard (INRIA), F. Jammes (INRIA), J. Froger (CHU Nîmes) 33 électrodes IMU stimulateur Autorisation CPP Nîmes Juin
34 Activation de la stimulation électrique pendant la marche d un sujet hémiplégique Collab. R. Pissard (INRIA), F. Jammes (INRIA), J. Froger (CHU Nîmes) 34 34
35 Activation de la stimulation électrique pendant la marche d un sujet hémiplégique Collab. R. Pissard (INRIA), F. Jammes (INRIA), J. Froger (CHU Nîmes) 35 3 sujets hémiplégiques ont testé le système. L algorithme de détection/ déclenchement semble robuste et efficace. 35
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