INTRODUCTION À L INGÉNIERIE DE LA RÉADAPTATION

INTRODUCTION À L INGÉNIERIE DE LA RÉADAPTATION GTS- Rachid Aissaoui, Professeur Département de génie de la production automatisée Aut. 2011 1

1. Introduction Dans le domaine de la réadaptation, l expertise de nombreux professionnels travaillant de concert est souvent requise. La personne avec un handicap est le point focal autour du processus de réadaptation. L ingénierie de la réadaptation joue un rôle important dans le processus de réadaptation. Depuis plus de cinquante ans le domaine du génie a contribué de façon significative et majeure dans le processus de réadaptation. Imaginons seulement une personne qui avait perdu l ouïe peut entendre en ayant un implant ou une aide auditive externe, une autre ayant aussi perdu un membre inférieur dû à une amputation peut remarcher grâce à une prothèse du membre inférieure, une personne à mobilité retreinte peut retrouver sa mobilité grâce à un fauteuil roulant manuel ou motorisé, etc L ingénierie de la réadaptation trouve son origine après la Seconde Guerre mondiale, après laquelle il a fallu promouvoir une assistance aux personnes handicapées. L ingénierie de la réadaptation peut être définit de la manière suivante : c est l application de la science et de la technologie pour améliorer la situation de handicap de la personne ayant une déficience (Reswick, 1982). Les dispositifs, les techniques ainsi que les concepts utilisés dans la réadaptation et qui possèdent une base (structure) technologique font partie, grâce à la définition précédente du domaine de l ingénierie de la réadaptation (Robinson, 2006). D ailleurs il existe une loi américaine nommée «Rehabilitation Act» datant de 1973 pour une définition légale : «Rehabilitation engineering means the systematic application of engineering sciences to design, develop, adapt, test, evaluate, apply, and distribute technological solutions to problems confronted by individuals with disabilities in functional areas, such as mobility, communications, hearing, vision, and cognition, and in activities associated with employment, independent living, education, and integration into the community.» On peut penser par un mécanisme réductionniste que l ingénierie de la réadaptation est restreinte aux deux éléments suivants qui sont le design et la phase de production des aides technologiques (Assistive Technology). Un 2

ingénieur en réadaptation et un ingénieur biomédical qui ne doit pas seulement avoir les compétences techniques ainsi que les connaissances du domaine de la biologie, mais aussi la possibilité d intégrer des aspects artistiques, sociaux, psychologiques et financiers. En général l ingénieur en réadaptation travaille dans les déficiences reliées aux systèmes musculo-squelettiques et sensoriels. Dans le paragraphe précédent plusieurs termes aide technique et handicap ont été utilisé. Dans la section suivante nous allons définir les termes suivants : aide technique, déficience, incapacité, et handicap. 2. Brève Histoire du domaine de l ingénierie de la réadaptation Le domaine de l ingénierie de la réadaptation est né après la deuxième guerre mondiale avec le retour des vétérans de la guerre. La technologie des membres artificiels était rudimenditaire au Canada. Colin McLaurin un vétéran de la guerre et ingénieur en aéronautique a initié un programme de recherche à l hôpital de SunnyBrook à Toronto en 1949. Une équipe de 2 personnes travaillant dans le domaine de la réadaptation a développé les premières prothèses (Canadian Symes, Canadian hip disarticulation prosthesis) ainsi que l utilisation de plastique laminé pour l enveloppe externe des membres amputés. En 1957, Le Dr. McLaurin rejoint le Dr. Clinton Compere un chirurgien renommé de l Université Northwestern de Chicago. Le programme «Prosthetic Research Program» a été initié à l Université de Chicago et s est installé à l Institut de réadaptation de Chicago. Sous l impulsion du Dr. Compere des développements significatifs au niveau des prothèses et orthèses des membres supérieurs et inférieurs ont eu lieu. Au même moment à l Université de Berkeley et sous l égide du chirurgien Verne Inman un programme de recherche et développement est né et les premières études dans l analyse biomécanique des prothèses se sont développées dans les laboratoires de Berkeley. À la suite de l épidémie de la poliomyélite aux États-Unis et des enfants de la thalidomide au Canada, il y a eu de manière politique et sociale une demande de trouver des solutions au handicap crée par ces épidémies. La réponse du gouvernement canadien de 3

l époque a été de créer trois centres de recherche dédiés au domaine de la réadaptation : Le «Manitoba Rehabilitation Centre» à Winnipeg, Le «Ontario Crippled Children Center» à Toronto, et l Institut de réadaptation de Montréal. En 1979, une nouvelle société savante à été crée : «RESNA : Rehabilitation Engineering Society of North America». Plusieurs autres sociétés savantes sont nées après en Europe (AAATE) et au Japon (RESJA). 3. Données démographiques En réponse à une demande du congrès américain, l Institut de médecine a préparé un rapport dans les années 1990 sur les connaissances actuelles dans le domaine de la réadaptation et de la science des ingénieurs. On a longtemps utilisé l espérance de vie comme un indice global de la santé de la population aux États-Unis et dans les pays industrialisés. Un changement s opère par l emphase mise graduellement de l espérance de vie à la qualité de vie des personnes ayant une incapacité. En conséquence, on ne se préoccupe plus uniquement de la prévention ainsi que des traitements immédiats des maladies et des blessures, mais de plus en plus des méthodes de réadaptation ainsi que de la promotion de la santé des personnes avec un handicap. Les chiffres les plus souvent avancés pour définir le nombre de personnes handicapées en France se situent entre 3.3 et 5 millions dont 300 000 vivraient en institution. En France, 2,3 millions de personnes sont administrativement reconnues comme handicapées (Lecomte, 2003). Par ailleurs, on estime à 49 millions le nombre de personnes atteinte d une condition incapacitante : cela représente environ 1 personne sur 7 aux États-Unis. De manière approximative environ 1/3 de cette population est sévèrement handicapé pour ne plus être capable de réaliser des activités comparables à leur groupe d âge correspondant comme aller à l école ou travailler. Parmi les incapacités, 1/4 est relié aux déficiences sensorielles, aux paralysies ainsi qu aux déficiences mentales et cognitives, le reste des 3/4 est dû à l emphysème, aux maladies cardio-vasculaires et à l arthrite (Brandt et Pope, 1997). Le coût économique associé à ces incapacités est énorme. En 1994, les 4

coûts directs associés aux dépenses médicales atteignaient les 160 milliards de dollars américains (US $) alors que les coûts indirects reliés à la baisse de la productivité étaient de 155 milliards de dollars pour un total d environ 300 milliards de dollars. La réduction de ces coûts a été clairement associée aux traitements agressifs ainsi qu à l utilisation et le développement des aides techniques. 4. Définition et terminologie 4.1 Aide technique : L aide technique représente tout appareil visant à corriger une déficience, à compenser une incapacité, à prévenir ou à réduire une situation de handicap (CCAT, 1994). Des définitions internationales existent, précisant le champ couvert par les aides techniques. Ainsi, la norme ISO 9999 définit les aides techniques comme : «tout produit, instrument, équipement ou système technique utilisé par une personne handicapée, fabriqué spécialement ou existant sur le marché, destiné à prévenir, compenser, soulager ou neutraliser la déficience, l incapacité ou le handicap». La recommandation 92 du Conseil de l Europe fait référence à la norme ISO 9999 et inclut non seulement les appareillages classiques mais aussi : «Tout outil ou système technique susceptible de faciliter le déplacement, la manipulation, la communication, le contrôle de l environnement, les activités simples ou complexes de la vie quotidienne, domestique, scolaire, professionnelle ou sociale». Les aides techniques apportent des solutions dans les domaines suivants: les déplacements (fauteuil roulant, déambulateur, aménagement de véhicules ), les transferts (barre, potence, lève personne ), l'habitat (mobilier, sanitaire, cuisine ), la communication (téléphone, informatique, domotique ), l'habillage, 5

l'hygiène, les repas, les activités ménagères etc. (Lecomte, 2004). La figure 1 montre un exemple de ces aides techniques. Nous verrons plus loin les différents types d aides techniques existantes, mais nous allons définir les termes suivants essentiels au développement du processus d adaptation-réadaptation : déficience, incapacité et handicap. Figure 1 : exemple d aide technique. De gauche à droite aide auditive externe, prothèse fémorale totale, aide à la marche «canne», et enfin une aide technique à la mobilité fauteuil roulant manuel. 4.2 Déficience (Impairment) La déficience est définie comme toute perte de substance ou altération d une structure ou fonction psychologique ou anatomique, organique, mentale ou physiologique résultant d un état pathologique extériorisable (OMS, 1988). 4.3 Incapacité (Disability) C est la résultante d une déficience qui se caractérise par une perturbation, par excès ou par défaut, partielle ou totale, de la capacité d une personne d accomplir des activités physiques, mentales ou comportementales selon les normes établies pour les êtres humains (OMS, 1988). 6

4.4 Handicap (Handicap) Les désavantages causés par une déficience ou une incapacité qui limitent ou empêchent une personne d accomplir les rôles sociaux et culturels qu elle souhaite réaliser, s appellent handicaps (OMS, 1988). Le processus de production d une situation de handicap repose sur 4 composantes majeures : la pathologie, la déficience, Les limites fonctionnelles, et l incapacité. Le tableau 1 issu de l ouvrage de Brandt et Pope (1997). 7

La figure 2 montre le processus conceptuel de la validité-invalidité. Le carré dans la figure 2.a représente l environnement physique et social dans lequel se trouve la personne. Suite à un processus incapacitant, les besoins de la personne augmentent par à l environnement initial : la figure 2b représente la personne ayant une incapacité débordant du cadre de son environnement initial. Les besoins de la personne handicapée grandissent. Le processus de réadaptation tend à rectifier cette situation en essayant de restaurer au maximum possible les fonctions cognitives, sensorielles et motrices de l individu (Fig. 2c), ou bien modifier l environnement (Fig. 2d). Figure 2 : Schéma conceptuel du processus de validité-invalidité. 4.5 Classification des aides techniques Il existe 11 groupes d aides techniques : l aide à la l hygiène et aux soins corporels, l aide à la communication, l aide à la mobilité, l aide aux fonctions sensorielles, l aide au repos ou au maintien à domicile, l aide aux tâches domestiques, l aide à l intégrité du corps et à l esthétique, les aides à la cohérence, les aides à l apprentissage, à la culture et aux loisirs, les aides 8

techniques à l aménagement de véhicules, et enfin les aides techniques relevant de l aménagement du logement. 4.5.1 Les aides à l hygiène et aux soins corporels On distinguera pour plus de clarté : a) les aides à l hygiène corporelle directe ou «produits pour incontinence» les produits absorbants communément appelés «couches» les produits pour incontinence non absorbants : étuis péniens, sondes vésicales d autosondage, poches de recueil, urinal. les produits pour stomisés : poches, accessoires dont les pâtes. b) les matériels sanitaires : d aide au bain, à la douche, à la toilette. barres d appui, sur élévateurs de toilette, cadres de toilette, chaises garde robe, sièges élévateurs de bain, brancards, chaises, fauteuils roulants et sièges, tabourets de douche, planches et sièges de bain, fixes ou pivotants, brosses, éponges, peignes à long manche, coquilles de bain, c) Les aides à l habillement : enfile bouton enfile bas et chaussettes boutons indicateurs de couleurs 4.5.2 Les aides à la mobilité a) Les aides aux déplacements : Les fauteuils roulants : manuels, électriques, verticalisateurs, et les fauteuils roulants à pousser Les dispositifs à propulsion électriques ou de facilitation Les poussettes, 9

Les tricycles, Les scooters. b) Les aides à la marche et au maintien Cannes, Béquille, Déambulateurs, Rollators, Appareil de soutien partiel, Appareil modulaire de verticalisation, Cadres de marche Coques talonnières Chaussures orthopédiques sur mesure, chaussures thérapeutiques de série et chaussures destinées à recevoir des appareils de marche Orthèses et prothèses externes sur mesure c) Aides au transfert L essentiel de ces aides est représenté par les soulèves personnes et les sangles, les plaques tournantes de transfert étant marginales. d) Aides à la préhension et à la manipulation : L essentiel de ce marché est représenté par les pinces à long manche et à un moindre degré, les tournes pages. 4.5.3 Les aides au repos et au maintien à domicile Cerceaux pour lit, Coussins de série de positionnement des hanches et des genoux pour polyhandicapés, Fauteuils releveurs, Lits médicaux, Matelas simples pour lits, Matelas et coussins d aide à la prévention des escarres, Coussins de décharge des talons, genoux et coudes, Tables de lit 10

Sièges coquilles et siège de série modulable. 4.5.4 Les aides aux fonctions sensorielles a) Les aides pour déficients visuels lunettes (verres de correction et montures) lentilles de contacts, aides visuelles pour amblyopes télescopiques et microscopiques, loupes téléagrandisseurs, vidéoloupes connexion TV, réveils montres parlantes montres en braille b) Les aides pour déficients auditifs : audioprothèses (contours, intra, lunettes, boîtiers) et accessoires, accessoires d implants cochléaires (boîtier, antenne.. ;) c) Les aides à la parole et à la voix prothèses vocales 4.5.5 Les aides à la communication machines à lire, machines à parler abécédaires logiciels adaptés tablettes et poinçons téléphones adaptables synthétiseurs vocaux, agendas et blocs notes parlants, imprimantes braille, calculatrices à systèmes vocaux, systèmes grossissants de télévision à circuit fermé, matériels informatiques et interfaces spécifiques, machines à taper en braille, photocopies en braille, tablettes et poinçons, téléphones avec boucles d induction, avec flash intégré. 11

4.5.6 Les aides aux tâches domestiques Couteaux, fourchettes adaptés Mesures à doser Rebords d assiettes Balances parlantes Fours parlants Machines à manger Plaques de cuisson parlantes 4.5.7 Les aides à l intégrité du corps et à l esthétique prothèses oculaires prothèses faciales, prothèses mammaires externes, postiches (ex. cheveux synthétiques) gants, revêtements pour prothèses externes. 4.5.8 Les aides à la cohérence cannes blanches, casques de protection, systèmes d alarme et de surveillance sonores, lumineux et vibrants, pendentifs radar ou casquettes radar, systèmes de localisation (GPS), pictogrammes. 4.5.9 Les aides à l apprentissage, à la culture et aux loisirs mappemondes en braille, ballons de sport à grelots, livres en braille jeux adaptés jeux d éveil, outils multisensoriels 12

4.5.10 Aides techniques à l aménagement des véhicules Volants adaptés, sièges de voiture adapté Systèmes pour entrer un VHP dans la voiture Aménagement de la conduite. 4.5.11 Aides techniques relevant de l aménagement du logement salles de bain et baignoires adaptées, chariots douches sièges douches à hauteur variable rampe d accès, franchisseur d escalier, monte escalier, plan incliné, plateforme monte escalier, plate forme élévatrice. mini ascenseurs système de contrôle d environnement à la voix. 5. Exemple d aide technique Le paragraphe qui suit donne quelques exemples d aides techniques. La figure 3 montre l exemple du thankchair : un fauteuil roulant motorisé tout-terrain. La figure 4 montre le fameux fauteuil roulant motorisé ibot3000. Ce fauteuil permet de se surélevé sur les 2 roues arrières. Malgré l avancée technologique d aujourd hui, les fauteuils roulants motorisés ne représentent que 6% du parc des fauteuils roulants avec 90% de fauteuil roulant manuel et 4% de scooter. La figure 5 montre le design d une orthèse de genou à rigidité variable selon le chargement. La figure 6 montre la commande d une main artificielle par un signal électromyographique des muscles de l avant-bras. La figure 7 montre un appareil de réadaptation robotique destiné à faire réapprendre la locomotion à des personnes blessé médullaire (Jezernik et coll., 2004). 13

Figure 3 : Thankchair issu de http://www.powerchair-review.fsnet.co.uk/tankchair.htm Figure 4 : Le IBOT 3000, http://www.powerchair-review.fsnet.co.uk/ibot-3000-transporterindependence-technology.htm#balancing 14

Figure 5: Orthèse de genou développée à la NASA (1998) 15

Figure 6 : Main artificielle commandé par un signal EMG (Pan et coll., 2004) Figure 7 : Appareil de réadaptation robotique de la marche (Jezernik et coll., 2004). 16

6. Évaluation des aides techniques L évaluation des aides techniques est une opération très complexe, car celle-ci doit être évaluée de manière à voir sa contribution au processus de réadaptation. La qualité de la technologie dépend beaucoup de la personne qui va l utiliser. En d autres termes le but de l évaluation est la satisfaction de l usager (Galvin et Philippe, 1991). Comparer les aides techniques du point de vue objectif seulement est insuffisant pour dresser soit une classification basée uniquement sur la performance (Aissaoui et Li, 2003; Fergusson-Pell et coll., 2006). Références Aissaoui, R., Li, Y. 2003. Évaluation des aides techniques à la posture. Agence d Évaluation des Technologies et Modes d Intervention en Santé (AÉTMIS), Rapport-3, 55 pages. Brandt, E. N., Pope, A. M. 1997. Enabling America: Assessing the Role of Rehabilitation Science and Engineering. Committee on Assessing Rehabilitation Science and Engineering, Institute of Medicine. National Academic Press, 424 p. Reswick, J. 1982. What is rehabilitation engineering?, in Annual Review of Rehabilitation, Vol. 2, E.L. Pan, T.E. Backer, and C.L. Vash, Eds., Springer- Verlag, New York. Robinson, C.J. 2006. Rehabilitation Engineering, in Biomedical Engineering Fundamentals, Bronzino J.D., Eds, CRC Taylor & Francis, pp. 67. Conseil consultatif sur les aides technologiques (CCAT). Petit vocabulaire des aides techniques. 1994. 71p. Hobson D.A. 2002. Reflections on rehabilitation engineering history: Are there lessons to be learned?. Journal of Rehabilitation Research and Development Vol. 39 No. 6, pp.17 22. Jezernik, S., Colombo, G., Morari,M. 2004. Automatic Gait-Pattern Adaptation Algorithms for Rehabilitation with a 4-DOF Robotic Orthosis. IEEE Trans. on Robotics & Automation, Vol. 20, No. 3, pp. 574-582. Lecomte D. 2003. Aides techniques : situations actuelles, données économiques, proposition de classification et prise en charge. Rapport. Secrétariat d'état aux personnes handicapées, France, 04/2003. 270 pages Organisation mondiale de la santé (OMS). Classification internationale des handicaps: déficiences, incapacités et désavantages un manuel de 17

classification des conséquences des maladies, INSERM-CTNERHI, France, 1988, 206 p. Pan T-T., Fan P-L., Chiang, H.K., Chang, R-S., Jiang, J-A. 2004. Mechatronic Experiments Course Design: A Myoelectric Controlled Partial-Hand Prosthesis Project. IEEE Trans. on Education, Vol. 47, No. 3, pp. 348-355. 18