Conception et intégration de dispositifs innovants à base de matériaux organiques pour application à la prothèse myoélectrique

Development and integration of organic polymers based devices for prostheses

• Auteur / Autrice : Timothée Roberts
• Direction : Jozina de Graaf
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences du Mouvement Humain
• Date : Soutenance le 12/09/2018
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences du Mouvement Humain (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Sciences du Mouvement Etienne Jules Marey (ISM)
• Jury : Président / Présidente : Christian Bénar
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Hervé, Valéry Bouquet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean Paysant, Paolo Cavallari

Mots clés

Mots clés contrôlés

Muscles -- Contraction

Membre fantôme

Prothèses myoélectriques

Mots clés libres

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Résumé

Le travail de cette thèse est né suite aux résultats récents que 77% des patients amputés du membre supérieur ont un membre fantôme mobile. L’équipe de chercheurs dans laquelle ce présent travail est fait a montré que les contractions musculaires associé au membre fantôme peuvent être utilisées pour le contrôle de prothèses. Cependant, (1) ce contrôle « basé fantôme » est pour l’instant validé en contexte de laboratoire, et (2) les phénomènes entourant les membres fantômes sont encore mal compris. Ce travail de thèse CIFRE a visé à élaborer des matrices d'électrodes fines afin de détecter les activités musculaires associées aux mouvements fantômes pour (1) les incorporer dans l’emboiture de la prothèse afin de pouvoir faire des tests avec des prothèses portées, et (2) d’explorer les présumées réorganisations neuromusculaires au niveau du membre résiduel. Ces objectifs ont amené à développer et tester des électrodes fines et sèches sur divers supports : le Kapton, le papier, le textile et le tattoo temporaire. Cette étude exhaustive de supports a été permise par l’utilisation couplée d’un polymère conducteur apprécié dans la littérature actuel, le PEDOT :PSS, pour la fabrication d’électrodes et d’une méthode de fabrication par jet de matière. Enfin, divers méthodes d'analyses des signaux électromyographiques ont été étudiées. Pour conclure, ces travaux ont permis de diversifier les techniques et matériaux de création d’électrodes sèches et permettront enfin les tests de contrôle basé « mouvement fantôme » de prothèses myoélectriques portées, ainsi que l’étude la réorganisation des jonctions neuromusculaires du membre résiduel après amputation du membre supérieur.

The present work has its origin in recent results showing that 77% of upper limb amputees declare having phantom limb mobility. The team conducting this project was able to develop a method of controlling myoelectric prostheses based on the muscle contractions linked to phantom limb mobility. However, (1) this phantom-based mode of control is only validated in a laboratory setup without actually wearing the prosthesis on the residual limb, and (2) while it seems possible to use phantom mobility, we are still far from understanding it’s neurophysiological origin. The present work aimed to develop matrices of thin dry electrodes in order to (1) allow the creation of an embedded prosthesis with phantom-mobility-based control, and (2) explore the possible reorganization of motor endplates in the residual limb. These goals leaded to the fabrication of electrodes on multiple substrates. Kapton, paper, Textile and temporary tattoos were invistigated. The possibility to work on such different substrates was permitted by a biocompatible conducting polymer, PEDOT:PSS, used for the fabrication of the electrodes, and the use of inkjet printing technology. The dry electrodes were characterized and compared to wet Ag/AgCl electrodes (containing conducting gel) commonly used in electrophysiological recordings. For the latter, algorithms for the detection of innervations zones, developed in the literature, have been studied. In conclusion, the present thesis contributed to the diversification of technics and materials used for the creation of dry electrodes, and now opens the study of reorganization of innervation zones in residual limb muscles after upper limb amputation.