Restauration fonctionnelle de la posture et de la marche : vers la coordination des membres valides et déficients

Functional rehabilitation of posture and walking: Coordination of healthy and deficient limbs

• Auteur / Autrice : Rodolphe Héliot
• Direction : Bernard Espiau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Signal, image, parole, télécoms
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Grenoble INPG

Mots clés

Mots clés libres

Restauration fonctionnelle du mouvement

Capteurs embarqués

Oscillateur

Synchronisation

Résumé

Ces travaux s'inscrivent dans le cadre de la restauration fonctionnelle du mouvement des membres inférieurs. Plus précisément, nous nous intéressons au problème de la cohabitation entre les mouvements volontaires et les mouvements contrôlés artificiellement par des techniques telles que l'électro-stimulation fonctionnelle. Nous proposons dans cette thèse d'observer le mouvement des membres valides à l'aide de micro-capteurs embarqués pour améliorer le contrôle des membres déficients chez les patients handicapés. Deux niveaux de coordination sont introduits : un niveau stratégique, où l'on cherche à identifier au plus tôt le mouvement que le patient souhaite effectuer, et un niveau tactique, où l'on cherche à estimer des paramètres du mouvement en cours de réalisation. Notamment, pour assurer la coordination des deux jambes durant la marche, le concept de CPG (Central Pattern Generator) est introduit, et nous proposons une méthode robuste de détection de phase basée sur l'observateur d'un oscillateur non-linéaire. Ce cadre de travail mélange des comportements discrets et continus, et implique la mise en place d'une architecture de commande hybride permettant l'intégration de ces deux aspects. Deux contraintes fortes sont la réduction du nombre de capteurs, et la faible complexité des algorithmes. Les solutions proposées font appel à des modèles des mouvements observés, et ont été validées par des expérimentations temps-réel.

When controlling postural movements through artificial prosthetic limbs or Functional Electrical Stimulation, an important issue is the enhancement of the interaction of the patient with the artificial system through his valid limb motions. We address the problem of the coexistence of voluntary controlled with artificially controlled movements. We propose to observe the valid limbs through movement sensors in order to optimize the interaction at two levels: a strategic level, where we aim at identifying as soon as possible the postural task the patient intends to execute, and a tactic level, where we aim at monitoring the ongoing task in order to estimate some movement parameters. Particularly, to ensure legs coordination during walking, the CPG (Central Pattern Generator) concept is introduced, and we propose a robust phase estimation method based on the observer of a non-linear oscillator. This framework mixes discrete and continuous behaviors; this duality raises some integration issues and implies to setup a hybrid command architecture. Two additional constraints are the required number of sensors, as well as the complexity of the algorithms, that both have to be kept as low as possible.