Étude et conception d’objets de rééducation instrumentés pour le suivi de l’activité motrice des membres supérieurs des patients après un AVC

Study and design of instrumented rehabilitation objects for monitoring the motor activity of patients' upper limbs after stroke

• Auteur / Autrice : Maxence Bobin
• Direction : Mehdi Ammi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 05/11/2018
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique pour la mécanique et les sciences de l'ingénieur (Orsay, Essonne ; 1972-2020) - Laboratoire d'intégration des systèmes et des technologies (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2001-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Thierry Val
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mehdi Ammi, Thierry Val, Stéphanie Buisine, Jean-Marie Burkhardt, Eric Monacelli, Margarita Svétoslavova Anastassova
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Stéphanie Buisine, Jean-Marie Burkhardt

Mots clés

Mots clés contrôlés

Suivi de cohortes de malades

Internet des objets

Réadaptation

Maladies cérébrovasculaires

Mots clés libres

Accident vasculaire cérébral

Suivi de l’activité motrice des membres supérieurs

Rééducation

Études expérimentales

Objets instrumentés

Bilan Moteur

Stroke

Monitoring of motor activity of the upper limbs

Rehabilitation

Experimental Studies

Instrumented objects

Motor assessment

Résumé

Avec le vieillissement de la population, l’Accident Vasculaire Cérébrale (AVC) est l’un des principaux problèmes de santé et touche 15 millions de personnes par an à travers le monde. Après un AVC, de nombreux troubles moteurs et sensoriels, qui ont un impact direct sur les activités de la vie quotidienne (AVQ), peuvent apparaître comme le manque de coordination, la spasticité ou les tremblements. Afin de rétablir au maximum leurs capacités motrices et sensorielles, les patients doivent suivre un processus de rééducation long et coûteux. De plus, le suivi et l’évaluation des patients se fait à partir d’observations visuelles. Peu voire aucune information objective et quantifiable sur la réalisation des exercices n’est collectée pendant les séances de rééducation. Ainsi, des informations potentiellement cruciales sur les capacités motrices des patients ne sont pas mesurées. De nombreuses plates-formes de rééducation et de suivi ont été développées pour collecter des informations objectives à l’aide de la réalité virtuelle, augmentée, d’écrans interactifs ou de dispositifs portables. Cependant, ces plates-formes peuvent présenter des contraintes de coût, de portabilité et d’utilisabilité.L’objectif de cette thèse est de proposer des outils permettant d’améliorer l’accompagnement des patients durant la rééducation fonctionnelle en offrant aux professionnels de santé un suivi plus représentatif de l’état de santé de ces derniers séance après séance. Ce suivi s’effectue à l’aide d’informations objectives et quantifiables sur les fonctions motrices des membres supérieurs collectées par des objets instrumentés de capteurs. Sur la base de l’état de l’art et des résultats d’une étude observationnelle réalisée auprès de quatorze professionnels de santé, nous avons développé cinq objets de rééducation instrumentés pour le suivi des fonctions motrices de la main et du bras et des activités de la vie quotidienne qui se matérialisent par : (i) un osselet qui collecte des informations sur la dextérité manuelle (position et pression des doigts, orientation, mouvements irréguliers, tremblements), (ii) un cube qui collecte des informations sur la préhension globale de la main (pression globale des doigts, orientation, mouvements irréguliers et tremblements), (iii) un bracelet connecté du commerce qui collecte des informations sur les fonctions motrices du bras (mouvements du bras, mouvements irréguliers et tremblements), (iv) un vêtement instrumenté qui mesure l’angle de flexion du coude et (v) un verre qui collecte des informations sur les fonctions motrices du bras et de la main lors de séquences d’actions complexes (niveau de liquide, orientation, position sur une cible, pression des doigts et tremblements) et qui permet de reconnaître les activités de la vie quotidienne boire, s’asseoir, se lever, marcher, monter et descendre des escaliers. Nous avons conduit une étude expérimentale auprès de quatorze professionnels de santé afin d'explorer l'ensemble des fonctionnalités ainsi que le design des objets afin de récolter des retours sur de possibles améliorations. Les résultats de cette étude nous ont permis s’assurer de la validité des fonctionnalités et de développer des interfaces de visualisation visant à afficher les données de manière simple, rapide et facile à interpréter. Nous avons mené une étude auprès de six professionnels de santé afin de valider le développement de ces interfaces. Les résultats indiquent que les choix de conception de ces interfaces de visualisation sont pertinents. Enfin, nous avons mené une étude expérimentale d’utilisabilité et d’acceptabilité auprès de neuf patients victimes d’AVC. Les résultats indiquent que les critères d’efficacité et de satisfaction de l’utilisabilité sont respectés. De plus, les patients ont jugé les objets faciles à utiliser et sont volontaires pour les utiliser pendant les séances de rééducation et à domicile afin d’adapter leur programme de rééducation en fonction de leurs progrès.

As the population ages, stroke is one of the major health problems affecting 15 million people worldwide each year. After a stroke, many motor and sensory disorders, which have a direct impact on activities of daily living (ADL), can appear as lack of coordination, spasticity or tremors. In order to restore their motor and sensory abilities as much as possible, patients must undergo a long and costly rehabilitation process. In addition, patient monitoring and evaluation is based on visual observations. Little or no objective and quantifiable information on the execution of exercises is collected during rehabilitation sessions. Thus, potentially crucial information on patients' motor abilities is not measured. Many rehabilitation and monitoring platforms have been developed to collect objective information using virtual reality, augmented, interactive screens or portable devices. However, these platforms may have cost, portability and usability constraints.The objective of this thesis is to propose tools to improve the accompaniment of patients during the process of functional rehabilitation by offering health professionals a more representative follow-up of the state of health of these, session after session. This monitoring is carried out using objective and quantifiable information on the motor functions of the upper limbs collected by objects instrumented with sensor. On the basis of the state of the art and the results of an observational study conducted with fourteen health professionals, we developed five instrumented rehabilitation objects for monitoring the motor functions of the hand and arm and the activities of daily life that are materialized by: (i) a jack that collects information on manual dexterity (finger position and pressure, orientation, irregular movements, tremors), (ii) a cube that collects information on overall hand grip (overall finger pressure, orientation, irregular movements and tremors), (iii) a commercially available connected watch that collects information on arm motor functions (arm movements), (iv) an instrumented garment that measures the bending angle of the elbow and (v) a cup that collects information on the motor functions of the arm and hand during complex action sequences (fluid level, orientation, position on a target, finger pressure and tremors) and allows the recognition of activities of daily living such as drinking, sitting, standing, walking, climbing and descending stairs. We conducted an experimental study with fourteen healthcare professionals to explore the functionalities and the design of the objects in order to gather feedback on possible improvements. The results of this study allowed us to tighten the measurement perimeter and make the objects more functional. This study also allowed us to develop visualization interfaces to display data in a simple, fast and easy to interpret manner. We conducted a study with six healthcare professionals to validate the development of these interfaces. The results indicate that the design choices of these visualization interfaces are relevant. Finally, we conducted an experimental usability and acceptability study in nine stroke patients. The results indicate that the efficiency and usability satisfaction criteria are met. The results show that patients found the objects easy to use and are willing to use them during rehabilitation sessions and at home to adapt their rehabilitation program according to their progress.