Étude de la modélisation de la spasticité et de l’interaction patient-exosquelette dans le cadre de la paralysie cérébrale de l’enfant

Patient-exoskeleton interaction in the context of cerebral palsy in children

• Auteur / Autrice : Sabrina Otmani
• Direction : Guilhem Michon, Bruno Watier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique, mécanique des matériaux
• Date : Soutenance le 08/12/2022
• Etablissement(s) : Toulouse, ISAE
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Clément Ader (Toulouse ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Institut supérieur de l'aéronautique et de l'espace (Toulouse, Haute-Garonne). Département mécanique des structures et matériaux
• Jury : Président / Présidente : Gaël Chevallier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guilhem Michon, Bruno Watier, Nathanaël Jarrassé, Christine Azevedo
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Nathanaël Jarrassé, Christine Azevedo

Mots clés

Mots clés contrôlés

Robotique en médecine

Exosquelette

Enfants infirmes moteurs cérébraux

Biomécanique

Mots clés libres

Biomecanique

Robotique

Exosquelette

Paralysie Cerebrale

Enfant

Biomechanics

Robotics

Exoskeleton

Cerebral Palsy

Child

Résumé

La paralysie cérébrale (PC) spastique est une pathologie qui touche près d'1 enfant sur 500 à la naissance. Cette pathologie crée de nombreux problèmes moteurs notamment lors de la marche (hyper-flexion du genou notamment) et se caractérise par une hypertonie musculaire. Chaque paralysie cérébrale a sa propre sévérité mesurée par différentes échelles. Actuellement, très peu d'aide motrice sont disponibles pour les enfants. Le marché des assistances robotisées se focalise principalement sur les adultes car ce sont des sujets plus ayant le moins d'évolution (pathologies qui ne changent pas, croissance terminée) et avec lesquels il est plus facile de travailler. L'objectif de ce projet est de permettre à d'avantage d'enfants atteints de paralysie cérébrale d'avoir accès à un système robotisé à anthropométrie adaptée afin d'améliorer leur marche tant dans un contexte de réeducation au sein de structures adaptées mais aussi au quotidien.L'enfant atteint de cette paralysie cérébrale doit être pris en charge le plus tôt possible. Le but est de permettre à ce que l'enfant réapprenne à marcher : en effet, la plasticité cérébrale des enfants est plus importante que celle des adultes et permet potentiellement à l'enfant d'apprendre rapidement.Le but de cette thèse est ainsi de comprendre l'impact de paralysie cérébrale spastique sur la marche humaine ainsi que de la modéliser. Une fois la modélisation réalisée par le biais de différentes expérimentations, une méthode de contrôle de cette spasticité est créée afin de corriger la cinématique pathologique de l'enfant.Cette thèse a abouti à la modélisation personnalisée d'une marche spastique ainsi que d'un premier contrôle de cette marche afin de la faire converger vers une marche plus saine.

Spastic cerebral palsy (CP) is a pathology that affects nearly 1 in 500 children at birth. This pathology creates numerous motor problems, particularly when walking (hyper-flexion of the knee in particular) and is characterised by muscular hypertonia. Each cerebral palsy has its own severity measured by different scales. Currently, very few motor aids are available for children. The market for robotic aids is mainly focused on adults because they are the subjects with the least evolution (pathologies that do not change, growth completed) and with whom it is easier to work. The objective of this project is to allow more children suffering from cerebral palsy to have access to a robotic system with adapted anthropometry in order to improve their walking both in the context of rehabilitation within adapted structures and in everyday life. The aim is to enable the child to learn to walk again: indeed, the brain plasticity of children is greater than the one of adults and potentially allows the child to learn quickly.The aim of this thesis is to understand the impact of spastic cerebral palsy on human walking and to model it. Once the modelling is done through different experiments, a method to control this spasticity is created in order to correct the pathological kinematics of the child.This thesis resulted in the personalised modelling of a spastic gait and a first control of this gait in order to make it converge towards a healthier gait.