Evaluation qualitative et quantitative d’un exosquelette de traction lombaire ambulatoire

Qualitative and quantitative evaluation of an ambulatory lumbar traction exoskeleton

• Auteur / Autrice : Mélissa Moulart
• Direction : Frédéric Marin, Nicolas Olivier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biomécanique : Unité de Recherche en Biomécanique et Bioingénierie (UMR-7338)
• Date : Soutenance le 19/10/2023
• Etablissement(s) : Compiègne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale 71, Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biomécanique et Bioingénierie / BMBI

Mots clés

Mots clés contrôlés

Isocinétisme

Cinématique

Biomécanique

Force musculaire

Douleur

Traction (orthopédie)

Troubles musculo-squelettiques

Prévention

Lombalgie

Exosquelette

Mots clés libres

Cinématique du mouvement

Endurance musculaire

Test de Sorensen

Evaluation

Exoskeleton

Biomechanics

Low back pain

Overuse injuries

Traction

Pain

Muscle strength

Kinematics

Isokinetism

Evaluation

Résumé

La lombalgie est un problème de santé publique majeur dans les pays industrialisés, avec des conséquences individuelles et collectives importantes. Depuis plusieurs années, les exosquelettes sont utilisés comme des outils de rééducation, mais sont également envisagés comme des solutions intéressantes pour prévenir les troubles musculosquelettiques liés au travail et maintenir les patients qui en sont atteints dans leur emploi. Cependant, il existe un manque de normes spécifiques et de protocoles d’évaluation pour ces dispositifs à la frontière du médical et du milieu industriel. La question des bénéfices des exosquelettes reste largement ouverte dans la littérature ce qui motive cette thèse visant à évaluer l’impact d’un exosquelette de traction lombaire ambulatoire destiné à prévenir et soulager les lombalgies. Pour cela, trois aspects sont examinés : l’impact de l’exosquelette sur la douleur lombaire chez des sujets lombalgiques à leur poste de travail, l’influence de celui-ci sur l’endurance et la force musculaire des extenseurs et fléchisseurs du rachis lors de tests cliniques (test de Sorensen et mesure sur dynamomètre isocinétique) sur sujets sains et sujets lombalgiques, et l’impact de l’exosquelette sur la cinématique du tronc et sur l'activité musculaire de la ceinture abdomino-lombaire lors de simulations de manutention sur sujets sains. Les résultats de la première étude montrent une diminution de la douleur lombaire liée à l’exosquelette chez 85% des personnes ayant une lombalgie spécifique et une satisfaction de plus de 80% sur les différents critères évalués. La seconde étude ne montre pas de différence significative (sans et avec exosquelette) sur les sujets sains concernant la durée du test de Sorensen et le couple maximal mesuré lors de flexions sur le dynamomètre isocinétique du tronc. Le faible échantillon de sujets lombalgiques ne permet pas de conclure sur ces tests cliniques, mais les résultats sont plutôt prometteurs (tendance à l’augmentation de la durée du test de Sorensen, et augmentation du couple maximal lors du port de l’exosquelette). Enfin, la dernière étude met en évidence une bonne mobilité du tronc avec l’exosquelette, avec une réduction de l’amplitude maximale. Ainsi, le temps passé dans les zones angulaires considérées à risque pour le dos est limité grâce au port du dispositif. Aucune modification de l’activité musculaire de la ceinture abdomino-lombaire n’est observée. Ces résultats suggèrent que l’exosquelette peut être un outil pertinent pour la réinsertion professionnelle et la prévention des lombalgies liées aux sollicitations lombaires dans le milieu professionnel.

Low back pain is a major public health issue in industrialised countries, with significant individual and collective consequences. For several years, exoskeletons have been used as rehabilitation tools but are also considered interesting solutions for limiting musculoskeletal disorders related to work and maintaining patients affected by such disorders in their employment. However, there is a lack of specific standards and evaluation protocols for these devices at the intersection of the medical and industrial fields. The question of the benefits of exoskeletons remains largely unanswered in the literature, which motivates this thesis aiming to evaluate the impact of an ambulatory lumbar traction exoskeleton in preventing and alleviating low back pain. To achieve this, three aspects are examined: the impact of the exoskeleton on low back pain in subjects with low back pain at their workplace, its influence on the endurance and muscular strength of the extensors and flexors of the spine during clinical tests (Sorensen test and isokinetic dynamometer measurements) on healthy subjects and subjects with low back pain, and the impact of the exoskeleton on trunk kinematics and muscular activity of the abdomino-lumbar belt during manual handling simulations on healthy subjects. The results of the first study show a decrease in low back pain associated with the exoskeleton in 85% of subjects with specific low back pain, and satisfaction rates of over 80% based on various evaluated criteria. The second study does not show any significant difference (with and without exoskeleton) in healthy subjects regarding the duration of the Sorensen test and the maximum torque measured during trunk flexion on the isokinetic dynamometer. The small sample size of subjects with low back pain does not allow for conclusive results in these clinical tests, but the findings are rather promising (trend towards increased duration of the Sorensen test and increased maximum torque when wearing the exoskeleton). Finally, the last study highlights good trunk mobility with the exoskeleton, with a reduction in maximum amplitude. Thus, the time spent in angular areas considered risky for the back is limited thanks to the device. No changes in muscular activity of the abdomino-lumbar belt are observed. These results suggest that the exoskeleton can be a relevant tool for professional reintegration and prevention of low back pain related to lumbar loads in the workplace.