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Un exosquelette pour les paraplégiques

Les dispositifs robotiques sont de plus en plus utilisés pour assister les patients présentant des déficiences des fonctions motrices. Grâce à un nouvel exosquelette adaptable, le projet Symbitron espère révolutionner la rééducation des patients.
Un exosquelette pour les paraplégiques
Les lésions de la moelle épinière (LME) peuvent entrainer une paraplégie, soit la perte de la mobilité de la partie inférieure du corps. Des efforts de recherche récents pour traiter les LME et rendre aux patients une mobilité partielle ont débouché sur la mise au point d’exosquelettes d’assistance. En considérant que la mobilisation active du système neuromusculaire des personnes atteintes de LME pourrait contribuer à la récupération motrice, les exosquelettes doivent être sensibles à la fois à l’utilisateur et à l’environnement.

Le projet Symbitron, une initiative sur quatre années financée par l’UE, avait pour objectif de développer un exosquelette sûr, bio-inspiré, personnalisé et portable. «Notre principale gageure était de permettre aux patients atteints de LME de marcher sans assistance supplémentaire, en complétant leurs fonctions motrices encore opérationnelles», explique le coordinateur du projet, le professeur Herman van der Kooij.

Une conception axée sur le patient

L’exosquelette Symbitron repose sur une solution complètement sur mesure qui vient compléter les capacités fonctionnelles restantes qui sont spécifiques à chaque patient. Sa conception est unique dans la mesure où elle réplique la fonctionnalité neuromusculaire physiologique tout en intégrant harmonieusement les fonctions motrices résiduelles de la personne concernée.

Les chercheurs ont eu recours à des modèles dynamiques de muscles des membres inférieurs pour faciliter la démarche des personnes atteintes de LME en recréant le comportement humain via des articulations cinématiques, des mesures cinétiques et l’activation de muscles. Ces modèles reposaient sur des données cliniques mesurées sur des sujets en bonne santé et des personnes atteintes de LME. Le système de commande de l’exosquelette ne nécessitait que très peu d’informations relatives aux angles des articulations, à la posture et à la détection du balancement pour simuler la marche à différentes vitesses et sur différents types de terrains. Il a également démontré sa robustesse face aux perturbations et aux modifications de l’environnement.

Parallèlement à une optimisation étendue de leur conception et de leur contrôle, un fort accent a été mis sur l’interaction symbiotique bidirectionnelle homme-machine que permettent ces exosquelettes portables. L’exosquelette modulaire peut être modifié en fonction de la taille et des capacités des différents sujets en utilisant plusieurs configurations, et plus précisément en adaptant l’assistance pour la cheville seule, ou pour la cheville et le genou, ou pour l’ensemble cheville, genou et hanche. Il est également possible d’assister soit une seule soit les deux jambes. En outre, la modularité électronique et mécanique est reconnue automatiquement par les logiciels concernés qui adaptent la performance aux besoins spécifiques de l’utilisateur.

Impact clinique

Afin de démontrer la faisabilité clinique du système en matière de sécurité et de fonctionnalité, le consortium Symbitron a mis au point un environnement et des protocoles de formation destinés aux patients souffrants de LME et à leurs cliniciens. Le projet a travaillé à la fois avec des patients ne nécessitant qu’une assistance partielle uniquement au niveau de la cheville ou au niveau de la cheville et du genou, et avec des patients dont la paraplégie totale requérait une assistance complète pour les deux jambes.

«Les essais cliniques ont démontré que le matériel et les logiciels pouvaient être ajustés aux caractéristiques spécifiques de chaque patient et ont apporté la preuve de la faisabilité de cette approche unique», souligne le professeur van der Kooij. Il est également important de noter que les commandes inspirées de la biologie, contrairement aux approches conventionnelles, ont permis l’adaptation à plusieurs types d’allures, autant en matière de vitesse que de longueur de pas.

Les résultats ont été très prometteurs, tous les patients partiellement paralysés ont pu améliorer leur vitesse de marche et/ou leur équilibre au cours des formations et deux patients complètement paraplégiques ont marché à nouveau. Dans certains cas, un effet de rééducation a été observé après les formations sur les dispositifs Symbitron, même quand les sujets n’avaient pas utilisé le dispositif. Les analyses psychométriques ont également validé la satisfaction des patients et leur motivation vis-à-vis d’améliorations futures.

Le professeur van der Kooij est confiant dans le fait que «bien que les résultats cliniques soient encore au stade préliminaire, les formations avec les dispositifs Symbitron semblent améliorer la marche des patients dont certaines capacités motrices sont encore fonctionnelles». Ce qui laisse penser que l’assistance offerte par la méthode Symbitron pourrait aller au-delà des patients atteints de LME, et pourrait contribuer par exemple à la rééducation des personnes ayant survécu à un accident vasculaire cérébral.

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Mots-clés

Symbitron, lésion de la moelle épinière (LME), exosquelette, rééducation, commandes