Study of spasticity modelling and patient-exoskeleton interaction in pediatric cerebral palsy
Étude de la modélisation de la spasticité et de l’interaction patient-exosquelette dans le cadre de la paralysie cérébrale de l’enfant
Résumé
La paralysie cérébrale (PC) spastique est une pathologie qui touche près d’un enfant sur 500 à la naissance. Cette pathologie crée de nombreux problèmes moteurs notamment lors de la marche comme des mouvements involontaires due à une hypertonie musculaire appelée aussi spasticité. Chaque paralysie cérébrale a sa propre sévérité mesurée par différentes échelles. Actuellement, très peu d’aides motrices sont disponibles pour les enfants, le marché des assistances robotisées se focalisant principalement sur les adultes (anthropométrie constante et pathologie peu évolutive).
L’objectif du projet EXOKID, dont cette thèse est issue, est donc de permettre à davantage d’enfants atteints de paralysie cérébrale d’avoir accès à un système robotisé à anthropométrie adaptée. Ce système doit pouvoir évoluer en fonction de leur croissance et de l’évolution de leur pathologie afin d’améliorer leur marche tant dans un contexte de rééducation au sein de structures adaptées que dans leur mobilité quotidienne.
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 apprenne 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, malgré d’éventuelles lésions cérébrales.
Deux sœurs jumelles, dont l’une est atteinte de PC spastique, ont été étudiées. Cette gémellité nous a permis d’avoir des anthropométries proches et d’utiliser les données de la jumelle saine comme référence pour améliorer la marche spastique de sa sœur.
Cette thèse s’articule ainsi autour de deux grands champs : la biomécanique et la robotique. Une étude de l’impact de paralysie cérébrale spastique sur la marche humaine a été réalisée. Cette étude a été suivie par une modélisation de la marche spastique et de l’interaction entre un enfant atteint de PC spastique et un exosquelette dans le but d’améliorer la cinématique de l’enfant.
Cette thèse a abouti à la modélisation personnalisée d’une marche spastique ainsi que d’un premier contrôle de cette marche, par le biais d’une interaction exosquelette-humain, afin de la faire converger vers une marche plus saine.
Spastic cerebral palsy is a pathology that affects nearly one child in 500 at birth.
This pathology creates numerous motor problems, particularly when walking, such
as involuntary movements due to muscular hypertonia, also called spasticity. Each
cerebral palsy has its own severity measured by different scales. Currently, very few
motor aids are available for children, as the market for robotic aids focuses mainly
on adults (constant anthropometry and pathology that does not evolve much). The
objective of the EXOKID project, from which this thesis stems, is therefore to allow
more children with cerebral palsy to have access to a robotic system with adapted
anthropometry. This system must be able to evolve according to their growth and
the evolution of their pathology in order to improve their walking both in the context
of rehabilitation within adapted structures and in their daily mobility. The child,
suffering from this cerebral palsy, must be taken in charge as soon as possible. The
aim is to enable the child to learn to walk : indeed, the cerebral plasticity of children
is more important than that of adults and potentially allows the child to learn
quickly, despite possible cerebral lesions.
Two twin sisters, one of whom has spastic PC, were studied. This twinhood allowed
us to have close anthropometries and to use the data of the healthy twin as a
reference to improve the spastic gait of her sister. This thesis is thus articulated
around two main fields : biomechanics and robotics. A study of the impact of spastic
cerebral palsy on human walking was carried out. This study was followed by a
modelling of a spastic walking and the interaction between a child suffering from
spastic cerebral palsy and an exoskeleton with the aim of improving the child’s
kinematics. This thesis resulted in the personalised modelling of a spastic gait and
a first control of this gait, through an exoskeleton-human interaction, in order to
make it converge towards a healthier gait.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)