Internet des objets pour le suivi de l'activité motrice des membres supérieurs pour les patients post-AVC.

par Maxence Bobin

Projet de thèse en Informatique

Sous la direction de Mehdi Ammi et de Margarita Anastassova.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication , en partenariat avec LIMSI - Laboratoire d'Informatique pour la Mécanique et les Sciences de l'Ingénieur (laboratoire) , AMI - Architectures et Modèles pour l'Interaction (equipe de recherche) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2015 .


  • Résumé

    Contexte : Aujourd'hui, l'accident vasculaire cérébral (AVC) est la première cause de handicap acquis dans les pays occidentaux (Europe, États-Unis, etc.). En France, en 2010, il y a eu un peu plus de 130 000 hospitalisations complètes. Environ un AVC toutes les 4 minutes [sante.gouv.fr]. Son poids financier pour l'assurance maladie et la société est considérable : environ 8,3 milliards d'euros. La dépense moyenne annuelle par patient en ALD « AVC invalidant » était estimée à 9 642 euros en 2004. Les conséquences d'un AVC sont très variables et dépendent de la zone du cerveau qui est atteinte et de l'étendue de la lésion. Les séquelles peuvent être motrices, sensitives, sensorielles et cognitives. Les séquelles les plus fréquentes sont le trouble de l'équilibre, le trouble de la mémoire, la perte de perception sensorielle (tactile, etc.), la paralysie ou parésie d'un ou plusieurs membres et le trouble du langage. Les dépressions liées à ces séquelles sont également très fréquentes. La fréquence des AVC augmente avec l'âge et le vieillissement du système artériel et du cerveau, ce qui, du fait du vieillissement général de la population, laisse présager un nombre croissant de patients qui seront atteints. Le vieillissement artériel est accéléré par des facteurs de risque, dont les plus importants sont l'hypertension artérielle, le tabagisme, les antécédents familiaux d'accident cardio-vasculaire précoce (infarctus du myocarde, mort subite ou AVC), les dyslipidémies athérogènes, le diabète. Objectif : Dans un contexte de maitrise des coûts de la santé, de vieillissement de la population et de baisse de la démographie médicale, nous proposons un outil pour la rééducation de la préhension permettant d'augmenter la participation du patient à sa prise en charge. Cet outil peut être utilisé soit pour augmenter le temps de rééducation en SSR, soit pour faciliter la rééducation d'un patient en Hospitalisation à Domicile (HAD) par autorééducation. Le projet de thèse propose d'exploiter les objets connectés, en allant au-delà du simple suivi de l'activité du patient. Nous souhaitons mettre en place une véritable plateforme de rééducation intégrée à l'environnement quotidien du patient. Une fois déployée, la plateforme sollicitera le patient à certaines périodes de la journée pour réaliser des tâches identifiées préalablement par le médecin traitant (ex. préparer du thé ou préparer à manger). La plateforme analysera en temps réel la séquence d'action afin de vérifier le bon déroulement de l'activité. Dans le cas d'une mauvaise action ou séquence, la plateforme exposera le problème constaté, et fera exercer le patient sur les points faibles afin de renforcer des fonctions lésées. Dans le cadre de ce projet de thèse, nous nous intéresserons à la rééducation sensorielle, et plus précisément la rééducation de la perception tactile durant les tâches de préhension. En effet, cette modalité sensorielle joue un rôle important dans nos activités quotidiennes, par exemple pour saisir des objets, explorer l'espace ou interagir avec autrui. Nous proposons d'exploiter les objets connectés afin de stimuler cette modalité à travers des exercices, tels que la préhension d'objets présentant différentes propriétés mécaniques (poids, densité, etc.), géométriques (forme), et de surface (texture, matériau, température, etc.). Les objets connectés manipulés fourniront des informations sur l'efficacité de la réalisation de la tâche de préhension. Par exemple, la vitesse de contact, la pression exercée, la distribution des forces, la vitesse de déplacement, l'orientation, etc. L'analyse de ces informations en temps réel permettra la vérification du bon déroulement des actions (pression, vitesse, etc.) et la progression de la tâche. Dans le cas d'actions non adaptées, des requêtes sensorielles seront envoyées au patient. Par exemple, des stimulations, vibrotactiles, électriques ou thermiques au niveau des points de contact, qui soient proportionnelles aux grandeurs physiques liées à l'action de préhension.. A travers ces objets connectés et les stimulations sensorielles associées, la plateforme iRON permettra de faire travailler la sensibilité tactile et la motricité fine des doigts dans un cadre ludique et créatif, par exemple, avec une application de modelage. Outre les aspects technologiques, le projet abordera plusieurs problématiques fondamentales. Premièrement, la définition d'une préhension correcte ainsi que le « langage tactile » associé permettant de guider la main,. Deuxièmement, savoir reconnaitre et interpréter les actions manuelles appliquées sur les objets à partir des données capteurs. Troisièmement, définir la méthodologie d'évaluation des performances du patient et de présentation des données. Enfin, nous nous intéresserons à la validation de l'hypothèse selon laquelle les progrès en motricité modifient les représentations mentales motrices (i.e. la discrimination perceptive) des patients afin de disposer d'un outil de suivi. Cette validation se fera à l'aide d'évaluations comportementales. Différents aspects seront pris en considération. Tout d'abord, nous nous pencherons sur l'étude de l'utilisabilité de la plateforme en rééducation autonome. Nous aborderons également l'évaluation des gains en sensitivité et en motricité de la main après une rééducation utilisant la plateforme iRON. L'utilisation de la discrimination perceptive comme outil de suivi sera également étudiée. L'acceptabilité et l'expérience utilisateur seront explorées en incorporant des connaissances et des techniques d'évaluation issues des SHS (ex. : psychologie, ergonomie, anthropologie) dans les méthodes d'évaluation de l'utilisabilité et de l'utilité des interfaces, notamment quand celles-ci s'adressent à des utilisateurs avec des besoins spécifiques. Cette nouvelle approche de l'évaluation ergonomique ouvrira la voie vers la conception de méthodes d'évaluation, généralisables à d'autres interfaces pour lesquelles les utilisateurs ont des difficultés à exprimer leurs besoins. Les évaluations seront menées en centre de rééducation sur des séries de patients avec groupe contrôle. Les principaux objectifs de cette évaluation et, par conséquent du projet, seront les suivants: • Apporter des preuves solides et d'un haut niveau scientifique quant à l'impact thérapeutique de la plateforme proposée ; • Evaluer l'utilité, l'acceptabilité et l'efficacité des interfaces multisensorielles proposées ; • Estimer d'une manière précise l'intérêt médico-économique d'une telle plateforme comme moyen de prise en charge et d'accompagnement des patients souffrants d'AVC.

  • Titre traduit

    Internet of Things for motor activity monitoring of upper limbs for post-stroke patients.


  • Résumé

    Context: Today, stroke is the leading cause of acquired disability in Western countries (Europe, USA, etc.). In France in 2010 there were just over 130,000 full hospitalizations. About a stroke every 4 minutes [sante.gouv.fr]. Its financial burden for health insurance and society is considerable: about 8.3 billion euros. The average annual expenditure per patient in ALD "disabling stroke" was estimated at 9642 euros in 2004. The consequences of stroke are very variable and depend on the area of ​​the brain that is affected and the extent of the injury. The aftermath can be motor, sensory, sensory and cognitive. The most common effects are the balance disorder, the memory disorder, loss of sensory perception (touch, etc.), paralysis or paresis of one or more limbs and language disorder. Depression linked to these effects are also very common. The incidence of stroke increases with age and the aging of the arterial system and the brain, which, due to the general aging of the population, suggests a growing number of patients that will be achieved. The arterial aging is accelerated by risk factors, the most important are high blood pressure, smoking, family history of premature cardiovascular event (myocardial infarction, sudden death or stroke), atherogenic dyslipidemia, the diabetes. Objective: In order to control the health care costs and the decline in medical demography, we propose a tool for stroke rehabilitation of the upper limb (arm and hand) to increase patient participation in its management. This tool can be used either to increase the rehabilitation time in SSR, or to facilitate the rehabilitation of a patient in Hospital at Home (HAD) by self-rehabilitation. The PhD project proposes to operate the connected objects, going beyond the simple tracking of patient activity. We wish to establish a truly integrated rehabilitation platform to the patient's everyday environment. Once deployed, the platform will ask the patient at certain times of the day to perform tasks previously identified by the physician (eg. Tea and preparing food). The platform will analyze in real time the action sequence to verify the success of the activity. In the case of a bad action or sequence, the platform will expose the problem identified, and will carry the patient on the weak points to strengthen the injured functions. As part of this thesis project, we will focus on sensory rehabilitation, and specifically the rehabilitation of tactile perception during gripping tasks. Indeed, this sensory modality plays an important role in our daily activities, such as grasping objects, explore space or interact with others. We propose to exploit the connected objects to stimulate this modality through exercises such as gripping objects with different mechanical properties (weight, density, etc.), geometry (shape) and surface (texture, material , temperature, etc.). Manipulated connected objects provide information on the effectiveness of the embodiment of the gripping task. For example, the speed of contact, the pressure applied, the distribution of forces, the speed of travel, orientation, etc. Analysis of this information in real time will allow the verification of smooth actions (pressure, speed, etc.) and the progress of the task. In the case of unsuitable actions, sensory queries will be sent to the patient. For example, stimulation, vibrotactile, electrical or thermal at the contact points, which are proportional to the physical quantities related to the gripping action .. Through these connected and sensory stimulation associated objects, the Iron platform will work tactile sensitivity and fine motor skills of the fingers in a fun and creative environment, for example, with a modeling application. Besides the technological aspects, the project will address several fundamental issues. First, the definition of a correct grip and the "tactile language" associated to guide the hand ,. Second, learn to recognize and interpret the manual actions applied to objects from the sensor data. Third, define the patient's performance evaluation methodology and data presentation. Finally, we will focus on validating the assumption that progress in changing traction motor mental representations (i.e. perceptual discrimination) patients to have a tracking tool. This validation will be done using behavioral assessments. Various aspects will be considered. First, we will focus on the study of the usability of the autonomous re-education platform. We will also discuss the evaluation gains sensitivity and motor function of the hand after rehabilitation using the iron platform. The use of perceptual discrimination as a monitoring tool will also be studied. Acceptability and user experience will be explored by incorporating knowledge and assessment techniques from SHS (eg. Psychology, ergonomics, anthropology) in the methods of assessing the usability and usefulness of interfaces , especially when these are aimed at users with specific needs. This new approach to ergonomic assessment will pave the way towards the design of evaluation methods, generalizable to other interfaces where users have difficulty expressing their needs. Evaluations will be conducted in a rehabilitation center on series of patients with control group. The main objectives of this evaluation and therefore the project will be: • Provide strong evidence and a high scientific level regarding the therapeutic impact of the proposed platform; • Assess the relevance, acceptability and effectiveness of the proposed multisensory interfaces; • Estimate with precision medical and economic interest of such a platform as support means and support to patients suffering stroke.