Développement d’un outil calculant en temps réel les moments de réaction articulaires aux épaules durant la propulsion en fauteuil roulant manuel sur simulateur par dynamique inverse

Environ 2.6 millions de Canadiens âgés de plus de 15 ans ont de la difficulté pour se déplacer dans leur quotidien. Pour les aider à se déplacer, plusieurs aides techniques sont mises à disposition en fonction du handicap de la personne, dont le fauteuil roulant manuel (FRM). Seulement, la répétition de la propulsion en FRM peut provoquer à terme des troubles musculosquelettiques, générer des douleurs à l’épaule et aggraver le handicap de l’usager. L’estimation du moment articulaire à l’épaule est un indicateur utilisé pour prévenir ces risques de blessure. Une étude antécédente a déjà montré qu’un entrainement sur simulateur pouvait modifier la technique de propulsion d’un usager pour augmenter une variable en temps réel et rendre le participant plus efficace durant la propulsion, cependant le moment articulaire à l’épaule augmentait également. Dans cette étude, le but était de concevoir un dispositif pour rendre disponible en temps réel (TR) le moment articulaire à l’épaule à partir de la méthode de la dynamique inverse, afin qu’il puisse dans le futur être utilisé dans le mécanisme d’entrainement sur simulateur.
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\nPour ce faire, une mise à niveau matérielle et logiciel du simulateur a d’abord été effectué, avec le remplacement de l’ordinateur TR par un nouvel ordinateur spécialisé pour le calcul. Par la suite, un système optoélectronique a été installé afin de mesurer la cinématique des membres supérieures de l’usager lors de la propulsion sur le simulateur et un protocole de communication entre le système optoélectronique et l’ordinateur TR a également été développé pour lire le signal transmis en TR. Ensuite, le protocole d’expérimentation et la méthode de la dynamique inverse utilisés dans une étude de référence ont été modifiés et adaptés pour une utilisation en temps réel.
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\nPour valider la nouvelle méthode TR développée dans cette étude, les données antécédentes de 18 blessés médullaires, utilisateurs de FRM, ayant propulsé sur le simulateur ont été reprises. Le simulateur, équipé de 2 roues instrumentées, mesurait les forces et moments de réaction, un système optoélectronique mesurait la cinématique des membres supérieurs. Avec ces deux mesures, les moments aux épaules ont été calculés avec la méthode de référence hors temps réel. Puis dans l’étude présente, les entrées sauvegardées ont été transmises à la fréquence de 120 Hz à l’ordinateur de calcul pour simuler une collecte de données en temps réel. La validation de ce logiciel a été effectuée sur la variable dépendante correspondant à la moyenne des pics maximaux et minimaux des cycles de propulsion du moment articulaire à l’épaule suivant les trois axes anatomiques.
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\nUne analyse par diagramme de Bland-Altman a montré une différence entre les deux méthodes de – 0.3 à 1.1 Nm pour le pic en adduction, de – 0.1 à 0.5 Nm en rotation interne et de – 1.1 à 0.8 Nm en flexion pour le moment articulaire calculé à l’épaule gauche. Or une simulation de Monte-Carlo de 1000 itérations sur l’essai d’un sujet, d’un bruit variable représentatif du bruit de mesure inhérent à l’utilisation de roues instrumentées, a montré que les résultats obtenus avec la méthode de référence avaient une incertitude de ± 1.4 Nm en adduction/abduction, ± 0.6 Nm en rotation interne/externe et ± 1.6 Nm en flexion/extension. En croisant ces deux analyses, on observe que les intervalles de confiance obtenus par l’analyse de diagrammes de Bland-Altman sont tous compris dans les intervalles de tolérance obtenus par la simulation de Monte-Carlo. Par conséquent, l’erreur liée à l’utilisation d’une méthode par rapport à l’autre est faible devant l’erreur inhérente liée à l’instrument de mesure principal, et la nouvelle méthode de dynamique inverse en TR peut être validée. L’analyse pour l’épaule droite a mené au même constat.
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\nDans cette étude, l’estimation en temps réel du moment articulaire à l’épaule a été rendue disponible sur le simulateur du LIO, et pourra désormais être ajoutée au mécanisme d’entrainement afin de limiter la charge à l’épaule. Enfin, l’amplitude de calcul du nouvel ordinateur TR du simulateur pourrait permettre l’implémentation de nouvelles mesures en TR comme l’activité musculaire à l’aide de capteur d’électromyographie. Le but à terme d’un tel outil serait de pouvoir aider les utilisateurs de FRM en prédisant les risques de blessures à travers leur propulsion, et en leur modifiant leur manière de propulser pour minimiser ces risques par l’entrainement sur simulateur.

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