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Mesure des effets immédiats d'un entraînement sur un simulateur de fauteuil roulant manuel offrant une rétroaction haptique : un regard sur l'efficacité de la propulsion et sur les chargements aux épaules

Blouin, Martine (2014). Mesure des effets immédiats d'un entraînement sur un simulateur de fauteuil roulant manuel offrant une rétroaction haptique : un regard sur l'efficacité de la propulsion et sur les chargements aux épaules. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Près de 100 millions de personnes dans le monde utilisent un fauteuil roulant manuel, mais peu reçoivent des instructions sur comment le propulser de façon efficace. Optimiser l’efficacité de la propulsion pourrait pourtant diminuer le risque de développer des déficiences secondaires à l’épaule. Notre équipe a développé un simulateur ciblant la propulsion de fauteuil roulant manuel qui permet de donner une rétroaction haptique en temps réel sur l’efficacité mécanique de la propulsion tout au long de la poussée. Le projet visait à évaluer l’impact de l’entraînement avec rétroaction haptique sur l’efficacité de la propulsion et sur les chargements observés aux épaules.

Dix-huit utilisateurs de fauteuil roulant manuel avec une lésion médullaire ont participé à une séance d’entraînement sur le simulateur avec une rétroaction haptique. Les forces et les moments appliqués aux cerceaux ainsi que le mouvement du tronc et des membres supérieurs ont été enregistrés avant, durant et immédiatement après l’entraînement. L’efficacité de la propulsion a été calculée en utilisant la Mechanical Effective Force (MEF), le carré du ratio entre les forces tangentielle et totale appliquées aux cerceaux. Durant l’entraînement, la MEF moyenne des participants dans la partie centrale de la poussée a augmenté jusqu’à 15,7% du côté dominant et 12,4% du côté non-dominant par rapport à la valeur mesurée au préentraînement. De plus, les participants ont généralement dépassé le patron cible de la MEF dans la première moitié de la poussée normalisée, et s’en ont rapproché dans la deuxième moitié. Toutefois, les moments de réaction articulaires mesurés au niveau de l’épaule, et particulièrement ceux en flexion et en adduction, ont augmenté significativement durant l’entraînement par rapport au pré-entraînement. Enfin, huit participants ont réussi à modifier leur patron de MEF vers la cible même en post-entraînement pour maintenir une meilleure efficacité de propulsion, sans pour autant augmenter leurs chargements à l’épaule.

Les résultats de cette étude confirment que certains utilisateurs de fauteuil roulant manuel sont capables de réagir à la rétroaction haptique en développant un patron de poussée plus efficace. Les paramètres de la rétroaction haptique et le simulateur seront raffinés à partir des connaissances générées à travers cette étude. Ces futures améliorations permettront de peaufiner les paramètres optimaux d’entrainement afin de permettre l’apprentissage d’une technique de propulsion plus efficace chez les utilisateurs de fauteuil roulant manuel.

Titre traduit

Characterization of the immediate impacts of a training session on a wheelchair simulator with haptic biofeedback : an overlook on propulsion effectiveness and on net shoulder joint moments

Résumé anglais

Near a hundred million people worldwide are manual wheelchair users, but only a few are taught how to propel their wheelchair effectively. Optimizing propulsion mechanical effectiveness could however decrease the risk of developing secondary shoulder impairments. Our team recently designed a new wheelchair simulator that provides a realtime haptic biofeedback on propulsion mechanical effectiveness all along the push phase. Haptic biofeedback uses the sense of touch to provide information to an end user. The main purpose of the study was to investigate the impacts of the training session on propulsion effectiveness and on net shoulder articular moments.

Eighteen long-term manual wheelchair users with a spinal cord injury participated in a training session on the wheelchair simulator with haptic biofeedback. Handrim force and moment data, as well as upper body movements, were recorded prior, during and immediately after the training session. Propulsion mechanical effectiveness was calculated using the mechanical effective force (MEF), a squared ratio between the tangential and total forces applied on the handrims during the pushes. During the training session with haptic biofeedback, participants’ mean MEF ratio in the middle portion of the push increased up to 15.7% on their dominant side and 12.4% on their non-dominant side compared to the pretraining. Furthermore, participants generally exceeded the target MEF pattern in the first half portion of the normalized push, and achieved it more in the second half. However, net shoulder moments, and especially those in flexion and in adduction, increased significantly during the training compared to the pre-training. Finally, eight participants were able to modify their MEF pattern towards the target even during the post-training. These participants maintained a higher propulsion effectiveness without increasing the loads on their shoulders.

The results of this study confirm that some manual wheelchair users are able to react to the haptic biofeedback by reaching a more effective propulsion pattern. Haptic biofeedback parameters, as well as the simulator itself, will be refined using the new knowledge gained throughout this study. These future improvements will contribute to identify optimal training parameters for teaching manual wheelchair users a more efficient propulsion technique.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie concentration technologies de la santé". Bibliographie : pages 125-132.
Mots-clés libres: Fauteuils roulants Utilisation. Épaule Lésions et blessures. Technologie de la réadaptaion. Simulateurs (Appareils) Interfaces haptiques. propulsion, rétroaction, robotique de réadaptation, rétroaction haptique, entraînement, lésion médullaire, dynamique inverse
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Aissaoui, Rachid
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Gagnon, Dany
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 09 sept. 2014 19:59
Dernière modification: 09 sept. 2014 19:59
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1346

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