Optimiser la mobilisation précoce des blessés médullaires

Guillemot, Simon (2023). Optimiser la mobilisation précoce des blessés médullaires. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

Prévisualisation

PDF Télécharger (15MB) | Prévisualisation

Résumé

Les lésions médullaires comptent parmi les évènements les plus catastrophiques auxquels un individu peut faire face, menant à une perte de fonctions motrices et sensorielles. Suite à une lésion médullaire, la mobilisation est une phase déterminante pour la reprise des fonctions perdues. Cette mobilisation doit se rapprocher le plus de la marche naturelle et doit être initiée dans les 48h après l’opération de la colonne pour maximiser les chances de la personne blessée de remarcher par la suite. Aujourd’hui, seul, l’hôpital du Sacré-Cœur de Montréal initie la mobilisation des blessés médullaires dans cet intervalle temporel. Les patients sont alors mobilisés par un ergomètre cyclique. Néanmoins, la trajectoire circulaire reproduite par cet ergomètre présente, à priori, peu de similarité avec la cinématique de la marche naturelle, ce mouvement étant la fonction principale que l’on cherche à retrouver chez les patients. De plus, les façons de paramétrer cet ergomètre et d’installer le patient sont encore mal comprises. Ainsi, le but de ce projet est d’optimiser la mobilisation précoce des blessés médullaires. Pour cela, un nouvel ergomètre visant à reproduire la marche naturelle dans un lit d’hôpital a été conceptualisé sous forme de modèle numérique 3D avec le logiciel CATIA. Un mouvement de type linéaire a été choisi. Ensuite, un outil numérique simulant la dynamique des membres inférieurs a été construit sur le logiciel MATLAB pour le nouvel ergomètre ainsi que pour celui existant (ergomètre cyclique). Cet outil a été comparé à des données expérimentales obtenues sur 10 sujets, lors de l’utilisation d’un ergomètre cyclique. Les résultats suggéraient une bonne fiabilité de l’outil numérique quant à la cinématique des membres inférieurs avec un CORA >0,65, mais des résultats mitigés pour les forces de réaction (p<0.5) par rapport aux données expérimentales. À partir d’un plan d’expérience, il a été possible d’étudier l’effet des paramètres de configuration sur la performance du nouvel ergomètre et de celui existant et de déterminer leur configuration d’utilisation optimale. L’angle d’extension maximal du genou, est le paramètre le plus influent avec une contribution à plus de 50% sur les variations de la dynamique de la hanche et du genou. La position du pied sur la pédale contribue à 18% de la variation de la force de réaction maximale et la hauteur à laquelle se réalise le mouvement par rapport au lit d’hôpital, contribue à plus de 30% à la variation de l’étendue de la hanche. La cadence n’a pas d’effet sur la cinématique, mais contribue à une variation de 8% de la force de réaction maximale. Enfin, dans leur condition optimal, l’ergomètre linéaire semble présenter un plus grand potentiel que l’ergomètre cyclique, avec une allure de la hanche en flexion/extension identique à la marche (r=0,97) et un nombre d’ajustements morphologiques plus important par rapport à l’ergomètre cyclique. L’ergomètre linéaire présente également une extension de hanche moindre (6,4°) et une plus grande force de réaction (2,7%), mais ces différences ne sont pas significatives d’après le barème d’évaluation établi. Finalement, ce travail propose un nouvel appareil qui semble avantageux pour la mobilisation précoce des blessés médullaires et un outil numérique offrant une meilleure compréhension de la performance d’une mobilisation dans un lit d’hôpital. Ce projet a ainsi permis l’avancement des connaissances sur les stratégies de mobilisation à adopter dans un lit d’hôpital.

Titre traduit

Optimize early mobilization for spinal cord injured patients

Résumé traduit

Spinal cord injuries are ones of the most catastrophic event human can face, leading to a loss of motor and sensitive functions. Following a spinal cord injury, mobilization is a decisive phase in the recovery of lost functions. This mobilization has to reproduce natural walking and be initiated within 48h after spinal surgery, to maximize the patient’s chances of walking again. Currently, only Sacré Coeur hospital initiates mobilization of spinal injured patients in this time interval, with a cyclic ergometer. However, the circular trajectory reproduced by this ergometer displays, initially, few similarities with the kinematics of natural walking, this movement being the main function we want to reproduce. Moreover, the ways of setting this ergometer and installing the patients are still poorly understood. The main objective of this research was to optimize early mobilization for spinal cord injured patients. First, a new ergometer aiming to reproduce natural walking in a hospital bed, was numerically designed with CATIA software. A linear motion was chosen. Then, a digital tool simulating lower limbs dynamics in the ergometer was built, using MATLAB software. Reliability of the digital tools was tested by comparing its results with experimental data from 10 subjects using a cyclic ergometer. Our results suggested a good reliability for lower limb kinematics with a CORA > 0.65, but limited reliability for reaction forces (p<0,5) compared to experimental data. Then, we conducted an experimental design, to study the effects of configuration parameters and determine the optimal configuration for the linear and cyclic ergometer. The maximum knee extension angle was found to be the most influential parameter, contributing over 50% to variations in hip and knee dynamics. The position of the foot on pedals contributes to 18% of the variations of the maximum reaction force and the height at which the movement is performed, contributes over 30% to variations in hip extension. Cadence had no effects on kinematics but contributed to an 8% variation in maximum reaction force. Finally, we compared the linear and cyclic ergometer under optimal conditions and found that the linear ergometer had a hip flexion/extension pattern identical to walking (r=0,97) and a greater number of morphological adjustments than the cyclic ergometer. Although, the linear ergometer showed less hip extension (6,4°) and more reaction force (2,7%) but these differences were not significant according to the established evaluation scale. In conclusion, our research proposes a new device that appears to be advantageous for early mobilization of spinal cord injured patients and a digital tool that provides better understanding of mobilization performance in a hospital bed. This project has thus advanced knowledge on the mobilization strategies to be adopted in a hospital bed.

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 maitrise avec mémoire en génie des technologies de la santé". Comprend des références bibliographiques (pages 193-209).
Mots-clés libres:	blessure médullaire, mobilisation précoce, ergomètre, conception, cinématique, dynamique, optimisation
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Petit, Yvan
Codirecteur:	Codirecteur Mac-Thiong, Jean-Marc
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	28 août 2023 14:21
Dernière modification:	28 août 2023 14:21
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3250

Gestion Actions (Identification requise)

Dernière vérification avant le dépôt