Добірка наукової літератури з теми "Membre supérieur – Mouvements – Modèles mathématiques"

Ce travail vise à aider le chirurgien à évaluer objectivement les résultats de l'arthroplastie gléno-humérale et à améliorer cette pratique. Une technique d'évaluation de la cinématique du membre supérieur est proposée, utilisant un système vidéo de mesure 3D du mouvement et une méthode d'optimisation globale. L'aide à l'interprétation du mouvement provient de l'explication de caractères cliniques par les données de la cinématique. La méthode exploite l'induction d'arbres de décision flous et de règles floues à partir d'exemples. Une mesure de satisfiabilité évalue la capacité d'explication des règles. La base de règles peut aussi être exploitée afin de déterminer objectivement un caractère clinique donné. Ces méthodes sont évaluées par validation croisée stratifiée, dans le cas de la mise en relation du mouvement avec l'évaluation fonctionnelle. Les résultats montrent que les techniques proposées permettent d'atteindre les objectifs visés. Des perspectives de recherche sont exposées
This thesis work aims to assist the surgeon in objectively evaluating the shoulder arthroplasty results and in improving this practice. An upper limb kinematics evaluation technique is proposed, using a video system of 3D movement measurement and a global optimisation method. The support for the clinical interpretation of the movement is based on the objective explanation of clinical characteristics by the kinematics data. The method uses fuzzy decision trees and rules induction from a set of examples. A satisfiability measure evaluates the explanation capacity of the rules. The rule base can also be exploited to objectively determine a given clinical characteristic. These methods are evaluated with the stratified ten-fold cross validation method, within the mapping of the kinematics data and the functional evaluation. Results show that the proposed methods permit to reach the initial aims. Then some research prospects are putted forward

L'apprentissage moteur en tant que mécanisme de récupération est supposé être un cadre qui a guidé les principes de la thérapie physique et qui, depuis l'avènement de la robotique, fait de même pour les dispositifs de réadaptation. Le processus de réadaptation représente l'intersection de nombreuses facettes interconnectées qui co-interagissent pour produire des mouvements récupérés. L'utilisation de la technologie présente de nombreux avantages tout en contribuant à la complexité du phénomène en question. Nous intéressons notre recherche à l'entraînement passif par exosquelette du membre supérieur. Nous proposons une échelle d'évaluation adaptative intra-patient qui est capable de détecter les changements de performance intra-patient pendant l'entraînement robotique. L'apprentissage moteur, le processus par lequel notre cerveau acquiert de nouvelles capacités motrices ou réapprend celles qu'il a perdues suite à un incident neurologique ou traumatique, est notre entrée pour étudier ce phénomène. L'interaction du système composé de l'appareil, de l'incitation sous forme de jeux sérieux et des patients avec tous leurs niveaux d'existence, physiologiques, psychologiques et cognitifs est le système d'étude. Les composants présentent des qualités hétérogènes et des changements dynamiques. La sortie du système sous la forme de trajectoires exécutées est notre instrument de mesure pour étudier les interactions au sein du système. Nous formulons le modèle de trajectoire comme une chaîne de Markov et utilisons le filtre de Kalman pour estimer les états lissés. Alors que la dynamique varie dans le temps, nous modélisons les hypothèses sur le mouvement dans une formulation dynamique et estimons ses paramètres à partir des données. Pour tenir compte de la variabilité temporelle,nous introduisons une source de bruit parallèle à la dynamique et l'estimons à l'aide d'un algorithme d'espérance-maximisation. La nature temporelle n'étant qu'une seule facette du phénomène cinématique, nous supposons un alignement temporel variable et l'estimons en utilisant l'itération d'espérence-maximisation pour augmenter la vraisemblance du modèle estimé par rapport aux trajectoires observées. Une fois appris, les paramètres dépendants du modèle et extraits sont utilisés pour comparer les différences de performance. Les propriétés des outils d'évaluation clinique sont étudiées et les résultats sont formulés pour répondre aux besoins communément signalés. En partant des mêmes principes fondamentaux de l'apprentissage moteur, nous avons cherché à définir un nouvel instrument d'évaluation visuelle destiné à répondre au besoin d'un formulaire de retour d'information facile à communiquer pour le patient. Nous présentons et évaluons les propriétés cliniques de l'outil tout en fournissant des résultats de validation sur des données cliniques attestant de la sensibilité longitudinale de l'outil. L'hypothèse sous-jacente de la visualisation a ensuite été évaluée à l'aide d'une mesure objective de la valeur de probabilité maximale dérivée d'un modèle probabiliste des trajectoires et appliquée sur un modèle de trajectoire hautement probable appris à l'aide d'un régresseur Kernel K-Nearest Neighbors (KNN)
Motor learning as a recovery mechanism is assumed to be a framework that drived and guided physical therapy and now since the advent of robotics doing the same to the rehabilitation devices. The rehabilitation process presents the intersection of many different interconnected facets that co-interact to produce recovered movements. The use of the technology introduces many benefits while contributing to the complexity of the phenomena at hand. We interest our research to the passive exosquelette training of the upper limb. We propose an adaptive intra patient assessment scale that is capable of detecting intra-patient performance changes during robotic training. Motor learning, the process of our brain's acquiring newer motor skills or relearning those he lost due to neurological or traumatic incident is our portal to investigating this phenomenon. The interaction of the system that is composed of the device, the incentive in form of exercise games and the patients with all its level of existence, physiological, psycho-logical, and cognitive is the system of study. The components present heterogeneous qualities and dynamically driven changes. The system output in the form of the trajectories executed is our gauging instrument to investigate the interactions within the system. We formulate the trajectory model as a Markov Chain and use the Kalman Filter to estimate the smoothed states. While dynamics are variant in time we model the assumptions about the movement into a dynamical formulation and estimate its parameters from data. To account for the time variability we introduce parallel noise source to the dynamics and estimate it using an Expectation-Maximization algorithm. The temporal nature being only a single facet of the kinematic phenomena, we assume a variable temporal alignment and estimate it using Expectation-Maximization iteration to increase the likelyhood of the estimated model compared to the observed trajectories. Once learned the model dependent and extracted parameters are used to compare between differences in performance. The properties of the clinical assessment tools are investigated and results are formulated to answer the commonly reported needs. Stemming from the same fundamentals of motor learning, we aimed to define a new visual assessment instrument that is intended to fulfill the need of patient-first easily communicated feedback form. We present and assess clinical properties of the tools while providing validating results on clinical data attesting the longitudinal sensitivity of the tool. The underlying assumption of the visualization was then assessed using an objective measure of maximum probability value derived using a probabilistic model of the trajectories and expected on a highly likely trajectory model learned using a Kernel-Near-Neighbors Regressor

Les avancés dans le domaine du contrôle moteur attirent les scientifiques de disciplines autres que la neurophysiologie. Les roboticiens adhèrent également à ces programmes pour élaborer de nouvelles lois de commandes neuromimétiques basées sur la simulation du SNC exécutant une action motrice. Un modèle de contrôle sensorimoteur est développé pour l'apprentissage des mouvements visuo-guidés. Nous avons réunis dans ce schéma de contrôle des hypothèses fondées sur des principes "computationnels" relatifs à l'organisation en colonnes du cortex cérébral et la théorie de Marr-Albus-Ito du cervelet. Ces principes décrivent plusieurs mécanismes de plasticités synaptiques situées dans différents sites du SNC : cortex cérébral et cervelet. Cette approche connexioniste est appliquée pour simuler l'apprentissage de mouvements visuo-guidés par le "bras et avant-bras" et la prise "pouce-index". Le modèle est constitué de deux niveaux hiérarchiques : le niveau supra-spinal qui génère les commandes motrices pour activer les muscles, le niveau spinal provoquant les déplacements de la structure musculo-squelettique. Pour transformer les ordres moteurs en déplacement, les forces musculaires sont générées suivant la théorie du Point d'Équilibre. La simulation du formalisme montre que les processus adaptatifs prenant place dans différents sites du modèle global coopèrent sans s'interférer. Pour le mouvement de pince "pouce-index", nous proposons que le modèle de contrôle soit étendu en considérant deux structures. Cela correspond à deux régions au niveau du réseau cortical contrôlant deux points de travail et un seul réseau cérébelleux coordonnant le mouvement global
The advanced ones in motor control research attract the scientists of disciplines other than the neurophysiology. Thus, the robotics researchers also adhere to these programs. Their aim is to elaborate new neuromimetic command rules inspired from the SNC executiong motor action. A model of sensorimotor control is developed for visuo-guided movements learning. This model is developed based on several prerequisites about "computational" principles of brain structures : the columnar organization of the cerebral cortex and the Marr-Albus-Ito theory of cerebellar learning. The adaptive rules incorporeted in the model simulate the synaptic plasticities localised in various sites of the CNS : cerebral cortex and cerebellum. This connexionist approach is applied to simulate learning of the "arm" visuo-guided movements and the "thumb-index" pinch. The neural network model consists of two hierarchical levels : the high level which generates motor orders to muscles activation and the spinal level producing musculo-skeletal structure displacements. Thus, muscular forces are generated according to the Equilibrium-Point-Hypothesis. The simulation of the non linear formalism shows that adaptive processes taking place in different sites of the total neural network model cooperate without interferer. For the movement of "thumb-index" grip , we propose that the neural network model is deployed by considering two fingers structure. So the cortical level is presented by two pathways controlling two working points and only one cerebellar network may be able to coordinate the global pinch movement

La main humaine possède une architecture qui lui permet d'être largement étalée, de se replier sur elle-même ou de se refermer sur un objet en adoptant la forme de celui-ci. La combinaison de tous ces éléments crée un mécanisme de 28 degrés de liberté si nous considérons l'action du poignet. La perte d'un tel instrument est dramatique car la reproduction artificielle d'un mécanisme aussi complexe pose plusieurs problèmes. Le nombre de pièces mécaniques qui doivent être conçues et assemblées dans un volume très restreint, le poids d'un tel assemblage qui est d'autant plus important car le mécanisme est littéralement porté à bout de bras toute la journée et la source d'énergie suffisante pour l'opération de ce mécanisme pendant une période suffisante sont que quelques uns de ces problèmes. Plusieurs solutions à la perte de la main ont été proposées par les chercheurs oeuvrant dans le domaine de la prothèse . Ces solutions vont de la plus simple prothèse à crochet à une main robotisée mettant à profit les dernières avancées technologiques. Cependant, toutes ces solutions ont une chose en commun : elles ne remplacent pas parfaitement la main humaine. Les mécanismes sous-actionnés s'avèrent une alternative intéressante. Un mécanisme sous-actionné possède au moins un actionneur qui agit sur plus d'une liaison mécanique. Ce type de mécanisme est parfait pour prendre la forme d'un objet autour duquel il se referme. La théorie du sous-actionnement nous permet de comprendre le fonctionnement de ce mécanisme. Un doigt sous-actionné a été développé sur le principe du tendon et poulies et afin d'optimiser sa conception et de s'assurer d'obtenir une séquence de fermeture désirée un modèle mathématique du mécanisme a été élaboré. L'effet de la gravité est rajouté au modèle qui tient compte de l'orientation spatiale de la main.

L'objectif de ce travail est l'évaluation des forces musculaires et des réactions de contact articulaires agissant sur le membre inférieur au cours de la phase d'appui de la marche. Une estimation correcte de ces efforts est indispensable pour compléter des modèles plus spécifiques (comme les modèles éléments finis par exemple) permettant de dimensionner des implants dans le domaine clinique ou de simuler des gestes réalistes dans un contexte ergonomique. Pour cette étude, à partir de mesures expérimentales et d'un modèle multicorps rigide sont déterminés les torseurs de force intrasegmentaires au niveau de chaque articulation. Un même torseur d'actions mécaniques articulaires pouvant être obtenu par une infinité de forces élémentaires (actions de contact sur les surfaces articulaires, forces développées dans les muscles croisant l'articulation), nous avons été amenés à résoudre un problème d'optimisation pour identifier la contribution de chacun des éléments au torseur global. Dans un premier temps, après une synthèse bibliographique, est décrit le protocole expérimental mis en place pour acquérir les trajectoires de marqueurs, les forces de contact entre le pied et le sol et les mesures anthropométriques avec un maximum de précision. L'étude cinématique et dynamique inverse, réalisée par programmation de l'algorithme de Nexton-Euler sous forme d'opérateurs homogènes, est ensuite présentée avec une application clinique en podologie. Un modèle musculo-squelettique est enfin développé afin d'estimer, après résolution du problème d'optimisation par les Algorithmes Génétiques, les forces musculaires mises en jeu lors de la marche et en déduire les actions de contact sur les surfaces articulaires. Les forces musculaires obtenues sont validées de façon indirecte par la mesure de l'activité électrique dans les muscles et les actions de contact articulaires par des données issues de la bibliographie.

Parmi les conséquences des lésions de nerfs périphériques sur la sensibilité cutanée, les médecins observent a- une baisse des seuils de sensibilité cutanée à la pression, b- une hypersensibilité au froid engendrant parfois des sensations de douleur (paresthésies, hyperpathie, allodynie). Les objectifs de ce travail sont a- de concevoir un dispositif de mesure automatisé du seuil de sensibilité cutanée à la pression et b- de proposer une modélisation à partir d'une hypothèse initiale suggérant les causes possibles de ces symptômes. Une démarche basée sur une analyse systématique des problèmes posés par la conception du dispositif et des solutions techniques envisageables nous permet de sélectionner puis de valider le principe d'un appareil proposé dans les années 80. Nous en présentons les inconvénients, mais les améliorations suggérées sont jugées trop complexes pour une utilisation clinique. Le froid et les lésions nerveuses provoquent des réductions des vitesses de conduction des influx nerveux nés de la stimulation de la peau. L’hypothèse sur laquelle repose la modélisation est que ces modifications peuvent engendrer des désynchronisations du message nerveux périphérique qui le rendent de ce fait incompréhensible par les centres nerveux. Grâce à une étude bibliographie rassemblant les connaissances (expérimentales et théoriques) sur les conséquences du froid et des lésions sur la propagation nerveuse, nous pouvons mettre en équations ces effets puis proposer une quantification des désynchronisations obtenues. Une étude statistique nous permet de montrer l'influence des conditions de refroidissement et de la gravité de la lésion sur l'ampleur des désynchronisations. Certains résultats sont interprétés aux vues des observations cliniques, d'autres sont analysés de façon théorique. Sans aboutir à une validation de l'hypothèse, tache nécessitant des résultats expérimentaux supplémentaires, nous avons pu, néanmoins proposer des éléments nouveaux sur les facteurs périphériques pouvant expliquer l'hypersensibilité au froid. Nous présentons pour conclure une méthode de validation de l'hypothèse reposant sur la recherche des conditions nécessaires pour une stimulation désynchronisée sur des sujets sains