31-12-2020

La minerve intègre des capteurs et des actionneurs pour rétablir environ 70 % de l’amplitude active des mouvements

Par Holly Evarts | Crédit photo et vidéo : Haohan Zhang et Sunil K. Agrawal/Columbia Engineering

Un participant à l’étude avec le collier

New York – Une nouvelle minerve, qui soutient le cou pendant son mouvement naturel, a été conçue par les ingénieurs de Columbia. Il s’agit du premier dispositif qui s’est révélé capable d’aider considérablement les patients souffrant de la sclérose latérale amyotrophique (SLA) à tenir leur tête droite et à la soutenir activement pendant l’amplitude des mouvements. Cette avancée se traduirait par une meilleure qualité de vie pour les patients, non seulement en améliorant le contact visuel pendant la conversation, mais aussi en facilitant l’utilisation des yeux pour contrôler les mouvements sur un ordinateur, un peu comme l’a fait le célèbre scientifique Stephen Hawkins.

Une équipe d’ingénieurs et de neurologues dirigée par Sunil Agrawal, professeur de génie mécanique et de médecine de réhabilitation et régénérative, a conçu une minerve robotisée confortable et portable qui intègre à la fois des capteurs et des actionneurs pour ajuster la posture de la tête, rétablissant environ 70 % de l’amplitude active des mouvements de la tête humaine. Grâce à la mesure simultanée des mouvements à l’aide de capteurs sur la minerve et de l’électromyographie de surface (EMG) des muscles du cou, il devient également un nouvel outil de diagnostic des troubles du mouvement de la tête et du cou. Leur étude pilote a été publiée le 7 août dans les ‘Annals of Clinical and Translational Neurology’.

La minerve est également prometteuse, selon M. Agrawal qui dirige le laboratoire de robotique et de réadaptation (ROAR), pour une utilisation clinique au-delà de la SLA. « La minerve serait également utile pour moduler la réadaptation de ceux qui ont subi un ‘coup de fouet’ cervical à la suite d’un accident de voiture ou qui ont un mauvais contrôle de la nuque à cause de maladies neurologiques telles que la paralysie cérébrale », a-t-il déclaré.

Hiroshi Mitsumoto, professeur de neurologie Wesley J. Howe au centre Eleanor et Lou Gehrig de la SLA au centre médical Irving de l’université de Columbia qui, avec Jinsy Andrews, professeur adjoint de neurologie, a codirigé l’étude avec Agrawal, a déclaré : « Pour autant que je sache, le professeur Agrawal et son équipe ont étudié, pour la première fois, les mécanismes musculaires dans les muscles du cou des patients atteints de SLA. Leur minerve est une étape importante pour aider les patients atteints de SLA, une maladie terminale dévastatrice et à évolution rapide. Nous avons deux médicaments qui ont été approuvés, mais ils ne ralentissent que modestement la progression de la maladie. Bien que nous ne puissions pas guérir la maladie pour l’instant, nous pouvons améliorer la qualité de vie du patient en atténuant des symptômes pénibles grâce à la minerve robotisée ».

Vue d’ensemble du système – les angles de la tête du participant sont mesurés par la minerve robotisée. Les activations musculaires des principaux muscles superficiels du cou, SCM (muscle sterno-cléido-mastoïdien), et SCare sont mesurées à l’aide d’un système d’EMG (électromyographie) sans fil. Les mesures EMG sont synchronisées avec le mouvement de la minerve par le biais d’une entrée de déclenchement du microcontrôleur. Les données des deux systèmes sont enregistrées sur un ordinateur portable et une interface utilisateur graphique affiche les données enregistrées.

La SLA est une maladie neurodégénérative caractérisée par une perte progressive des fonctions musculaires, entraînant une paralysie des membres et une insuffisance respiratoire. La chute de la tête, due à la diminution de la force musculaire du cou, est une caractéristique déterminante de la maladie. Au cours de la maladie, qui peut durer de plusieurs mois à plus de 10 ans, les patients perdent complètement la mobilité de la tête, s’installant dans une posture menton sur la poitrine qui entrave la parole, la respiration et la déglutition. Les appareils orthopédiques statiques actuels deviennent de plus en plus inconfortables et inefficaces à mesure que la maladie progresse.

Pour tester ce nouveau dispositif robotique, l’équipe a recruté 11 patients atteints de SLA ainsi que 10 sujets en bonne santé du même âge. Les participants à l’étude ont été invités à effectuer des mouvements dans un seul plan de la tête et du cou, comprenant une flexion-extension, une flexion latérale et une rotation axiale. Les expériences ont montré que les patients atteints de SLA, même aux tout premiers stades de la maladie, utilisent une stratégie différente de coordination tête-cou par rapport à des sujets sains appariés en fonction de l’âge. Ces caractéristiques sont bien corrélées avec les scores cliniques de la SLA couramment utilisés par les cliniciens. Les mesures recueillies par l’appareil peuvent être utilisées cliniquement pour mieux évaluer la chute de la tête et l’évolution de la maladie de la SLA.

« Dans la prochaine phase de notre recherche, nous caractériserons comment l’assistance active de la minerve affectera les sujets atteints de SLA ayant une chute de tête importante pour effectuer les activités de la vie quotidienne », a déclaré M. Agrawal, qui est également membre de l’Institut des sciences des données de l’Université de Columbia. « Par exemple, ils peuvent utiliser leurs yeux comme 2stick pour déplacer la nuque afin de regarder leurs proches ou des objets autour d’eux ».

Démonstration d’une minerve robotisée pour les patients atteints de SLA

Traduction : Fabien

Source : Columbia Engineering