Le patron de propulsion en fauteuil roulant manuel

La propulsion se caractérise par deux phases : la poussée et le recouvrement. La poussée démarre au moment où l’utilisateur attrape la roue par la main et se poursuit jusqu’au relâchement de celle-ci. Durant cette phase, le mouvement de la main est contraint par le mouvement de la roue (van Kemenade et al., 1999). Le recouvrement, pour sa part, constitue la période où le contact main-roue est interrompu pour permettre à l’utilisateur de ramener son bras aux côtés de son corps pour une nouvelle propulsion. Certains auteurs se sont attardés à étudier la cinématique des patrons de propulsion. Quatre catégories de mouvements de la main ont été répertoriées pour la phase de recouvrement : le pompage (ARC, arcing), la boucle simple (SLOP, Single loop), la boucle double (DLOP, Double loop) et le patron semi-circulaire (SC). Ces patrons sont illustrés à la figure 1.1. Desroches a testé l’influence de ces quatre patrons sur les sollicitations à l’épaule pour en conclure que la propulsion de type pompage engendrait des moments significativement plus élevés à l’épaule en rotation interne, en extension dans le plan sagittal et en flexion dans les plans horizontal et sagittal (Desroches, 2008).

Les observations de Desroches vont dans la même direction que celles de Boninger et al. (2002). Le type de patron de propulsion adopté influencerait aussi l’orientation des forces appliquées à la roue, et donc l’efficacité globale de la poussée (Aissaoui et Desroches, 2008). La propulsion est également définie par un certain angle de poussée. Cet angle correspond à la portion d’une révolution accomplie par la roue durant la période où elle est en contact avec la main. Un encodeur optique simple, tel que celui contenu dans la roue instrumentée SmartWheel (Three Rivers Holdings LLC, Mesa, AZ), fournira l’information nécessaire pour calculer l’amplitude relative de l’angle de poussée. Toutefois, pour retrouver l’emplacement de la poussée sur la roue, il importe de connaître le point de saisie et le point de relâchement de la roue, tel que montré à la figure 1.2. Afin de pouvoir calculer sans approximation la fraction mécanique effective de la force appliquée, ou mechanical effective force (MEF) tel que défini à la section 1.2, il importe de connaître en tout temps le point d’application de la force sur la roue (PFA). Toutefois, le PFA ne peut pas être obtenu directement à partir des capteurs de la roue SmartWheel. Dans cette étude, la MEF devra donc être approximée à partir des forces et moments directement mesurés par la SmartWheel, comme nous le verrons au chapitre 3.

Effets de l’entraînement sur l’efficacité mécanique de la propulsion

L’apprentissage d’une poussée efficace ne serait peut-être pas aussi intuitif qu’on le pense. L’équipe de Veeger et al. (1992) a constaté par exemple des performances similaires entre un groupe d’utilisateurs (N=9) et un groupe de non-utilisateurs (N=10) de FRM en termes d’orientation de la force appliquée aux roues (mesurée par la FEF), et de puissance développée lors de la propulsion (Veeger et al., 1992). La performance des utilisateurs de FRM, notamment en termes d’efficacité de propulsion, était même beaucoup plus variable que celle des non-utilisateurs (Veeger et al., 1992). Si la diversité des handicaps entre certainement en ligne de compte, tel que le suggèrent les auteurs, il semblerait que les utilisateurs de FRM ne développent nécessairement un patron de propulsion efficace, même après quelques années de pratique. Dans cette optique, on comprend mieux l’intérêt pour une forme d’entraînement incluant une rétroaction qui rendrait plus intuitive l’amélioration de l’orientation des forces de poussée. Partant de ce principe que l’humain aurait besoin d’une certaine forme d’aide pour apprendre à se propulser plus efficacement, plusieurs auteurs se sont attardés à différents types d’entraînement avec ou sans rétroaction.

Ainsi, Dallmeijer, van der Woude et Pathuis (1999) ont investigué l’effet d’un programme d’entraînement de sept semaines sur l’efficacité mécanique de la propulsion, l’efficacité métabolique de propulsion, ainsi que la longueur des poussées. Les 28 sujets sains de cette étude étaient divisés en trois groupes : un groupe contrôle de neuf individus, et deux groupes de neuf et dix individus qui suivaient trois fois par semaine un entraînement sur fauteuil roulant à 50% et 70% de leur rythme cardiaque maximal respectivement. Les résultats de l’étude montrent que tous les groupes avaient réussi à augmenter leur FEF entre la première et la deuxième séance de test, séparées par la durée de l’entraînement. Cette observation indique qu’il est possible d’augmenter l’efficacité mécanique de la propulsion grâce à un entraînement. De plus, pour expliquer l’absence de différence significative entre le groupe contrôle et les groupes entraînés, les auteurs ont avancé que la modification par un utilisateur de son patron de propulsion pour le rendre plus efficace impliquerait un apprentissage de courte durée qui pourrait se dérouler en l’espace d’une seule séance de test. Ce résultat a été corroboré par d’autres auteurs (Kotajarvi et al., 2006).

Entraînement à la propulsion sur simulateurs

De nombreuses équipes se sont penchées sur la manière d’amener des sujets à améliorer différents paramètres de leur patron de propulsion en FRM grâce à un entraînement sur un simulateur avec une rétroaction visuelle et/ou auditive (de Groot et al., 2002; DeGroot et al., 2009; Kotajarvi et al., 2006; Rice et al., 2010; Richter et al., 2011). Les résultats obtenus se sont contredis par moment, mais ils se sont avérés somme toute encourageants. Richter et al. (2011) ont montré que les individus présentant une lésion médullaire (N=31) avaient, de manière générale, un bon contrôle sur leur cadence, leur longueur de poussée et leur angle de contact avec la roue. Si la force de poussée maximale était plus difficile à réduire sur un cycle et le rapport de la force moyenne/force maximale, plus difficile à augmenter, il n’en demeure pas moins que les sujets ont réussi à améliorer leurs performances de propulsion sur 9 des 11 paramètres testés (Richter et al., 2011). Les paramètres étaient testés un à un sur la totalité du cycle de propulsion et les performances du sujet lui étaient affichés sous forme d’histogramme tel que montré à la figure 1.3. L’étude de Richter et al. a ouvert la voie à l’investigation de nouveaux types de rétroactions ainsi qu’à la redirection de l’entraînements vers une seule portion du cycle de propulsion, telle que la partie centrale, au lieu du cycle dans son entièreté. Les auteurs soulignent toutefois que l’amélioration d’un paramètre peut se traduire par la détérioration d’un autre (Richter et al., 2011). Il y aurait donc un compromis à faire lorsque l’on cherche à améliorer la propulsion, d’où l’intérêt de surveiller l’évolution des chargements à l’épaule lors d’un entraînement visant à améliorer l’efficacité mécanique de la propulsion.

À travers une étude de cas sur un sujet expérimenté, Rice et al. (2010) ont testé l’effet d’un entraînement réalisé sur trois séances espacées de dix jours et d’une durée de 26 minutes, dont 12 minutes de propulsion active. L’entraînement, dirigé vers l’augmentation de l’angle de poussée, la diminution de la cadence et le maintien de la vitesse de propulsion, consistait en une rétroaction visuelle provenant d’un logiciel basé sur les principes de la théorie de l’apprentissage moteur. Cet entraînement a été réalisé sur un simulateur alors que la mesure des paramètres de propulsion initiaux et finaux avait été conduite directement au sol. Rice et al. (2010) ont ainsi observé qu’il était possible d’améliorer les paramètres visés par l’entraînement (c.-à-d. la cadence et l’angle de poussée), mais aussi de diminuer la force moyenne appliquée à la roue tout conservant la vitesse de propulsion du sujet constante. Il est également pertinent de noter que les paramètres de propulsion finaux du sujet ont été mesurés plus de deux mois après la fin des entraînements. Il semblerait donc que les améliorations apportées à la technique de poussée perdureraient dans le temps (Rice et al., 2010).

DeGroot et al. (2009) et Kotajarvi et al. (2006), comme Richter et al. (2011) et Rice et al. (2010), ont obtenu des résultats positifs et significatifs en termes de diminution de la cadence et d’augmentation de l’angle de poussée. Dans l’étude de DeGroot et al., ces deux paramètres devaient être améliorés simultanément alors qu’une rétroaction auditive sous forme de commentaires d’un évaluateur était fournie en plus de la rétroaction visuelle. Dans l’étude de Kotajarvi et al., seule une rétroaction visuelle sous forme de graphique était employée. L’équipe de DeGroot (2009) a observé, en contrepartie des améliorations sur la cadence et l’angle de poussée, ainsi qu’une augmentation des forces maximales et moyennes fournies par les participants avec une blessure médullaire (n=9) durant l’entraînement, ce qui rejoint l’idée du compromis avancée par Richter et al. (2011). De plus, les résultats prometteurs obtenus par DeGroot et al. n’ont pas semblé perdurer dans le temps (DeGroot et al., 2009). Au niveau de l’étude de Kotajarvi et al., la FEF faisait partie des paramètres étudiés en plus de la cadence et de l’angle de poussée. La FEF n’a cependant pas pu être améliorée par l’entraînement avec rétroaction visuelle à la différence des deux autres paramètres. Le groupe expérimental de Kotajarvi et al. (2006) était constitué de 18 participants présentant une lésion traumatique de la moelle épinière entre les niveaux vertébraux T4-L2.

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Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 REVUE DES CONNAISSANCES ACTUELLES
1.1 Le patron de propulsion en fauteuil roulant manuel
1.2 Définition de l’efficacité mécanique de la propulsion
1.3 Facteurs qui influencent l’efficacité mécanique de la propulsion
1.3.1 Positionnement de l’utilisateur
1.3.2 Type de patron de propulsion
1.3.3 Inclinaison du siège par rapport au sol
1.3.4 Expérience de propulsion
1.3.5 Autres facteurs influençant l’efficacité
1.4 Effets de l’entraînement sur l’efficacité mécanique de la propulsion
1.4.1 Entraînement à la propulsion sur simulateurs
1.4.2 Entraînement à la propulsion sur le terrain
1.5 Évaluation des chargements à l’épaule lors de la propulsion en fauteuil roulant
1.5.1 Douleur à l’épaule et sollicitations associées
1.5.2 Évaluation des sollicitations par la dynamique inverse
1.5.3 Compromis biomécanique de l’efficacité mécanique de la propulsion
1.6 Utilisation d’une rétroaction haptique en rééducation et réadaptation du membre supérieur
CHAPITRE 2 PROBLÉMATIQUE, OBJECTIFS, HYPOTHÈSES ET RETOMBÉES DU PROJET
2.1 Problématique
2.2 Objectifs du projet
2.3 Approche
2.4 Hypothèses de recherche
2.5 Délimitations de l’étude
2.6 Retombées attendues et importance de l’étude
CHAPITRE 3 DESCRIPTION DU SIMULATEUR
CHAPITRE 4 MÉTHODOLOGIE EXPÉRIMENTALE
4.1 Participants
4.2 Collecte des informations des participants
4.3 Mesure des paramètres de propulsion sur le terrain
4.4 Mesure du moment maximal volontaire statique (MVM)
4.5 Acquisition cinématique du mouvement de propulsion
4.6 Ajustement des paramètres du simulateur
4.7 Pré-entraînement sur le simulateur sans la rétroaction haptique
4.8 Configuration de la rétroaction haptique
4.9 Entraînement avec la rétroaction haptique
4.10 Post-entraînement sans la rétroaction haptique
4.11 Mesure du post-effet sur le terrain
4.12 Clôture de l’expérimentation
CHAPITRE 5 IMPACT DE L’ENTRAÎNEMENT SUR L’EFFICACITÉ DE LA PROPULSION
5.1 Méthodologie
5.1.1 Identification des patrons de MEF
5.1.2 Extraction des paramètres pertinents
5.1.3 Statistiques
5.2 Résultats
5.2.1 Vitesse linéaire, intensité de la rétroaction haptique et puissance
5.2.2 Déviation avec le patron de MEF cible durant l’entraînement
5.2.3 Patrons d’apprentissage typiques durant l’entraînement
5.2.4 Évolution de la MEF moyenne durant l’entraînement
5.2.5 Effets en post-entraînement
5.3 Discussion
5.3.1 Limites de l’étude
CHAPITRE 6 IMPACT DE L’ENTRAÎNEMENT SUR LES MOMENTS AUX ÉPAULES
6.1 Méthodologie
6.1.1 Paramètres d’entrée pour le calcul de la dynamique inverse
6.1.2 Filtrage et ré-échantillonnage des données
6.1.3 Expression des données de cinématique dans le repère de la roue
6.1.4 Calcul de la dynamique inverse
6.1.5 Extraction des moments aux épaules
6.1.6 Statistiques
6.2 Résultats
6.2.1 Analyse des patrons de moments
6.2.2 Comparaison des moments maximaux avant, durant et après l’entraînement
6.2.3 Variation des moments aux épaules par groupe de participants
6.3 Discussion
6.3.1 Limites de l’étude
CHAPITRE 7 DISCUSSION GÉNÉRALE
CHAPITRE 8 CONCLUSION
ANNEXE I CONTRIBUTION DÉTAILLÉE
ANNEXE II ARTICLE “CHARACTERIZATION OF THE IMMEDIATE EFFECT OF A TRAINING SESSION ON A MANUAL WHEELCHAIR SIMULATOR WITH HAPTIC BIOFEEDBACK: TOWARDS MORE EFFECTIVE PROPULSION”
LISTE DES RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES