Assessment of postural instability from a robotic balance disturbance platform

Les troubles d’équilibres représentent un problème de santé publique car ils touchent à la mobilité et une partie à l’autonomie. Dans la population gériatrique, les troubles de l’équilibre sont souvent fréquents, de causes multiples et intriquées. Les personnes ayant des atteintes neurologiques, orthopédiques, ou des déficits vestibulaires, peuvent présenter des troubles sensori-moteurs, biomécaniques, ou des problèmes d’intégration sensorielle qui affectent aussi l’équilibre, la posture et donc la mobilité. La question d’identification des différentes déficiences du système d’équilibre est l’objectif de notre travail. Aujourd’hui, la majorité des tests d’évaluation d’équilibre se font en statique et sont très controversés du fait de leur mauvaise répétabilité. Il existe quelques tests d’évaluation de l’équilibre en dynamique, mais ils sont très dépendants de l’outil utilisé. L’évaluation du système d’équilibre devient ainsi de plus en plus compliquée dans le cas dynamique, puisqu’il existe plusieurs plateformes avec différents mouvements. Un patient ne doit pas passer d’une plateforme à une autre pour faire les différents mouvements. Pour une analyse de la stabilité posturale complète, il faut trouver donc une nouvelle solution qui remplace tous les plateformes existantes en une seule plateforme. Cette plateforme originale est l’IsiMove l’outil conçue, développé et utilisé dans cette thèse, pour mesurer la stabilité des sujets ayant des troubles d’équilibre. L’IsiMove est une nouvelle plateforme de perturbation posturale dynamique, conçue par la société AssistMov en collaboration avec l’Institut des Systèmes Intelligents et de Robotique « ISIR » et l’hôpital Rothschild. Cette plateforme répond au besoin de l’analyse de l’équilibre grâce à ses quatre degrés de libertés. La présence des capteurs de forces sur la plateforme permet la mesure de la posture et l’effort d’interaction pied/sol aux cours des réactions de perturbations, ce qui permet l’analyse du comportement pathologique pour une large classe de déficiences motrices, neurologiques ou vestibulaires.Un protocole d’évaluation d’équilibre a été élaboré sous la direction du Pr.Thoumie, suite à une série d’expériences et de tests. Ce protocole est presque complet, il se divise en deux parties : statiques (protocole classique) et dynamiques. La partie dynamique est unique, dans les 3 plans de l’espace, de mouvement simple et de différentes fréquences. Des tests sur des sujets ayant des atteintes neurologiques (myopathie et neuropathie) ou d’accidents vasculaires cérébraux (hémiplégiques) ont été réalisés à l’hôpital Rothschild avec l’aide d’un kinésithérapeute. La majorité des sujets ayant des atteintes neurologiques ont été incapables de réaliser le protocole d’une façon complète, contrairement aux sujets hémiplégiques. Ce qui nous a imposé à proposer deux méthodes d’évaluation de l’équilibre : la première est basée sur une analyse statistique discriminante et la deuxième est basée sur une représentation graphique.Balance disorders represent a public health problem because they affect mobility and some autonomy. In the geriatric population, balance disorders are often frequent, have multiple causes and intricate. People with neurological, orthopedic or vestibular deficits may have sensorimotor disorder, biomechanical trouble or sensory integration problems that also affect balance, posture and thus mobility.The identification of the different impairments of balance system issue is the goal of our work. Today, the majority of the evaluation tests of balance are in “static” and they are highly controversial because of their poor repeatability. There are some tests for balance evaluation in “dynamic” conditions, but they are very dependent on the used tool. Balance evaluation becomes more complicated in the dynamic case, since there are several platforms with different movements. A patient should not move from one platform to another to make different movements and evaluations. For a complete analysis of postural stability, we must find a new solution that replaces all existing platforms into a single platform. This original platform is “IsiMove” the tool designed, developed and used in this thesis to measure the stability of subjects with balance disorders.IsiMove is a new dynamic posturography platform, designed by ASSISTMOV SAS company in collaboration with the Institute of Intelligent Systems and Robotics "ISIR" and the Rothschild Hospital. This platform addresses the need for balance analysis with its four degrees of freedom. The dual force plate on the platform allows the measurement of the posture and the force interaction of the foot / floor during the reactions, which then allows the analysis of the pathological behavior for a broad class of physical disabilities, neurological or vestibular.A new balance evaluation protocol was elaborated under the direction of Pr.Thoumie, following a series of experiments and tests. This protocol is almost complete; it is divided into two parts: static (standard protocol) and dynamic. The dynamic part is unique, in all 3 planes of space, simple movement and different frequencies. Tests on subjects with neurological disorders (myopathy and neuropathy) or stroke (hemiplegia) were made in the Rothschild hospital with the help of a physiotherapist. The majority of subjects with neurological disorders were unable to perform all exercises protocol, unlike patients with stroke. This has force us to propose two balance assessment methods: the first is based on discriminant statistical analysis and the second is based on graphical representation