Design and evaluation of a virtual reality assistance system for the assistance self-rehabilitation of the upper limb after stroke

L'Accident Vasculaire Cérébral (AVC) est un problème de santé mondial majeur qui représente la première cause de handicap acquis de l'adulte. Les séquelles qu'il génère amènent à une perte d'autonomie et d'indépendance. Une rééducation est donc nécessaire pour recouvrir le maximum de capacités. Cependant, elle pose un problème majeur qui est celui de l'adhésion thérapeutique. Cette thèse est réalisée dans le cadre d'un contrat CIFRE entre le laboratoire IBISC et la société Interaction Healthcare. Elle porte sur la conception et l'évaluation d'un système d'assistance à l'auto-rééducation motrice du membre supérieur post-AVC, basé sur la Réalité Virtuelle. Plus particulièrement, nous nous sommes intéressés à la mise en place d'un système de gestion de la difficulté, nécessaire pour améliorer la motivation des patients. Notre système est conçu selon une méthode centrée-utilisateur en collaboration avec les patients et les thérapeutes de la clinique Les Trois Soleils.Il est basé sur un Leap Motion placé au-dessus d'une table qui permet d'interagir avec des environnements virtuels 3d affichés sur un écran. Deux exercices ont été réalisés. Le premier concerne une tâche de pointage de cibles qui permet de faire travailler la flexion-extension du coude ainsi que l'épaule. Le second concerne une tâche de pronation-supinationdu poignet. Dans ce dernier nous avons élaboré un système de gestion de la difficulté basé sur les aptitudes motrices des patients. Nous avons enfin conduit un protocole expérimental ayant pour objectif d'évaluer l'utilisabilité du dispositif, la cohérence de notre système de gestion de la difficulté à travers son impact sur les performances patients ainsi que le degré de motivation des utilisateurs. Les résultats montrent une très bonne utilisabilité, la cohérence du modèle de difficulté mais son faible impact sur les performances, et la forte motivation des participants.Stroke is a major global health problem that is the leading cause of acquired adult disability. The sequelae it generates lead to a loss of autonomy and independence. Rehabilitation is therefore necessary to regain as much capacity as possible. However, it poses a major problem of therapeutic adherence. This thesis is carried out within the framework of a CIFRE contract between the IBISC laboratory and Interaction Healthcare. It focuses on the design and evaluation of a post-stroke upper limb motor self-rehabilitation assistance system based on Virtual Reality. In particular, we were interested in setting up a difficulty management system, which is necessary to improve patient motivation. Our system is designed using a user-centered approach in collaboration with patients and therapists at the Clinic Les Trois Soleils. It is based on a Leap Motion placed above a table that allows interaction with 3D virtual environments displayed on a screen. Two exercises were carried out. The first concerns a target pointing task that allows the flexion-extension of the elbow and the shoulder to be worked on. The second concerns a pronation-supination task of the wrist. In the latter we have developed a difficulty management system based on patients' motor skills. Finally, we conducted an experimental protocol to assess the usability of the device, the consistency of our difficulty management system through its impact on patient performance and the degree of user motivation. The results show very good usability, the consistency of the difficulty model but its low impact on performance, and the high motivation of the participants