Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Certains besoins de santé spécifiques ont contribué au développement du travail présenté ici, en particulier dans le domaine de la kinésithérapie dans lequel l’étude de l’équilibre postural est étudiée. Les solutions qui existent aujourd'hui sur le marché sont coûteuses, disponibles uniquement dans les grands hôpitaux ou dans des salles dédiées, avec un faible taux de fréquentation de la population, principalement dans des endroits plus éloignés des grands centres urbains. Ce travail a été développé en collaboration avec une équipe constituée de kinésithérapeutes, de chercheurs en génie électrique et en génie mécanique du laboratoire G-SCOP, Grenoble INP, Institut d’Ingénierie, Univ. Grenoble Alpes, France. Cette équipe cherche des solutions à faible coût qui répondent aux besoins de la société en général, en mettant l'accent sur la santé, mais également sur la vulgarisation scientifique, en diffusant ses travaux lors de manifestations de type fête de la Sciences dans la région et pour la communauté. Les travaux ont débuté avec une plateforme de force développée en 2016, conjointement par des chercheurs de l'UNESP (une Université de l'état Sao Paulo au Brésil) et du laboratoire G-SCOP. A cette solution a été ajoutée une nouvelle interface électronique, développée dans le but de fournir des informations sur le déplacement du centre de pression du patient. Un mécanisme a également été mis en place pour assurer la synchronisation entre les informations capturées par les capteurs installés sur la plate-forme et un capteur Microsoft Kinect. De nouveaux outils logiciels ont été proposés pour capturer et analyser les résultats. Le traitement des données permet de créer un modèle tridimensionnel détaillé contenant la cinématique de plusieurs articulations du corps humain et leur comportement respectif en fonction du temps. La mise en œuvre du capteur Kinect synchronisé avec la plate-forme de force permet de comparer le Centre de Pression avec le Centre de masse en vue de proposer un outil plus léger et moins cher à la communauté des praticiens hospitaliers. / Some specific health needs contributed to the development of the work presented here, especially in Physical Therapy in which the Postural Equilibrium is studied. The solutions that exist today in the market are of expensive, available only in large hospitals or in dedicated rooms, with low index of attendance to the population, mainly in places more distant of the great urban centers. This work was developed in cooperation with a team constituted of Phisiotherpists, Electrical Engineering and Mechanical Engineering from of the G-SCOP Laboratory, Grenoble INP, Institute of Engineering Univ. Grenoble Alpes, France. This team seeks low cost solutions that meet the needs of society in general, with a focus on health, but also with a focus on the popularization of science, disseminating its work in basic schools in the region and also in the community. The work began with a strength platform developed in 2016, jointly by researchers from UNESP, Sao Paulo, Brasil, and the G-SCOP Laboratory. To this solution was added a new electronic interface, developed with the purpose of providing information on the displacement of the patient pressure center. A mechanism was also implemented to ensure synchronization between information captured by sensors installed on the platform and a Microsoft Kinect sensor. New software tools were developed to capture and analyze the results. The data treatment allows the creation of a detailed three-dimensional model, containing the kinematics of several joints of the human body and their respective positional behavior, as a function of time. With the implementation of the Kinect sensor, synchronised with the force platform, it is also possible to evaluate the kinematic and positional biomechanical parameters.

Les atteintes posturales sont des conséquences connues du vol spatial. Un des facteurs de stabilité orthostatique et postural est le tonus musculaire, qui chute en microgravité. Les études sur les effets cardiovasculaires, neuromusculaires et posturaux de la microgravité sont nombreuses ; pourtant, le rôle des troubles neuromusculaires et cardiovasculaires dans l’atteinte orthostatique et posturale reste peu connu. Notre but était d’étudier des altérations vasculaires et neuromusculaires induites par la microgravité, ainsi que les liens entre eux. Nos études chez l’homme comprenaient un vol spatial de 6 mois, un alitement antiorthostatique de 21 jours et une immersion sèche de 3 à 5 jours. Ces conditions diffèrent par le niveau de stimulation d’appui. L'état cardiovasculaire a été évalué par des tests orthostatiques, neuromusculaire - par myotonométrie et la stabilité posturale - par stabilométrie. Notre travail montre qu’un vol de longue durée induit des troubles bien plus profonds que la microgravité simulé plus courte. De plus, l'immersion sèche induit des troubles plus graves que l'alitement, malgré sa durée plus courte. Nos données suggèrent que c'est la décharge d’appui qui définit la profondeur des perturbations. Le rôle principal de la diminution du tonus des muscles posturaux est mis en avant. Cette diminution se produit par voie réflexe par diminution d’afferentation des zones d’appui. Elle pourrait être responsable de l’intolérance orthostatique via la diminution de l'efficacité de la pompe musculaire favorisant le retour veineux, et de l’instabilité posturale - via l'augmentation des seuils de recrutement des motoneurones posturaux. / Postural and orthostatic impairment are both acknowledged consequences of spaceflight. One of the factors for orthostatic and postural stability is muscle tone, which decreases within the onset of microgravity. Studies of cardiovascular, neuromuscular and postural effects of microgravity are numerous ; yet the role of neuromuscular and vascular disorders in orthostatic and postural impairment remains unclear. We aimed to investigate vascular and neuromuscular alterations induced by microgravity, as well as their relationships. We studied healthy men exposed to 6-mo spaceflight, 21-day head-down bedrest and 3-to 5-day dry immersion. These conditions differ by the level of support unloading. Cardiovascular state was assessed by orthostatic tests, neuromuscular - by myotonometry, postural stability - by stabilometry. We found that long-term spaceflight induced much deeper disorders than relatively short-term modeled microgravity. Furthermore, immersion induced more severe disorders than bedrest, despite its shorter duration. Our data, along with literature, suggest that it is the support unloading that defines the depth of disturbances. The leading role in development of postural disorders under gravitational unloading belongs to decrease in postural muscle tone. This decrease occurs mainly by a reflex mechanism (decrease in support afferentation). It might be responsible for orthostatic impairment - via decrease in the efficiency of muscle pump promoting venous return, and for postural impairment - via increase in recruitment thresholds of postural motoneurons.

INTRODUCTION: La stimulation vestibulaire galvanique (GVS) est utilisée pour évaluer l’intégrité du système vestibulaire et améliorer notre compréhension des mécanismes de l‘équilibre. Néanmoins les réponses évoquées montrent une grande variabilité interindividuelle ce qui rend la compréhension du rôle du système vestibulaire difficile. OBJECTIF: Développer un protocole d’évaluation d’un seuil vestibulaire objectif spécifique à la personne. MÉTHODES: Dix-huit sujets sains droitiers se tenaient debout sur une plate-forme de force, les yeux fermés, la tête vers l’avant. L’accélération de la tête était enregistrée lorsque la GVS (durée: 200 ms) était appliquée à des intensités de 1 à 4,5mA. Des courbes de recrutement ont été générées afin de déterminer le seuil objectif (T). Puis, les participants ont été stimulés à différentes intensités relatives au seuil (0,5T; 0,75T; 1T et 1,5T). L’aire de l’ellipse de confiance (AE) à 95%, la vitesse de déplacement du centre de pression (CoP) et l’activité électromyographique du soléaire (SOL) ont été mesurées. RÉSULTATS: 1) Un seuil objectif a été déterminé pour chaque sujet basé sur l’accélération de la tête. 2) L’aire de l’ellipse, pendant la stimulation, corrélait avec l’intensité de stimulation (r=0,95; p=0,03). 3) L’amplitude de la 1ère phase du patron triphasique de la vitesse de déplacement du CoP corrélait aussi avec l’intensité de stimulation (r=0,98; 0,04). 4) En plus, l’amplitude de la réponse musculaire à moyenne latence induite par la GVS sur le SOL montrait une corrélation significative avec l’intensité de stimulation (r=0,7; p=0,045). DISCUSSION: Un seuil objectif vestibulaire peut être identifié par un accéléromètre. Les réponses vestibulaires mesurées par l’AE et le CoP sont proportionnelles aux intensités de stimulation relatives au seuil objectif déterminé. / INTRODUCTION: Galvanic vestibular stimulation (GVS) is used to assess the integrity of the vestibular system and to improve our understanding of the mechanisms of balance. However, the GVS-induced responses show great inter-individual variability, which makes it difficult to understand the contribution of the vestibular system in maintaining balance. OBJECTIVE: To develop a protocol identifying an objective vestibular threshold for GVS in order to limit this variability observed on GVS-induced responses. METHODS: Eighteen healthy right-handed subjects stood on a force platform, eyes closed, head forward. The head acceleration was recorded when the GVS (duration: 200 ms) was applied at intensities varying between 1 and 4.5mA. Recruitment curves were reconstructed to determine the objective threshold (T). Then, the participants were stimulated at different intensities relative to threshold (0.5T; 0.75T; 1T and 1.5T). The 95% confidence ellipse area, the velocity of the center of pressure (CoP) displacement and the electromyographic activity of the soleus muscle (SOL) were measured. RESULTS: 1) An objective threshold was determined for each subject based on the acceleration of the head. 2) The area of the ellipse, during stimulation, correlated with the stimulation intensity (r = 0.95; p = 0.03). 3) The amplitude of the 1st peak of the three-phase CoP velocity pattern also correlated with the stimulation intensity (r = 0.98; 0.04). 4) In addition, the amplitude of the medium latency response induced by the GVS on the SOL showed a significant correlation with the stimulation intensity (r = 0.7; p = 0.045). DISCUSSION: An objective vestibular threshold can be identified by an accelerometer. The vestibular responses measured by the ellipse area and the CoP are proportional to the stimulation intensities relative to the determined objective threshold.

Les orthèses de propulsion mandibulaire sont fréquemment utilisées en orthopédie-dento-faciale pour stimuler le développement de ce maxillaire. Le déplacement antérieur de son centre de gravité et les tensions musculaires et viscérales (appareil aéro-digestif) qui apparaissent alors sont susceptibles d’influer sur la posture du sujet debout. Pour le déterminer, une étude stabilométrique a été menée. Elle permet de mettre en évidence les variations de position de la projection au sol du centre de gravité du corps (PGv). Les effets du port de trois orthèses imposant une quantité de propulsion différente ont été analysés, comparés entre eux et à la situation sans orthèse portée. Ces résultats ont été complétés par ceux issus d’une étude électromyographique, menée pour détecter les muscles mis en jeu dans le contrôle de l'équilibre. L’ensemble de ces expérimentations montre principalement une perte du contrôle postural (augmentation des oscillations de PGv) et un repositionnement plus postérieur du centre de gravité corporel lors d’avancement mandibulaire important, et ce d’autant plus que l’orthèse portée provoque peu de désocclusion inter-maxillaire. Une activité accrue des muscles fléchisseurs dorsaux du pied, de la hanche, du cou et extenseurs du rachis lombaire accompagne ces variations de position de PGv. Une hypothèse d'adaptation posturale en réaction à l'avancement de la mandibule est formulée ainsi qu’une critique et une évolution du protocole d’étude. / Mandibular propulsion splints are frequently used in dento-facial orthopedics so as to stimulate the development of this maxilla. Consequently, we can notice that its centre of gravity moves forward but also that visceral (the aerodigestive apparatus) and muscle tensions appear. These elements are likely to have an influence on the position of a person standing. A stabilometric study was carried out to highlight the changes in the projection onto the ground of the body centre of gravity (PGv). We analysed and compared the effects of the wearing of three different splints (each of which required a different level of propulsion). But a comparison between these results and the normal situation (no splint worn) was also drawn. Moreover, an electromyographic study was carried out to find out which muscles were stimulated in the balance control. Its results were then added to those of the stabilometric study. These experiments mainly show that we lose control of the postural equilibrium (increase of the PGv oscillations). It also shows that when the mandible is significantly moved forward, the body center of gravity goes back into a more posterior position. This is all the more true as the splint worn does not cause much inter-maxillar disocclusion. The back flexor muscle of the foot, of the hip, of the neck and the extensor muscle of the lumbar rachis are greatly stimulated in the variations of the PGv. A postural adaptation to the mandibular advancement is hypothetically expressed, together with a criticism and an evolution of the study procedure.

La thématique générale des travaux de la thèse porte sur l’utilisation des Technologies de l’information et de la communication afin de promouvoir l’activité physique et limiter les troubles dus à la sédentarité. Ils s’inscrivent dans le cadre d’un projet qui vise à développer une solution d’évaluation de la motricité des sujets humains à faible coût, en utilisant des capteurs inertiels embarqués. L’objectif du présent travail de thèse est d’évaluer les capacités posturales au travers deux exercices de Yoga. En premier lieu, nous avons validé l’utilisation des dispositifs BodyTrack, par rapport à un système de référence (Plateforme de force), dans le cadre de l’évaluation des oscillations posturales. Ensuite, une méthodologie est proposée afin d’évaluer la performance motrice selon 3 facteurs. Le premier considère le maintien de l’équilibre postural lors des phases statique des deux exercices. Le deuxième facteur évalue la durée de ces phases statiques et le troisième permet de vérifier la bonne exécution de la posture. L’ensemble des facteurs mesurés permet de construire une vue d’ensemble de l’exercice effectué et rend compte de la performance motrice. / Balance is a key element for daily activities, that’s making balance training, is important for ev eryone. In the aim of promoting physical activity and changing exercise behaviour, BodyScoring’s balance application, using an inexpensive mobile device provided with accelerometers, gyroscope and magnetometer, proposes tow Yoga exercises (‘Tadasana and Vrksasana’), for balance improvement, an d calculates a score to determine the level skills and share it with friends. First, this thesis examines th e validity, reliability and the sensitivity of accelerometer data by comparing them to force platform data. Second, a postural scoring system is developed. Based on three key factors, it allows evaluating the postural performance, the duration and the appropriate execution of the exercise. The graphical re presentation of the score has allowed a straightforward and simple interpretation of results.