Le but général de ce mémoire consiste à documenter l’utilisation actuelle et potentielle (utilisabilité) des exosquelettes des membres inférieurs pour la marche. Deux volets sont présentés afin de répondre à ce but : 1) une revue systématique portant sur les exosquelettes des membres inférieurs utilisés pour la mobilité fonctionnelle chez les personnes ayant une lésion de la moelle épinière et 2) une étude exploratoire portant sur l’utilisabilité des exosquelettes des membres inférieurs : les perspectives des personnes ayant une lésion incomplète de la moelle épinière. Les résultats des sept études recensées démontrent qu’en tant qu’aide technique, l’applicabilité et l’efficacité des exosquelettes des membres inférieurs dans la communauté restent à démontrer. Les résultats obtenus auprès de 13 personnes ayant une lésion de la moelle épinière interviewées à leur domicile révèlent un écart important entre les attentes des participants en termes de versatilité d’utilisation et de convivialité des caractéristiques techniques par rapport aux exosquelettes actuellement disponibles sur le marché.

Les semelles instrumentées sont des dispositifs pouvant être utilisées pour la quantification de pas et la reconnaissance des activités. Il existe plusieurs modèles de semelles instrumentées, avec des niveaux de validité variables. Ce mémoire comprend trois objectifs : 1) faire une revue systématique de la littérature sur la validité de critère des semelles instrumentées existantes pour identifier les postures, les types d’activités et compter les pas, 2) développer une semelle instrumentée et 3) étudier sa validité pour le comptage de pas. Pour l’objectif 1, cinq bases de données ont permis de sélectionner 33 articles sur la validité de critère de seize modèles de semelles instrumentées pour la détection de posture, de type d’activités et de pas. Selon les indicateurs utilisés, les validités de critère varient de 65,8% à 100% pour la reconnaissance des activités et des postures et de 96% à 100% pour la détection de pas. En somme, peu d’études ont utilisé les semelles instrumentées pour le comptage de pas bien qu’elles démontrent une très bonne validité. Pour les objectifs 2 et 3, nous avons équipé une semelle commercialisée de cinq capteurs de pression et testé trois méthodes de traitement des signaux de pression pour la quantification de pas. Ces trois méthodes sont basées sur le signal de chaque capteur de pression, la moyenne ou la somme cumulée des cinq signaux de pression. Les résultats ont montré que notre semelle instrumentée détectait le pas avec un taux de succès de 94,8 ± 9,4% à 99,5 ± 0,4% à des vitesses de marche confortable et de 97,0 ± 6,2% à 99,6 ± 0,4% à des vitesses de marche rapide à l’intérieur et à l’extérieur d’un bâtiment avec les trois méthodes. Toutefois, la méthode basée sur la somme cumulée avait les niveaux de précision plus élevés pour le comptage de pas / Instrumented insoles are devices which can be used for quantifying steps and recognizing activities. Validity of many instrumented insoles varies from medium to high. This thesis has three objectives: 1) to systematically review the literature on the validity of existing instrumented insoles for posture, type of activities recognition, and step counting, 2) to develop an instrumented insole and 3) to study its criterion validity for step counting. For objective 1, five databases were used to select 33 articles on criterion validity of sixteen insole models for posture and type of activities recognition, and step detection. According to indicators used, validity values vary from 65.8% to 100% for activities and postures recognition and from 96% to 100% for detection of steps. In summary, few studies have used instrumented insoles for steps counting even though they demonstrated a very good validity. For objectives 2 and 3, we equipped a commercialized insole with five pressure sensors and tested three pressure signal processing methods for step quantification. These three methods are based on signal of each pressure sensor, average or cumulative sum of five pressure signals. Results showed that our instrumented insole detected steps with a success rate varying from 94.8 ± 9.4% to 99.5 ± 0.4% at self-selected walking speeds and from 97.0 ± 6.2% to 99.6 ± 0.4% at maximal walking speeds in indoor and outdoor settings with all three processing methods. However, cumulative sum method had the highest levels of accuracy for step counting.

OBJECTIFS: Chez les patients atteints d’une déficience motrice cérébrale (DMC), le contrôle de la poussée plantaire est affecté, limitant la marche. Des travaux récents ont démontré que la marche sur tapis roulant avec une résistance appliquée à la cheville au cours de l'oscillation entraîne une modification transitoire du patron de marche (« aftereffects »). Cependant, cette adaptation n’a pu être reproduite pendant la poussée plantaire, un moment clé du cycle de marche pour la réadaptation. L'objectif principal du mémoire était donc de répéter le protocole d’adaptation au sol, pour rendre l’entraînement plus fonctionnel. L'objectif secondaire était de documenter l'effet de cette perturbation unilatérale sur le contrôle locomoteur bilatéral. MÉTHODES: 30 sujets sains ont marché au sol avant, pendant et après l'application d'une résistance élastique à la cheville. Des tubes élastiques (Thera-band Silver) attachés à l'avant d'une orthèse tibiale modifiée ont produit la résistance (1-8 Nm). L'angulation de la cheville, ainsi que l'activité musculaire (EMG) du soléaire ont été enregistrées bilatéralement tout au long du test. RÉSULTATS: Sur le côté entraîné, 27 sujets se sont adaptés à la perturbation et 25 ont présenté des aftereffects (augmentation de l’angle maximal en flexion plantaire 13.4±4.3 à 21.2±6.2°, p< 0.0001). 18 participants ont également présenté une augmentation significative (19.5±17.5%, p< 0.002) de l’activité EMG du soléaire. Du côté controlatéral, on retrouve uniquement des changements transitoires de petite amplitude, sans aftereffects. CONCLUSION: L’approche utilisée dans ce mémoire offre une méthode simple d‘entraîner de manière spécifique le contrôle de la poussée plantaire et démontre que le patron de marche peut être modifié lors de la poussée plantaire, si testé dans les bonnes conditions. Cet effet est limité à la jambe entraînée, et présente un potentiel de réadaptation important pour la population DMC, qui pourrait bénéficier d’un tel entraînement. / OBJECTIVE: People with cerebral palsy have a modified push-off control, limiting their ability to walk. Recent work has demonstrated that treadmill walking with a resistance applied to the ankle during swing can lead to modifications in ankle dorsiflexor control that persist after resistance removal (“aftereffects”). Initial attempt to replicate this finding during push-off was unsuccessful, maybe because of the different sensorimotor control of the targeted muscle groups and/or the mechanical constraints of walking on a treadmill for push-off adaptation. The primary objective of the present memoir was therefore to see if walking overground would provide a better environment for push-off adaptation. The secondary objective was to document the effect of this unilateral resistance exposure on bilateral locomotor control. METHODS: 30 healthy participants walked overground before, during, and after the application of an elastic resistance at the ankle. Elastic tubing (Thera-band Silver) attached to the front of a modified ankle-foot orthosis delivered the resistance during push-off (1-8 Nm). Ankle angle and Soleus EMG were collected bilaterally throughout the test using wireless recordings. RESULTS: On the resisted side, 27 participants adapted to the force field and 25/30 participants presented aftereffects (increased peak plantarflexion angle from 13.4±4.3 to 21.2±6.2°, p< 0.0001). SOL showed significant aftereffects in 18/30 participants (mean EMG increase of 19.5±17.5%, p< 0.002). On the non-resisted side, changes were only seen in SOL EMG at the beginning of resistance exposure in some participants while kinematic showed changes at the end of resistance exposure. No significant changes persisted after resistance removal. CONCLUSION: This memoir shows the feasibility of modifying push-off kinematics and EMG activation using an elastic resistance applied at the ankle while walking overground. This effect is limited to the trained leg and represents an interesting venue for gait rehabilitation in people with cerebral palsy.

Le placement des pieds en fonction de la position du corps est un facteur clé dans l’équilibre postural nécessaire à la marche mais les adaptations de cette relation géométrique pied-corps lorsque l’environnement l’exige demeure incomprises. Dans cette étude, dix jeunes participants masculins sains marchaient au niveau du sol et devaient enjamber un obstacle qui pouvait soudainement se déplacer vers l’avant au point du contact de pied un ou deux pas avant son franchissement. Le but était de perturber la position de l’obstacle avec deux délais temporels afin de quantifier la position relative entre le corps, les pieds et l’environnement afin de démontrer l’importance géométrique nécessaire pour un franchissement d’obstacle sécuritaire. Les diverses conditions expérimentales ont permis de montrer que la distance horizontale entre l’obstacle et les pieds précédent le franchissement de l’obstacle est une variable assez flexible dans la réussite de cette tâche. Au moment des contacts talons avant et après le franchissement de l’obstacle, la distance relative entre le bassin et le pied nouvellement posé au sol était maintenue pour toutes les conditions. Les résultats présentés dans ce mémoire suggèrent une priorisation de maintenir une relation géométrique stéréotypée entre le pied supportant le corps et le bassin et cela peu importe les distances horizontales entre les pieds et l’obstacle. / Foot placement in relation to the body is known to be a key control factor for level walking but how that body-environment geometry plays in adapting locomotion is still not well understood. For this study, ten healthy young male adults walked on a flat surface as well as when stepping over an obstacle that could move away from them at the point of foot contact one or two steps just before clearance. The goal was to perturb the position of the obstacle with two time delays to quantify relative positioning between the body, feet and environment in order to reveal stereotyped postural geometry necessary for an obstacle crossing task. The various experimental conditions allowed us to show that the horizontal distance between the obstacle and the feet can be modified without influencing successful clearance. At heel contacts before and after the obstacle crossing, the relative distance between the pelvis and the new contacting foot was maintained for all conditions. Those results suggest that there is a priority for the relative geometric relationship between the supporting foot and pelvis over foot proximity for obstacle crossing.

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

Reproduction de : Thèse de doctorat : Sciences et Techniques industrielles : Toulon : 2006. / Titre provenant du cadre-titre. Références bibliographiques p.129-132.

Thèse de doctorat : Sciences et techniques des activités physiques et sportives : Rennes 2 : 2008.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2008. / Bibliogr. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2004. / Bibliogr.: f. 47-51. Publié aussi en version électronique.