Ce mémoire présente l'ensemble des étapes qui ont mené à la conception, la fabrication et l'expérimentation en laboratoire d'une nouvelle orthèse de cheville robotisée permettant d'étudier le contrôle neural de la marche humaine. On y retrouve une description des concepts de base de la marche humaine ainsi qu'un bref résumé des principales orthèses expérimentales actuellement utilisées. De plus, on y retrouve une description détaillée des caractéristiques de cette nouvelle orthèse. Une analyse qualitative des principaux avantages et inconvénients des systèmes d'actionnement commerciaux a démontré qu'aucun de ces systèmes n'était en mesure d'actionner cette nouvelle orthèse de cheville. Ce mémoire dévoile donc le premier prototype d'un système électro-hydraulique développé pour l'actionnement et le contrôle de l'orthèse. Un modèle mathématique permettant de prédire le comportement de ce système y est d'ailleurs présenté ainsi qu'une description complète du système d'actionnement conçu et développé pour l'actionnement de l'orthèse. Les performances du système électro-hydraulique mesurées à la suite des essais expérimentaux effectués sur banc d'essai y sont analysées. Des résultats concluants ont mené à la conception et à la fabrication de l'orthèse de cheville. Finalement, les résultats des premiers tests effectués en laboratoire avec cette nouvelle orthèse de cheville actionnée par le premier prototype d'un système hybride électro-hydraulique y sont analysés.

La maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC) a des répercussions significatives sur la vie des personnes qui en sont atteintes. L'intolérance à l'effort en est une conséquence majeure. Des altérations au niveau des muscles périphériques ont été observées chez ces patients, ce qui contribuerait à les rendre plus susceptibles à la fatigue musculaire. Une fatigue au niveau du quadriceps a déjà été observée après un effort sur ergocycle. L'objectif de ce travail vise à comparer la réponse cardiorespiratoire et l'activation électrique dans cinq muscles périphériques entre les sujets MPOC et les sujets témoins pendant la marche. Des changements semblables au niveau du profil électromyographique ont été observés dans les deux groupes, mais à des intensités d'effort moindres pour les MPOC. Ces résultats démontrent que, dans le quotidien, les patients ayant une MPOC doivent déployer un effort d'intensité relative beaucoup plus élevée que les sujets en santé afin de marcher.

Titre de l'écran-titre (visionné le 28 mars 2024) / L'obésité est une maladie chronique qui ne cesse d'augmenter, avec une prévalence de 13% en 2016. L'obésité augmente les risques de développer plusieurs comorbidités, dont le diabète de type 2, les maladies cardiovasculaires, l'hypertension artérielle, l'apnée du sommeil, la dyslipidémie, plusieurs types de cancers, et une multitude de problèmes musculosquelettiques. De plus, les patients avec obésité sévère ont une capacité cardiorespiratoire (CCR) diminuée, qui se traduit par une tolérance réduite à l'exercice. Les limitations physiques, physiologiques et psychologiques qu'entraine l'obésité peuvent en être la cause. Une faible CCR représente un facteur de risque pour les maladies cardiovasculaires et la mortalité. Une des mesures objectives afin de caractériser la CCR à la suite d'un programme d'entraînement est l'épreuve d'effort maximal. La mesure utilisée pour la CCR est la consommation maximale en oxygène (VO$_\textup{2max}$). Le test de marche de 6 minutes (TM6M) est utilisé dans les milieux de réadaptation physique et peut être considéré comme une épreuve d'effort maximal chez les patients avec des pathologies pulmonaires et cardiaques. Cependant, très peu d'études en obésité sévère utilisent le TM6M pour évaluer l'effet d'un programme d'exercice physique sur les paramètres de marche ainsi que la consommation maximale en oxygène (VO$_\textup{2max}$). Ce mémoire vise à étudier l'effet d'un programme d'entraînement supervisé de 12 semaines en aérobie et en résistance suivant une chirurgie bariatrique sur la CCR et la distance parcourue lors du TM6M. Un autre objectif est d'évaluer la demande physiologique, soit l'évolution des paramètres tels que la fréquence cardiaque (FC), le pouls d'O$_\textup{2}$ et le ratio d'échanges gazeux respiratoires (RER), lors du TM6M aux différents moments d'interventions, c'est-à-dire, avant la chirurgie, à 3, à 6 et à 12 mois post-chirurgie. Notre recherche suggère qu'un programme d'entraînement supervisé de 12 semaines n'est pas associé avec des améliorations statistiquement significatives de la CCR, de la distance de marche au TM6M, ainsi que les paramètres physiologiques (FC, pouls d'O$_\textup{2}$ et RER) chez les patients avec obésité sévère suivant la chirurgie bariatrique. La perte de poids importante qu'entraine la chirurgie bariatrique surpasse les effets d'un programme d'entraînement supervisé de 12 semaines. / Obesity is a chronic disease that continues to increase worldwide. Obesity increases the risk of developing comorbidities such as type 2 diabetes, cardiovascular diseases, systemic hypertension, sleep apnea, dyslipidemia, numerous types of cancers, and a multitude of muscular disorders. Furthermore, patients with severe obesity have a reduced cardiorespiratory fitness (CRF) resulting in a reduced exercise tolerance. Physical, physiological, and psychological limitations may be the cause of the phenomenon. Low CRF is a risk factor for cardiovascular disease and mortality. In conjunction with bariatric surgery, physical exercise is an important component of an exercise program regarding weight loss in severe obesity. To measure the efficiency of the exercise program, one can rely on the assessment of the CRF as well as weight loss. The cardiopulmonary exercise testing (CPET) is the gold standard method of evaluation for assessing the CRF whereas the 6-minute walk test (6MWT) is commonly used to assess the functional capacity mainly in cardiac and pulmonary populations. Meanwhile, very few studies in severe obesity population have used the 6MWT to assess the effects of an exercise program on the walking parameters as well as the CRF. The main objective of this master's degree thesis is to assess if a 12-week exercise program post bariatric surgery improves CRF as well as the distance walked during the 6MWT. The secondary objective is to assess the physiological demand during the 6MWT through the heart rate, O$_\textup{2}$ pulse and RER, at different times of intervention; baseline, and 12 months. Our research has shown that a 12-week exercise program was not associated with further improvements in CRF, walking distance as well as physiological parameters in severely obese patients following bariatric surgery. The important weight loss associated with bariatric surgery seems to overcome the effects of a 12-week exercise program.

L'une des principales manifestations de la maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC) est l'intolérance à l'effort. Afin d'améliorer la tolérance à l'effort, il existe différentes interventions : pharmacologiques (bronchodilatateurs) et non pharmacologiques (entraînement). L'efficacité de la bronchodilatation peut être validée à l'aide d'une épreuve d'effort. Il existe cependant une controverse concernant la meilleure épreuve à utiliser. La sensibilité du test de marche de six minutes et de l'épreuve d'endurance sur ergocycle pour détecter les effets de la bronchodilatation n'est pas optimale. Le salmétérol est un bronchodilatateur couramment utilisé pour traiter la MPOC, mais il n'existe pas de consensus quant à son efficacité pour améliorer la tolérance à l'effort. Cela pourrait s'expliquer en partie par le fait que les effets du salmétérol durant l'exercice ont été évalués à l'aide de tests d'effort dont la sensibilité aux changements suite à la bronchodilatation n'était pas optimale. Notre équipe de recherche a récemment évalué l'épreuve de marche navette d'endurance dans la MPOC. Les données préliminaires suggèrent que ce test d'effort serait bien adapté pour évaluer la réponse à la bronchodilatation dans la MPOC. L'objectif de ce projet de maîtrise est donc d'investiguer si l'épreuve de marche navette d'endurance est sensible à détecter des améliorations de performance à la marche suite à l'administration du salmétérol chez des patients atteints de MPOC

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2008-2009 / L'adoption d'un mode de vie physiquement actif permet de contrer les effets associés à la sédentarité. Un moyen simple d'y parvenir est de promouvoir l'activité physique de transport. Cette étude vise donc à déterminer le rôle des cognitions et de l'environnement perçu dans la prédiction de l'activité physique de transport pour se rendre au travail ou à l'école. Au début de l'étude, une mesure des variables environnementales, cognitives et sociodémographiques a été prise par questionnaire. Deux semaines plus tard, l'activité physique de transport (marche/bicyclette) a été rapportée par questionnaire. L'analyse de la régression multiple montre que 41,1 % (p<.OOOl) de la variance comportementale est expliquée par l'intention, l'habitude et l'âge. Les résultats illustrent l'importance des cognitions dans la pratique d'activité physique de transport comparativement à celle de l'environnement perçu. Les cognitions liées à ce comportement doivent donc être un élément clef des programmes d'intervention.

Depuis quelques années, de nouveaux systèmes de rééducation à la marche de type orthèse tels que le Lokomat® (Hocoma AG, Volketswil, Suisse) apparaissent dans les laboratoires de recherche clinique. Ces outils sont proposés, via des programmes de réentraînement à l’effort, pour la rééducation des patients présentant des altérations de l’appareil locomoteur. Leur but principal consiste à réacquérir une marche fonctionnelle grâce à une simulation des différentes phases de la marche et à une stimulation sensitive nourrissant les réafférences proprioceptives. Le Lokomat® permet donc, par une répétition prolongée des patrons de marche, un apprentissage sensori-moteur actif et progressif pour le patient. Les objectifs de notre étude sont : (1) de caractériser les processus de contrôle de l’équilibre (coordinations multi-segmentaires) pendant la marche chez des enfants atteints de paralysie cérébrale, comparativement à un groupe d’enfants à développement typique, en analysant les différentes stratégies mises en œuvre pour se propulser vers l’avant tout en préservant leur équilibre, puis (2) de mettre en évidence l’apport d’une rééducation robotisée à la marche dans l’amélioration et/ou la modification des paramètres biomécaniques de la marche chez des enfants atteints de paralysie cérébrale et d’en observer les influences éventuelles sur la motricité globale de l’enfant (nouvelles stratégies, amélioration du rapport coût/bénéfice, etc.). / In recent years, robotically driven orthoses such as the Lokomat® (Hocoma AG, Volketswil, Switzerland) appear in clinical research laboratories. These tools are proposed through gait training programs for the rehabilitation of patients with locomotor disorders. Their main purpose consists to reacquire functional gait through a simulation of the different phases of gait and a sensory stimulation feeding proprioceptive feedback. The Lokomat® allows by an extended repetition of gait patterns an active and progressive sensorimotor learning for the patient. The aims of our study are: (1) to characterize balance control processes (multisegmental coordination) in gait children with cerebral palsy compared to a group of typical development children by analyzing the different strategies involved to maintain forward motion while maintaining dynamic balance, then (2) to show the effects of robot-assisted rehabilitation in gait retraining and show this impacts upon the postural control of children with cerebral palsy (news strategies, ratio cost/benefit improvement, etc).

La maladie de Parkinson induit des troubles locomoteurs complexes et variés. Des troubles spécifiques de la marche tels que le " freezing " peuvent survenir ponctuellement. Afin d'améliorer l'accompagnement de ces patients, il est nécessaire d'améliorer notre compréhension de ces situations. Cette thèse vise à caractériser l'activité locomotrice des patients parkinsoniens en situation réelle. Un travail interdisciplinaire a été mené, fondé sur une approche écologique. Quatorze patients ont été suivis. La méthode déployée intégrait le recueil de marqueurs biomécaniques et physiologiques, de l'expérience vécue ainsi que des observations directes. La description de leur expérience a révélé une perception sensori-motrice altérée et une organisation du comportement locomoteur spécifique à l'environnement. Les analyses montrent un schéma d'activation musculaire spécifique, avec notamment une prolongation générale de l'activité des muscles pendant la phase d'appui simple et une augmentation de cocontraction lorsque le pied est en contact au sol. Les résultats de cette analyse intégrée du comportement moteur ont permis de caractériser une typologie de cinq marches et de trois types de " freezing ". De plus, ces observations ont mis en valeur des stratégies utilisé par des patients ainsi qu'un mécanisme d'ajustement neuromusculaire pour augmenter la stabilité de la marche. A long terme, ce travail devrait favoriser 1) la compréhension des bases neurologiques des troubles de la marche ; 2) la prise en charge des patients parkinsoniens ; 3) l'identification des biomarqueurs de la stabilité de la marche ; 4) la spécification des systèmes embarqués du suivi de la marche. / Patients with Parkinson’s disease (PD) experience complex locomotor disturbances. Their walking abilities can be highly variable and specific problems such as freezing of gait may arise during daily life activity. A greater understanding of such difficulties is required in order to develop new therapeutic strategies. This thesis examines the emergence of PD gait patterns during everyday situations. To this end, this study used an interdisciplinary approach drawing upon ecological and embodied perspectives of human activity. The investigation focused upon fourteen PD patients. Data collection methods combined interviews, direct observations and onboard measures of physiological and biomechanical performance. This research identified important changes in patient sensorimotor perception during gait and specific principles regarding the organisation of their movements with respect to the environment. Analysis revealed characteristic changes to lower limb muscle activation patterns, most notably the prolongation of muscle activity during the mid-stance phase; and an increase in cocontraction of agonist-antagonist muscles across the ankle and knee whilst the leg was in contact with the ground. This integrated approach enabled the characterisation of five walking patterns and three types of freezing. These results highlighted patient self-management strategies, and indicated the role of neuromuscular mechanisms for increasing gait stability. Ultimately, these findings may assist to 1) understand the neurological bases of gait dysfunction; 2) enhance PD patient care; 3) identify biomarkers for gait stability and; 4) support the development of ambulatory monitoring technologies.

Cette thèse porte sur deux modèles de marches aléatoires. Notre premier modèle appartient à la famille des marches aléatoires en environnement aléatoire. Nous nous plaçons dans la situation où le graphe sur lequel évolue la marche est un arbre régulier ou de Galton-Watson, et nous intéressons aux propriétés asymptotiques de cette marche. Dans le cas transient, nous étudions la vitesse de la marche aléatoire. Nous obtenons un critère explicite pour avoir une vitesse non nulle, et donnons l'ordre de grandeur de la distance à la racine dans le régime à vitesse nulle. Nous appliquons nos résultats aux marches renforcées sur un arbre. Nous traitons ensuite des probabilités de grandes déviations de la marche. Nous évaluons le coût d'avoir une situation atypique de ralentissement ou d'accélération. Sous la probabilité annealed, nous distinguons les différents régimes de grandes déviations. La deuxième partie de ce travail présente un modèle de marches aléatoires branchantes avec absorption. Nous modélisons l'évolution d'une population se déplaçant sur l'axe des réels positifs, et dont les membres meurent lorsqu'ils passent l'origine. Deux régimes existent suivant la survie ou non de la population. En cas d'extinction totale de la population, nous trouvons les équivalents asymptotiques des probabilités de survie au temps n.

L'objectif de nos travaux est de faire la synthèse de mouvements plausibles et réalistes de marche humaine dans divers environnements de synthèse. Bien que la solution proposée puisse également s'appliquer aux autres mouvements de locomotion humains ou animaux, nos travaux traitent uniquement du problème de la marche humaine. Afin de résoudre ce problème, nous avons développé une approche permettant de générer une multitude de variations d'une animation issue de capture de mouvement. Ces variations sont obtenues en adaptant le mouvement original à un environnement de synthèse dont les paramètres, tels que l'inclinaison du sol ou la courbure de la trajectoire, sont variés. Nous sommes donc en mesure de produire un mouvement de marche courbe ou de marche sur un plan incliné à partir d'un mouvement de marche en ligne droite sur un sol horizontal, ce que nous qualifions d'extrapolation de mouvement. Une animation initiale, obtenue par capture de mouvement, est essentielle à la solution proposée. Adapter ce mouvement à un nouvel environnement de synthèse consiste essentiellement à ajuster les caractéristiques globales du mouvement, telles que l'orientation du personnage et sa vitesse de déplacement. Ce faisant, nous sommes en mesure de conserver les détails plus fins du mouvement qui lui confèrent son aspect humain, tels que le mouvement des bras ou la vitesse avec laquelle un pied entre en contact avec le sol. En conservant les détails fins du mouvement d'origine, la solution proposée assure un certain réalisme dans les mouvements synthétisés. Dans la solution proposée, l'adaptation du mouvement initial est basée sur le paradigme des contraintes spatio-temporelles, où la synthèse du mouvement est posée comme un problème d'optimisation numérique. En plus d'être une formulation élégante du problème, ce paradigme est tout indiqué pour faire la synthèse de mouvements physiquement plausibles. En combinant ce paradigme avec l'utilisation d'une animation initiale issue de capture de mouvement, nous sommes en mesure de produire des animations de mouvements humains plausibles et réalistes. En pratique, le problème d'optimisation sous-tendu par l'adaptation d'un mouvement par contraintes spatio-temporelles est fortement non linéaire et opère dans un espace à très grande dimensionnalité. Cette complexité peut fortement ralentir le processus d'optimisation et aller jusqu'à en empêcher la convergence. La solution proposée fait donc appel à plusieurs mécanismes afin de réduire cette complexité. Notons qu'aucun de ces mécanismes ne vient compromettre la polyvalence de l'approche, en limitant la complexité du modèle biomécanique du personnage par exemple. Parmi ces mécanismes, deux sont des contributions originales : une technique d'estimation rapide des forces de réaction du sol et une approche d'optimisation incrémentale. Ces deux mécanismes visent à simplifier le processus d'optimisation en fournissant une solution initiale très proche de la solution optimale. La technique d'estimation des forces de réaction du sol sert à donner à ces paramètres une valeur initiale qui est relativement proche de leur valeur optimale, ce qui simplifie significativement la tâche d'optimisation subséquente. Cette technique consiste à trouver, pour les phases de support double, les forces de réaction du sol minimisant l'effort interne du personnage. Ce problème peut être exprimé comme une séquence de sous-problèmes de programmation quadratiques. Cette formulation est un aspect central de notre contribution et elle permet d'atteindre la solution très efficacement. L'approche d'optimisation incrémentale proposée s'inspire des méthodes de continuation. Le mouvement original est considéré comme une solution, un mouvement optimal, pour l'environnement de capture. L'environnement de synthèse est ensuite modifié graduellement, en augmentant l'inclinaison du sol par petits incréments par exemple. À chaque incrément, un nouveau mouvement optimal est trouvé en utilisant la solution de l'incrément précédent comme point de départ. On procède de la sorte jusqu'à l'obtention du mouvement désiré pour l'environnement de synthèse considéré. Si les incréments sont suffisamment petits, la différence entre deux problèmes d'optimisation consécutifs sera petite et il en sera de même pour leur optimum respectif.

Cette étude avait pour but d'identifier les déterminants de la marche chez des autochtones âgés entre 30 et 50 ans résidant dans trois villages autochtones du Québec. La théorie du comportement planifié de Ajzen (1988) a servi de cadre théorique. Des 150 questionnaires auto administrés distribués dans les casiers postaux des participants, 46 ont pu être considérés pour l'étude. La moyenne d'âge des participants est de 39 ans (± 5,5). La régression logistique indique que le statut diabétique est-la variable contribuant le plus à prédire l'intention de marcher pour faire de l'exercice. Suivent le comportement antérieur puis l'attitude face à la marche et la perception de contrôle. Cette étude permet de mieux comprendre les facteurs sous-jacents à l'adoption d'un comportement favorable à la santé. Les résultats seront utiles pour mettre en place des stratégies pour améliorer la motivation des membres des communautés autochtones à pratiquer la marche régulièrement.