La paralysie cérébrale, cause la plus fréquente des déficiences motrices de l’enfant, affecte entre 2,08 et 3,60 enfants/1000 naissances en Europe et aux Etats Unis. La lésion initiale du cerveau immature sur un squelette en croissance est responsable, selon la CIF, d’altération des structures anatomiques et fonctionnelles avec une limitation des activités et de la participation. La toxine botulinique est aujourd’hui le traitement de référence de la spasticité focale chez l’enfant PC car elle est sélective, réversible, sûre et dose dépendante. Toutefois s’il est clair que les injections de TB diminuent les troubles du tonus, la question des indications et des bénéfices fonctionnels mérite encore d’être investiguée. La mise en œuvre de ce traitement se heurte à la difficulté de l’évaluation pour déterminer les indications et les bénéfices, du fait des présentations cliniques très hétérogènes et du contexte de maturation neurologique et de croissance osseuse, et à la dynamique environnementale particulière entre l’enfant et ses parents. Avec pour objectif d’aborder l’évaluation du traitement par TB de manière multidimensionnelle, nous apportons dans ce travail diverses études permettant d’appréhender une approche globale. Cela prend en compte la déficience du MS, du MI, du complexe spino-pelvien, des capacités et de la performance fonctionnelle, et du comportement. Ceci permet d’appréhender in fine la participation et de proposer par des outils standardisés une analyse personnalisée , des conséquences à moyen et long terme des traitements chez un sujet en croissance et en développement. / Cerebral palsy is the most common cause of motor impairment in children, affecting 2.08 to 3.60 children/1000 births in Europe and the United States. Initial injury on an immature brain and a growing skeleton is responsible of altering body functions and structures with a limitation of activities and an impact on participation, according to the ICF. Botulinum toxin has become the standard treatment for focal spasticity in children with CP, as it is selective, reversible, safe and dose dependent. However, while it is clear that BT injections decrease tone disorders, the question of indications and benefits in terms of functional improvement still needs to be investigated. Indeed, the implementation of this treatment meets different issues, including the difficulty of the evaluation to determine the indications and benefits, because of very heterogeneous clinical presentations and the context of neurological maturation and bone growth, but also the difficulty to take into account the particular environmental dynamics between the child and his parents.In order to approach the evaluation of BT treatment in a multidimensional way, we bring with this thesis several studies contributing to a global approach to understand the different aspects of disability in UL, LL or spine, but also to understand the field of activity for the UL in terms of capacities and functional performance, and finally on the level of behavior to better understand ultimately participation. In this context, the main aim of this work is to propose a personalized analysis, using standardized tools, of the medium- and long-term consequences of treatment for a subject in growth and development.

De nombreux troubles ont un retentissement sur le contrôle de l’équilibre dynamique au cours de la marche. Qu’ils soient d’origine traumatique, neurologique, ou liés à la sénescence, ils limitent plus ou moins la stabilité, c’est-à-dire la capacité des sujets à récupérer de perturbations internes ou externes, et peuvent conduire à la chute. Chez les enfants, la stabilité est de plus liée aux étapes développementales. Son interprétation nécessite donc de différencier ce qui relève de l’instabilité développementale et de l’instabilité pathologique. Les techniques instrumentées d’analyse du mouvement permettent un enregistrement fiable et précis des paramètres de la marche. Des index ont été développés pour faciliter l’évaluation clinique de la marche des patients mais aucun d’entre eux ne quantifie l’aspect stabilité.Ce travail de thèse a conduit à la production d’un score quantifiant la stabilité au travers de la variabilité des paramètres spatiotemporels, enregistrés par une piste de marche électronique. Ce score, dénommé Gait Variability Index (GVI), a été appliqué à des populations, asymptomatiques et pathologiques, représentatives des différents âges de la vie : l’enfant, l’adulte et la personne âgée. Les résultats obtenus chez des patients affectés de paralysie cérébrale, d’ataxie de Friedreich ou cérébrolésés démontrent que le GVI est un outil cohérent pour l’évaluation de l’instabilité. Outre l’intérêt clinique qu’il représente, celui-ci ouvre différentes perspectives pour son application et invite à la réflexion quant à la nature perturbatrice ou régulatrice de la variabilité. / Many pathologies affect balance control during gait. Traumatic, neurological or age-related disorders can all limit more or less the stability, which is the capacity of subjects to recover from perturbations, and can lead to falls. For children, the stability is related to the developmental stages and its interpretation requires differentiating what pertains to the developmental instability and to the pathological instability. Instrumented movement analysis allows a reliable and precise recording of the gait parameters. Indexes were developed to improve the clinical evaluation of the patients walking but no one of them quantifies the stability feature.This thesis led to the production of a score quantifying the stability through variability of the spatiotemporal parameters, recorded by an electronic walkway system. The score, called Gait Variability Index (GVI), has been applied to asymptomatic and pathological populations, representative of the various ages of life: children, adults and elderly persons. Results for patients affected by cerebral palsy, Friedreich’s ataxia or after stroke demonstrate that the GVI is a coherent tool for the evaluation of instability. Beyond the clinical interest, it opens various studies perspectives in gait analysis, and is thought-provoking about the disruptive or regulating nature of variability.

La compréhension du fonctionnement du corps humain est un challenge de recherche an de prendre une décision médicale (le diagnostic, le traitement) adéquate dans le cas des pathologies liées au syst ème musculosquelettique. Pour faire face à cette problématique, dans un premier temps, un modèle biomécanique a été développé décrivant la dynamique du mouvement avec prise en considération des caractéristiques géométriques (os et muscles) et mécaniques du système musculo-squelettique. Une étude de sensibilité de ces paramètres géométriques à partir des données de la littérature a montré l'importance de la personnalisation des ces paramètres. En application, un cas d'étude clinique d'un sujet présentant une pathologie (Heine-Medin (polio)) a été étudié. Deux modèles personnalisés (un sujet sain et un sujet pathologique) ont été réalisés. Les résultats obtenus ont montré l'intérêt d'une modélisation personnalisée pour évaluer et concevoir des orthèses personnalisés. Dans un deuxième temps, nous avons proposé une nouvelle classe de modèle - un méta modèle (Système d'Aide à la Décision) - intégrant des résultats du domaine de l'ingénierie des connaissances pour prédire, diagnostiquer, classer et proposer un traitement des pathologies du système musculo-squelettique des membres inférieurs (anomalies rotationnelles (AR), enfants PC (Paralysie Cérébrale), pied bot). La modélisation de ce méta modèle se base sur les modèles mathématiques prédictifs pour prendre une décision médicale (une prédiction, un diagnostic, ou une classi cation). Le but nal est de dégager un résultat cliniquement applicable. Ce système est générique, exible, et extensible et permet donc l'étude et l'analyse de pathologies diverses du système musculosquelettique des membres inférieurs. Enn, une comparaison de ces deux approches de modélisation a été eectuée an d'évaluer leur complémentarité pour une utilisation clinique.

Evaluation et amélioration des capacités motrices d’enfants infirmes moteurs cérébraux congolais âgés de 6 à 15 ansTHESE de Félicien M’LEMBAKANI T’HENGUA (Lic. Agr. Ed. Phys.)Laboratoire de Neurophysiologie et de Biomécanique du Mouvement. Faculté des Sciences de la MotricitéUNIVERSITE LIBRE DE BRUXELLES (U. L. B.)RESUMEAu cours de ce travail nous avons mesuré les capacités psychomotrices potentielles chez des enfants IMC congolais à Kinshasa dans deux Centre de Rééducation (CRHP et CREBD) et dans le Complexe Scolaire du Mont Amba (UNIKIN) en vue de proposer des programmes adaptés de prise en charge pour améliorer leurs capacités et aptitudes motrices et comportementales. Ceci dans le but aussi d’améliorer leur intégration scolaire et ainsi parvenir à une meilleure immersion familiale et sociétale. Proposer des solutions en ces matières permettrait de faire face à la situation actuelle et ensuite de proposer des solutions relatives aux deux problèmes majeurs des enfants IMC en RDC :- (1) les déficiences motrices dues à des lésions cérébrales irréversibles, - (2) les mépris, totales exclusions, rejet et abandons dont ces enfants sont continuellement victimes de la part des familles et de la société congolaise. Pour parvenir à ces objectifs, nous avons d’abord testés à l’aide de l’échelle de développement psychomoteur de Lincoln-Oseretsky (LOMDS) 160 garçons et filles choisis de façon aléatoire parmi une population de 640 enfants dont 80 IMCs et 80 contrôles. Pour la suite de l’étude et afin d’évaluer les effets d’un entraînement de 9 mois aux activités physiques adaptées (APA), ces deux groupes ont été scindés chacun en deux sous-groupes de 40 sujets, un groupe participant à l’entraînement APA et l’autre servant de contrôle. Avant l’expérimentation APA, un important déficit moteur et psychologique a été mis en évidence chez les 80 enfants IMC par rapport aux 80 enfants contrôles du même âge. Nous n’avons pas observé de différence significative entre les genres. Nos résultats par rapport à la pratique régulière des APA sont importants :les enfants IMC et ainsi que les contrôles qui ont suivi les APA ont nettement amélioré leurs performances finales. Ceci signifie clairement que les aptitudes physiques, et cognitives de ces enfants ont été nettement améliorées. De plus, nous avons démontré, avant les APA, l’absence de relation entre l’âge des enfants IMC et le score au test LOMDS, alors que cette relation existe bien chez les enfants contrôles. De façon inattendue, après les 9 mois d’entraînement cette relation entre l’âge des enfants IMC et le score a pu être démontrée. A l’opposé de ces résultats positifs les scores au sein des groupes n’ayant pas participé aux APA n’ont pas évolués durant cette période de 9 mois. En conclusion, cette thèse démontre qu’un entraînement par les APA des enfants IMC conduit à une amélioration significative de leur aptitude motrice et cognitive. Ces résultats balaient toutes les opinions mystico-religieuses en cours en RDC selon lesquelles les enfants IMC congolais seraient inaptes à tout effort mental, à l’apprentissage et donc à une insertion familiale et sociale / Doctorat en Sciences de la motricité / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La paralysie cérébrale est la principale cause des troubles de la locomotion chez l’enfant, touchant 2 à 3 enfants pour 1000 naissances. Elle se définit comme un trouble du mouvement et de la posture causant des limitations fonctionnelles dues à une lésion sur un cerveau en développement. La spasticité, la co-contraction excessive, la faiblesse musculaire ainsi que les difformités osseuses limitent l’autonomie de ces enfants. Leur marche est plus lente et plus instable comparée celle des enfants ayant un développement typique. Récemment, les exosquelettes (e.g., Lokomat®) pour la réadaptation de la marche ont montré leur efficacité chez l’adulte avec des troubles neuromoteurs. Néanmoins, les preuves appuyant l'efficacité d'une telle modalité d’entrainement chez les enfants avec paralysie cérébrale restent insuffisantes. En plus de son éventuelle pertinence pour la réadaptation locomotrice, le Lokomat® offre la possibilité d’évaluer certaines fonctions motrices (i.e., la force musculaire, la spasticité). Cependant, ces outils d’évaluation ne sont guère utilisés en raison du manque d’information quant à leurs fiabilités. L’objectif de cette thèse était d’évaluer la pertinence d’utilisation des orthèses robotisées « Lokomat® » à la fois pour l’évaluation des fonctions motrices et la réadaptation de la marche chez des patients avec des troubles neuromoteurs notamment la paralysie cérébrale. Pour répondre à notre objectif général, trois objectifs spécifiques ont été définis afin de : (1) évaluer l’efficacité de la réadaptation locomotrice robotisée pour l’amélioration des paramètres de la marche chez des enfants avec paralysie cérébrale ; (2) évaluer les qualités psychométriques des outils intégrés dans le Lokomat® mesurant la spasticité et la force isométrique afin de déterminer leurs pertinences pour un usage clinique régulier ; et (3) proposer une approche systématique basée sur l’électromyographie pour la personnalisation des réglages du Lokomat® afin de favoriser un entrainement optimal où nous avons ciblé les extenseurs de la hanche. Réalisée dans un contexte de « Living Lab » impliquant le patient, les parents, des cliniciens et des chercheurs, notre première étude a permis d’établir un protocole d’entrainement au Lokomat® réaliste (2 séances/semaines pour 12 semaines) et transférable en clinique et d’en vérifier l’efficacité. Cette intervention sur 24 patients a conduit à une amélioration de la force isométrique des membres inférieurs (+25-74%) ainsi qu’une amélioration des capacités de la marche telles que la vitesse de marche (+20%), la longueur du pas (+14%) et l’endurance (+24%). Les améliorations de la force musculaire et de l’endurance ont été maintenues au suivi après 6 mois. De plus, nos résultats ont mis en évidence des effets positifs, quel que soit le niveau de sévérité (niveaux « GMFCS - Gross Motor Function Classification System » II à IV). Dans la deuxième et troisième études, la fiabilité de deux outils intégrés dans le Lokomat® (L-FORCE et L-STIFF) mesurant respectivement la force musculaire et la spasticité des membres inférieurs a été mesurée à l’aide des coefficients de corrélation intraclasse (CCI) et de l’erreur type de mesure (ETM). La fiabilité intra- et inter-évaluateur du L-FORCE était bonne à excellente (CCI = 0,70 - 0,87 et ETM = 11,9 - 22,5%) pour la mesure de la force isométrique des fléchisseurs et extenseurs de la hanche et du genou chez des enfants avec paralysie cérébrale. La fiabilité intra-évaluateur du L-STIFF était modérée à excellente (CCI = 0,49 – 0,89 ; ETM = 7 – 16%) alors que la fiabilité inter-évaluateur était faible à bonne (CCI = 0,32 – 0,70 ; ETM = 6 - 39%). Ces deux outils ont ainsi une fiabilité intra- et inter-évaluateur supérieure à celle des tests cliniques conventionnels pour la mesure de la force isométrique et de la spasticité chez des enfants avec paralysie cérébrale avec une évaluation dans une position plus proche de celle de la marche. Enfin, notre quatrième étude est une preuve de concept d’une approche systématique basée sur l’électromyographie pour personnaliser et optimiser les réglages du Lokomat® visant à maximiser l’activité électromyographique des extenseurs de la hanche chez deux adultes ayant subi un accident vasculaire cérébral. Nous avons pu ainsi définir des paramètres personnalisés pour un entrainement ciblé au Lokomat à l’aide d’un protocole faisable et simple à déployer. Les deux cas présentés dans l’étude suggèrent un bénéfice significatif pour le renforcement musculaire des extenseurs de la hanche (+43 et 114 %) ainsi qu’une amélioration de l’endurance (+37% et +150%) et de la capacité de déplacement (évolution de l’échelle « Modified Functional Ambulation Classification » de 4 à 7). En conclusion, les résultats de nos travaux motivent l'utilisation d’orthèse robotisée – Lokomat pour la réadaptation locomotrice des enfants avec paralysie cérébrale. Cette approche fournit un environnement d’entrainement standardisé et permet une évaluation objective et globalement fiable des changements de la force et de la spasticité des membres inférieurs. Enfin, afin de donner plus de possibilités motrices à ces patients, l’optimisation des thérapies au Lokomat semble tout à fait réalisable et simple à mettre en place (i.e., en ayant recours à basée sur l’électromyographie et nécessitant seulement deux sessions Lokomat supplémentaires). / Cerebral palsy is the leading cause of childhood gait limitations, affecting 2 to 3 children per 1000 births. It is defined as a movement and posture disorder that causes functional limitations due to the damage of the immature brain. Spasticity, excessive co-contraction, muscle weakness and bone deformities limit the autonomy of these children. Their walking is slower and more unstable compared to that of typically developing children. Recently, exoskeletons for gait rehabilitation (e.g., Lokomat®) have been shown to be effective in adults with neuromotor disorders. However, evidence supporting the effectiveness of such a training modality in children with cerebral palsy remains insufficient. In addition to its apparent relevance for gait rehabilitation, the Lokomat® offers the possibility of evaluating certain motor functions (i.e., muscle strength, spasticity). However, these tools are not used due to the lack of information on the reliability of its measurements. The objective of this thesis was to assess the relevance of the use of robotic orthoses « Lokomat® » for the assessment of motor functions and for gait rehabilitation in patients with neuromotor disorders, such as cerebral palsy. To respond to our general objective, three specific objectives have been defined in order to: (1) provide information on the applicability and effectiveness of robotic locomotor rehabilitation for improving gait parameters in children with cerebral palsy; (2) evaluate the psychometric qualities of the Lokomat® integrated tools measuring spasticity and isometric force in order to determine their suitability for regular clinical use; and (3) propose a systematic approach based on electromyography to personalize Lokomat's settings to promote optimal training for hip extensor strength. Carried out in a « Living Lab » context involving the patient, parents, clinicians and researchers, our 1st study established a realistic Lokomat® training protocol (2 sessions / weeks for 12 weeks) that can be easily transferred to the clinic. This intervention on 24-patients led to significant improvement in the lower limb isometric strength (25-74%) and walking capacities such as walking speed (+20%), step length (+14%) and endurance (+24%). Improvements in muscle strength and endurance had sustained when measured at a 6-month follow-up. In the same study, our results showed that robotic training had a positive effect on muscle strength and gait capacity whatever the level of severity (GMFCS levels II-IV). In the second and third studies, the reliability of the two integrated tools of the Lokomat® (L-FORCE and L-STIFF) assessing muscle strength and spasticity respectively was measured using intraclass correlation coefficient (ICC) and standard error of measurement (SEM). The intra- and inter-tester reliability of the L-FORCE tool was good to excellent (ICC = 0,70 - 0,87 et SEM = 11,9 - 22,5%) for measuring isometric strength of hip and knee flexors and extensors in children with cerebral palsy. For the L-STIFF tool, the intra-tester reliability was moderate to excellent (ICC = 0.49 – 0.89, SEM = 7 – 16%) while the inter-tester reliability was acceptable to good (ICC = 0.32 – 0.70, SEM = 6 - 39%). These two tools have thus greater intra- and inter-tester reliability than conventional clinical tests for measuring isometric strength and spasticity in children with cerebral palsy. Finally, our fourth study is a proof of concept of a systematic approach based on electromyography to personalize and optimize the Lokomat® settings that aim to maximize muscle activity of hip extensors in two post-stroke patients. We were able to set personalized parameters for a targeted Lokomat® training using an easily implementable protocol. It only took two test sessions to determine these settings. The two cases presented in the study showed a significant increase in muscle strength of the hip extensors (+43 and 114 %) as well as improvement in endurance (+37% and +150%) and mobility (from 4 to 7 on the Modified Functional Ambulation Classification). In conclusion, the results of our studies support the use of the Lokomat® robotic orthosis for gait rehabilitation in children with cerebral palsy. This approach provides a standardized training environment and allows an objective and mostly reliable assessment of changes in strength and spasticity of the lower limb. Finally, optimization of Lokomat® training appears to be feasible and easy to implement (i.e., based on electromyography and with only two additional Lokomat® training sessions).