Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Les travaux menés au cours de cette thèse portent sur la microfabrication d'interfaces neuro-électroniques pour des applications en neurosciences. Nous avons choisi de nos focaliser sur la réhabilitation fonctionnelle motrice et sensorielle en développant différentes matrices de micro-électrodes (MEA) respectivement, des sondes neuronales rigides et des implants rétiniens souples. Selon les applications visées, deux types de substrats ont été utilisés pour concevoir ces MEA. Pour des analyses ou expériences in-vitro, les MEA (sondes neuronales) ont plutôt été réalisées sur des substrats rigides tels que le silicium ou le verre, tandis que pour les expériences in-vivo, les MEA (implants rétiniens) ont été réalisées sur des substrats souples tels que des polymères biocompatibles (polyimide ou parylène). Ces MEA ont été fabriquées avec différents matériaux d'électrodes (diamant dopé, platine, platine noir et or) qui ont également été testés afin de déterminer leur capacité en enregistrement et/ou stimulation. De plus, à l'aide de travaux de modélisation numérique, nous avons validé le concept d'une géométrie tridimensionnelle avec grille de masse permettant une stimulation plus focale des cellules. Cette thèse a ainsi contribué à stabiliser différents procédés de fabrication pour obtenir des MEA plus reproductibles ainsi que pour améliorer leur rendement. Elle a également permis d'établir un suivi et un protocole expérimental pour assurer une traçabilité des MEA et contrôler leur performances à toutes les étapes : depuis leur fabrication au moyen de techniques électrochimiques (CV, EIS) jusqu'aux expériences biologiques in-vitro et in-vivo / The work lead during this thesis deals with microfabrication of neuro-electronic interfaces for neuroscience applications. We have chosen to focus on motor and sensory function rehabilitations by developing Micro-Electrode Arrays (MEA) respectively, rigid neural probes and flexible retinal implants. According to the targeted applications, two types of substrates have been used to achieve these MEA. For analysis or in vitro experiments, neural probes MEA have been realized on rigid substrates such as silicon or glass whereas for in-vivo experiments, retinal implants MEA have been realized on flexible substrates such as biocompatible polymers (polyimide or parylene). These MEA were made with different electrode materials (boron doped diamond, platinum, black platinum and gold) which have been tested to determine their capability in recording and/or stimulation. Moreover, with numerical modelling work, we have validated a tridimensional geometry concept with a ground grid which permits a more local stimulation of cells. This thesis has contributed to stabilize different fabrication processes to obtain more repeatable MEA and also to improve their yield. It also allowed the set-up of a follow-up and an experimental protocol to insure MEA traceability and to monitor their performances at each step since their fabrication through means of electrochemical techniques (CV, EIS) to in vitro and in-vivo biological experiments

Ce travail de thèse porte sur les représentations sociales du corps amputé et appareillé, dans l’imaginaire collectif contemporain. Il s’agira d’observer, de comparer et d’analyser la façon dont l’espace public et médiatique s’empare du champ des prothèses, et de confronter ces projections et imaginaires collectifs, avec la façon dont les amputés eux mêmes (mais aussi les soignants qui côtoient et les entourent) se représentent et construisent leur identité sociale et corporelle, afin de démontrer qu'un certain décalage sépare ce que l'on croit connaître des amputés et des prothèses, et ce qu'il en est réellement sur le terrain (problématiques réelles, pratiques et usages au quotidien). L’objectif sera aussi de tenter de formuler des propositions permettant de remettre la personne amputée au coeur de considérations plus rationnelles, pragmatiques et éthiques, loin de toute projection, spéculation et fantasmagorie. / This thesis research focuses on the social representations of the amputated body fitted with prostheses, in the light of the contemporary collective imagination. The aim will be to observe, compare and analyse the way in which the public and media consider the field of prostheses, and bring these collective projections and imaginations face to face with how the amputees (but also the care givers who surround them) see themselves and construct their own social and bodily identity. The goal is to reveal the existence of a certain gap between what the collective discourse producers (media, scientists) think to know about amputees and prostheses, and the reality observed on site (practical problems, customs and practices of everyday life). The final aim will be to formulate proposals to overcome these ambiguous conceptions, to question the notions of social inclusion and exclusion of disability and the technological repairs of the body, and to put the amputees at the heart of more rational, pragmatic and ethical considerations, far from any prediction, speculation and phantasmagoria.

Les prothèses valvulaires cardiaques actuellement commercialisées présentent des inconvénients importants. Les prothèses biologiques (xéno ou allo greffes) sont soumises à une dégénérescence progressive, et les prothèses mécaniques nécessitent un traitement anticoagulant à vie. Des perspectives nouvelles sont apparues avec l'ingénierie tissulaire, dont le but est de créer à partir d'un support non cellularisé (matrice biodégradable de polymère de glycogène, ou xénogreffe décellularisée) un substitut valvulaire « vivant » offrant une meilleur longévité et des performances hémodynamiques optimales, ainsi que des capacités de remodelage et de croissance. Nous avons élaboré un modèle de xénogreffe porcine décellularise implanté en position systémique puis pulmonaire chez un agneau et testé plusieurs modes de recolonisation de cette matrice, par différents types de cellules. La spécificité de notre projet était de tester in vivo la possibilité de recolonisation de matrices valvulaires par des cellules autologues de moelle osseuse, les valves obtenues étant soumises à des forces mécaniques supposées être responsables de la recolonisation cellulaire et de la régénération de la matrice extra-cellulaire. La première étape a été l'optimisation d'un processus de décellularisation. Nous avons retenu un protocole combinant les effets de solutions hypotoniques et d'un détergent anionique, le sodium dodecyl sulfate. L'étape suivante a été de tester les propriétés mécaniques d'une valve xénogénique décellularisée dans un modèle ovin (qui est le modèle de référence en pathologie valvulaire cardiaque), en flux artériel systémique. Une matrice valvulaire porcine a été implantée dans une aorte thoracique descendante chez 6 agneaux. Ses propriétés mécaniques en contrainte systémique étaient bonnes, sans rupture ni dilatation anévrismale, 2 à 16 semaines après l'implantation. Nous avons ensuite testé la possibilité de colonisation de cette valve xénogénique décellularisée porcine par des cellules souches endogènes stimulées par l'injection de granulocyte-Colony Stimulating Factor (G-CSF). Ce montage a été implanté chez 6 agneaux puis une évaluation hémodynamique, macroscopique et histologique a été réalisée à 3, 6, 8 et 16 semaines. Alors que le G-CSF recombinant humain induisait une croissance significative du nombre de globules blancs périphériques chez l'agneau, l'effet sur la valve était délétère, et induisait des réactions inflammatoires et de fibrose ressemblant à un rejet de greffe après 16 semaines. Nous avons ensuite testé les propriétés mécaniques de cette valve après son implantation dans l'artère pulmonaire sous circulation extra-corporelle, ainsi que l'effet de l'injection in situ de cellules autologues mononucléées médullaires (CMM) juste avant l'implantation chirurgicale. Ces valves pulmonaires porcines décellularisées ont été implantées chez 15 agneaux. Chez 9 animaux, des CMM autologues ont été injectées dans la valve immédiatement avant son implantation (groupe CMM), et chez 6 animaux, aucune injection cellulaire n'était réalisée (groupe contrôle). Un suivi de 16 semaines était réalisé comprenant l'étude fonctionnelle de la valve (échographique et angiographique) ainsi qu'une étude histologique. Les évaluations échographiques ne montraient aucune régurgitation dans chacun des 2 groupes et les index de perméabilité valvulaire étaient similaires. Les études histologiques montraient une prolifération myointimale plus importante et des dépôts calciques étaient mis en évidence dans le groupe contrôle par rapport au groupe CMM. Toutes les valves étaient recouvertes d'une monocouche de cellules endothéliales. Cependant chez 2 animaux une infiltration inflammatoire importante était retrouvée dans l'adventice. Ces résultats suggéraient que l'injection in situ de cellules autologues médullaires pouvait réduire la détérioration de valves xénogéniques décellularisées, mais également dans des circonstances inconnues favoriser des réactions inflammatoires locales Nous avons alors supposé que l'injection in situ d'une sous-population de CMM, les cellules souches mésenchymateuses (CSM) pouvaient promouvoir in vivo la recolonisation de nos substituts valvulaire sans entraîner de risque d'augmentation des réactions inflammatoires locales. Nous avons prélevé des CCM autologues 7 jours avant l'implantation chirurgicale. De cet échantillon, des cellules souches mésenchymateuses (CSM) ont été isolées par une culture cellulaire spécifique. Les valves porcines décellularisées ont été implantées dans l'artère pulmonaire sous circulation extra-corporelle chez l'agneau, ayant été au préalable injectées soit de CMM (n=7), soit de CSM (n=7). L'évaluation fonctionnelle des valves a été réalisée après 16 semaines par échographie, les valves ont été explantées en vue de leur analyse macroscopique et histologique. Après 4 mois, les gradients moyens transvalvulaires et distaux étaient significativement plus bas dans le groupe avec CSM que dans le groupe CMM. L'index de perméabilité était également significativement plus élevé dans le groupe CSM que dans le groupe CMM.. L'examen histologique montrait également que la disposition de la matrice et la colonisation cellulaire était plus proche de celle de valve native dans le groupe CSM que dans le groupe CMM.

Ce travail décrit les interactions mécaniques entre la langue, le palais et les dents lors de la production de la consonne plosive /t/en parole naturelle et en parole réitérée. Ces interactions sont mesurées via la pression mécanique exercées par la langue sur le palais et les dents. Ce travail a nécessité la mise au point d'un dispositif original de mesure de pression, appelé « Presla », utilisable chez les édentés maxillaires. Il consiste en un duplicata de la prothèse adjointe complète dans lequel est inséré un capteur à jauges de contrainte. Un dispositif de calibration spécifique, modélisant fonctionnellement les tissus mous de la langue, lui est associé. Pour explorer les mécanismes d'adaptation lié à un changement d'environnement de la langue, 2 populations de sujets sont étudiées: (1) les édentés anciens porteurs de prothèses, considérés comme habitués à leurs prothèses, (2) les nouveaux appareillés considérés comme novices. Les feedbacks auditif et orososensoriel sont successivement puis simultanément masqués pour apprécier leur rôle dans ces mécanismes adaptatifs. Aucun mécanisme d'apprentissage, correspondant à la recherche de stratégies optimales de compensation n'a pu être mise en évidence dans nos données. Mais le dispositif « Presla » permet de rendre compte d'effets prosodiques entre les signaux acoustiques et de pression. De même, il rend compte d'informations sur la nature du contact langue/palais et de la relation acoustique/pression lors de l'effet Lombard. Le système mis au point donne une base de travail intéressante pour des explorations futures.

L'accréditation des Machines à Mesurer Tridimensionnelles (MMT) est envisageable pour les engrenages à condition d'évaluer les incertitudes de mesures, les mesurandes étant parfaitement définis par la normalisation. Nos travaux s'appuient principalement sur la méthode de Monte Carlo et sur des techniques de permutations linéaires ou circulaires pour séparer les défauts et chiffrer les incertitudes de mesures associées, conformément au Guide pour l'expression des incertitudes de mesures (GUM). L'analyse de l'effet de la géométrie de la MMT sur la mesure d'une pièce de forme circulaire ou d'une roue dentée montre qu'il est impossible de caractériser complètement la géométrie de la MMT à partir d'une pièce supposée parfaite. Cependant, nous avons mis en place un concept de « défauts équivalents » propre à la géométrie de la machine et à la définition théorique de la pièce étudiée. Les systèmes de palpage utilisés ont été évalués afin de corriger les défauts systématiques identifiables et chiffrer les incertitudes associées. En prenant l'exemple d'un engrenage cylindrique droit, trois approches sont comparées : l'analyse des caractéristiques métrologiques de la MMT, la méthode de permutation et celle de comparaison. La méthode proposée permet de diminuer les incertitudes de mesures et peut être généralisée pour différentes applications. Nous proposons comme exemple l'étude des taux de pénétration et des volumes d'usure sur des explants de prothèses totales de hanches.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Cette étude a pour but d'étudier la compliance et le vieillissement des prothèses artérielles dans des conditions in-vitro réalistes. Une technique de mesure de la compliance statique et dynamique des prothèses artérielles sans ajout de membrane étanche, a été mise au point, contrairement aux essais pratiqués par tous les dispositifs actuels. Les résultats obtenus montrent que les prothèses sont bien moins compliantes qu'annoncé par les fabricants et présentent une compliance très éloignée des artères saines de l'hôte. Il a été démontré que l'ajout d'une membrane même très souple, introduit des couplages entre la structure prothétique et la membrane. La caractérisation physico-chimique des prothèses ayant subi le vieillissement accéléré a permis d'en comprendre les mécanismes liés à la détérioration de la " durée de vie utile " de ces prothèses. Ce processus est marqué essentiellement par une modification de la structure textile de la prothèse (surtout une forte atténuation de cosselage) et une chute de la compliance longitudinale et de la compliance radiale. De plus, une diminution légère des propriétés dynamométriques des filaments constituant les prothèses a été mise en évidence. La dégradation s'est aussi manifestée par une variation du taux de cristallinité des fibres.

Les déficiences sensorimotrices ou troubles du mouvement sont ce qui sous-tend ou cause les incapacités aux membres supérieurs. Par exemple, la spasticité musculaire, faiblesse musculaire, pauvre contrôle moteur sélectif, spasmes musculaires ou mouvements involontaires ou tremblements sont tous des exemples de désordres sensorimoteurs/troubles du mouvement. Lorsque des personnes vivent avec de tels désordres sensorimoteurs, cela peut entrainer des incapacités aux membres supérieurs et de la difficulté à réaliser diverses tâches quotidiennes. Dans plusieurs cas, les personnes atteintes n'ont pas accès aux services d'un aide-soignant. La famille doit donc s'occuper de la personne dans le besoin ou encore la personne atteinte doit se débrouiller avec les assistances techniques disponibles sur le marché. La situation risque de se détériorer dans un futur proche considérant le vieillissement de la population où il faudra prendre soin de plus en plus de personnes en perte d'autonomie avec moins de main d'œuvre active. À la suite d'une revue de littérature, et de consultations avec des ergothérapeutes, il a été établi que les assistances techniques commercialisées ne sont pas suffisamment adéquates pour plusieurs usagers. Ce mémoire porte sur le développement d'assistances techniques mécaniques afin de venir en aide aux personnes ayant des difficultés de mouvement aux membres supérieurs. L'hypothèse est que l'utilisation des assistances développées aidera les personnes vivant avec des troubles de mouvement à s'alimenter de manière plus autonome. Et ce, tout en réduisant la charge de travail du personnel médical. Deux types d'aide à l'alimentation ont été développés : un système d'aide à l'alimentation passif pour la spasticité et un ustensile anti-tremblements. Le premier est un système utilisant des mécanismes à quatre barres et des amortisseurs afin de stabiliser l'ustensile et d'amortir les mouvements involontaires. Le deuxième est un ustensile de plus petite taille qui stabilise les tremblements en utilisant des contrepoids. / Many people live with disabilities that may affect the control of their upper limbs and therefore affect their daily autonomy. These disabilities can include muscle spasticity, non selective motor control, muscle weakness and others. This can cause spasms or tremors which will inevitably affect the person when he/she tries to eat by him/herself. In many cases, people living with that kind of disabilities do not have access to the service of a caregiver. The affected person can use technical aids available commercially or the family can takecare of the person in need. The situation is likely to deteriorate in the coming years considering the aging population. It will be necessary to take care of more and more people losing their autonomy while dealing with less active medical labor. Following a literature review, and several discussions with occupational therapists, it was established that the technical aids available commercially are not sufficiently adequate formany users. This thesis focuses on the development of mechanical feeding assistances tohelp people living with upper limbs movement disorders. The hypothesis is that using the developed aids will help people living with movement disorders to eat more independently. The use of the developed mechanical aids will increase user involvement while reducing the workload of the medical staff. Two different types of feeding aid have been developed: a passive feeding system forspasticity and an anti-tremor utensil. The first is a complex system using four-bar mechanisms and dampers to stabilize the utensil and reduce the effects of involuntary movements. The prototype is fixed on a table and is controlled with a handle. The second solution developed is a smaller sized utensil that stabilizes tremors using counterweights

Plusieurs personnes vivent avec des incapacités qui affectent le contrôle du mouvement des membres supérieurs. Ces troubles de mouvement peuvent être présents sous forme de contractions involontaires, de mouvements spasmodiques ou de tremblements. Ceux-ci limitent ces personnes dans la réalisation de plusieurs tâches de la vie quotidienne. Des aides techniques peuvent alors servir à faciliter les déplacements, à compenser un manque de tonus musculaire ou à permettre la manipulation d'objets. Plus particulièrement, des aides techniques sont conçues pour les personnes vivant avec des troubles de mouvement aux membres supérieurs pour leur permettre de s'alimenter de manière autonome. Par contre, plusieurs facteurs limitent l'utilisation des aides techniques actuelles, tels que leur prix élevé ou leur complexité d'utilisation. L'objectif de ce mémoire est le développement d'une nouvelle aide à l'alimentation pour les personnes vivant avec des incoordinations motrices au niveau des membres supérieurs. L'hypothèse est que l'utilisation de l'aide à l'alimentation développée permettra d'améliorer la capacité des personnes avec des troubles de mouvement à s'alimenter de manière autonome. Cette assistance augmenterait l'implication de l'utilisateur lors des repas tout en réduisant la charge de travail des aidants ou préposés. Deux systèmes ont été développés : une version passive et une version active. La version passive consiste en un assemblage de barres qui maintiennent l'orientation de l'ustensile constante et amorti mécaniquement les mouvements brusques involontaires. Une version active a ensuite été développée, où des actionneurs remplacent les amortisseurs mécaniques, afn d'offrir une assistance plus intelligente. / Many people are living with neurological disorders such as cerebral palsy, stroke, muscular dystrophy or dystonia, that affect the control of upper limb movement. These motor disorders can be involuntary contractions, spasmodic movement or tremors. These disorders limit in the accomplishment of several tasks of daily life. Technical aids can then be used to facilitate movement, to compensate for a lack of muscle tone or to allow the manipulation of objects. In particular, assistive devices are designed for people with upper limb movement disorders to eat autonomously. Several factors limit the use of current assistive devices, such as their high price or high complexity. The aim of this thesis is the development of a new eating aid for people with upper limbs motor disorders. The hypothesis is that the use of the eating assistance developed will improve the ability of people with movement disorders to eat autonomously. This assistance would increase user involvement while reducing the workload of the caregiver. Two assistive prototypes have been developed : a passive version and an active version. The passive version consists of a bar assembly that maintains the constant orientation of the utensil and mechanically dampens involuntary movements. An active version was then developed, where actuators replace the mechanical dampers, in order to offer a more intellignent assistance.