Rééducation posturale au sein de l'environnement du système de réhabilitation de réalité virtuelle (VRRS)
Introduction
Le contrôle postural a été définie comme la capacité de maintenir, d'atteindre ou de rétablir un état d'équilibre au cours d'une posture ou une activité [1, 2].
Le contrôle postural approprié est une condition préalable absolue pour les activités de la vie quotidienne et nécessite plusieurs habiletés motrices différentes pour être efficace.
Le paramètre le plus largement mesuré pour évaluer le rendement de l'équilibre debout en situation calme ou de perturbation est le centre de pression (CoP) [8]. Le CoP est le centre de répartition de la force totale appliquée sur la surface de support; il permet de quantifier la stabilité posturale et l'évaluation des différentes stratégies de posture. Il est considéré comme la réponse neuromusculaire aux déséquilibres dans le centre de gravité du corps (COG) [9].
Comme avec toute l'habileté motrice, le contrôle de l'équilibre postural peut être amélioré grâce à l’entrainement [7].
Dans ce contexte, l'évaluation quantitative de la performance posturale peut être un outil pour évaluer quantitativement les effets des interventions, comme la possibilité d’utiliser le biofeedback en temps réel dans l‘entrainement avec exergaming.
Exergaming (exercice + jeu) est un terme utilisé pour décrire des applications informatiques qui requièrent des joueurs, qui doivent se déplacer physiquement pour répondre aux demandes du jeu.
Le CoP a été utilisé pour commander le jeu dans différents exercices, comme monter et descendre, ou le transfert de poids [15, 16 ].
Exergaming est un moyen prometteur de faciliter l'amélioration de l'équilibre tant pour les populations en bonne santé que dans les populations cliniques [16 , 17 ]. Exergaming a été jugée intrinsèquement plus motivante que l’entrainement à l'équilibre traditionnel et réduit la perception de l’effort [16]. Aussi l'individu ne se concentre pas sur la production des mouvements, mais plutôt sur les résultats du jeu pendant l'exécution de la tâche [1, 25]; donc une situation qui est plus semblable à ce qui se passe dans la vie quotidienne, où on se concentre sur les résultats des mouvements et non sur le contrôle de l'équilibre [1].
Le contrôle postural a été définie comme la capacité de maintenir, d'atteindre ou de rétablir un état d'équilibre au cours d'une posture ou une activité [1, 2].
Le contrôle postural approprié est une condition préalable absolue pour les activités de la vie quotidienne et nécessite plusieurs habiletés motrices différentes pour être efficace.
Le paramètre le plus largement mesuré pour évaluer le rendement de l'équilibre debout en situation calme ou de perturbation est le centre de pression (CoP) [8]. Le CoP est le centre de répartition de la force totale appliquée sur la surface de support; il permet de quantifier la stabilité posturale et l'évaluation des différentes stratégies de posture. Il est considéré comme la réponse neuromusculaire aux déséquilibres dans le centre de gravité du corps (COG) [9].
Comme avec toute l'habileté motrice, le contrôle de l'équilibre postural peut être amélioré grâce à l’entrainement [7].
Dans ce contexte, l'évaluation quantitative de la performance posturale peut être un outil pour évaluer quantitativement les effets des interventions, comme la possibilité d’utiliser le biofeedback en temps réel dans l‘entrainement avec exergaming.
Exergaming (exercice + jeu) est un terme utilisé pour décrire des applications informatiques qui requièrent des joueurs, qui doivent se déplacer physiquement pour répondre aux demandes du jeu.
Le CoP a été utilisé pour commander le jeu dans différents exercices, comme monter et descendre, ou le transfert de poids [15, 16 ].
Exergaming est un moyen prometteur de faciliter l'amélioration de l'équilibre tant pour les populations en bonne santé que dans les populations cliniques [16 , 17 ]. Exergaming a été jugée intrinsèquement plus motivante que l’entrainement à l'équilibre traditionnel et réduit la perception de l’effort [16]. Aussi l'individu ne se concentre pas sur la production des mouvements, mais plutôt sur les résultats du jeu pendant l'exécution de la tâche [1, 25]; donc une situation qui est plus semblable à ce qui se passe dans la vie quotidienne, où on se concentre sur les résultats des mouvements et non sur le contrôle de l'équilibre [1].
Méthodologie :
LA VRRS (Système de réadaptation de réalité virtuelle) est applicable dans plusieurs domaine (neurologie, orthopédie, cognitif, la parole, cardiorespiratoire, et la rééducation posturale). La VRRS utilise des biofeedback et des feedback pour favoriser la récupération fonctionnelle. Différents dispositifs de VRRS (taille, portabilité) et permettant une installation en cliniques et à domicile (voir Fig.1). Chaque VRR est un dispositif médical de classe 1.
Composants de la VRRS :
Le VRRS typique comprend:
-Une unité de calcul, exécutant les activités et générant des commentaires et des indications pour le patient
-Un moyen de mesurer et de capturer le comportement postural du sujet.
En fonction du comportement capturé, différentes applications de rééducation peuvent être proposées au patient.
Dans certaines activités, plus d’un appareil est nécessaire pour suivre le comportement du patient. Dans le but d’augmenter autant que possible les capacités de suivi du système, d’autres appareils seront, à l’avenir, intégrés et sont en cours de développement.
Un dispositif audio-visuel avec feedback, au moyen duquel le sujet est mis dans un environnement non immersif (écran, projecteur) ou immersif (casque 3D) dans lesquels des tâches sont proposées
LA VRRS (Système de réadaptation de réalité virtuelle) est applicable dans plusieurs domaine (neurologie, orthopédie, cognitif, la parole, cardiorespiratoire, et la rééducation posturale). La VRRS utilise des biofeedback et des feedback pour favoriser la récupération fonctionnelle. Différents dispositifs de VRRS (taille, portabilité) et permettant une installation en cliniques et à domicile (voir Fig.1). Chaque VRR est un dispositif médical de classe 1.
Composants de la VRRS :
Le VRRS typique comprend:
-Une unité de calcul, exécutant les activités et générant des commentaires et des indications pour le patient
-Un moyen de mesurer et de capturer le comportement postural du sujet.
En fonction du comportement capturé, différentes applications de rééducation peuvent être proposées au patient.
Dans certaines activités, plus d’un appareil est nécessaire pour suivre le comportement du patient. Dans le but d’augmenter autant que possible les capacités de suivi du système, d’autres appareils seront, à l’avenir, intégrés et sont en cours de développement.
Un dispositif audio-visuel avec feedback, au moyen duquel le sujet est mis dans un environnement non immersif (écran, projecteur) ou immersif (casque 3D) dans lesquels des tâches sont proposées
L'activité VRRS
L'activité VRRS est une tâche que le sujet doit exécuter avec un nombre donné de répétitions et une durée donnée.
La logique et la complexité de la tâche dépendent de l’application, cela va des tâches très simples aux tâches plus complexes dans divers environnements. Le comportement du patient, durant la réalisation de la tâche, est capturé par un composant technologique spécifique, qui dépend de l'exercice en question.
Le sujet et son comportement peuvent être représentés dans le scénario virtuel de différentes manières :
Les tâches sont conçues de manière à favoriser l’apprentissage par la réorganisation corticale.
À cette fin, plusieurs stratégies et caractéristiques clés sont mises en œuvre:
La richesse cognitive (richesse des scénarios 3D / 2D) varie énormément entre les exercices et les tâches, permettant ainsi d'adapter la charge de travail cognitive aux possibilités du patient au cours de son rétablissement fonctionnel
Le comportement du sujet en rapport avec l'exécution de l'exercice peut être mis à l'échelle et amplifié dans l'environnement virtuel. Cette mise à l’échelle représente un autre moyen de fournir au sujet une rétroaction augmentée.
Avec le score global final et les scores simples et de répétition, chaque activité VRRS génère des paramètres et des métriques spécifiques propres à son domaine spécifique.
Aujourd'hui, plus de 300 activités ont été mises en œuvre et intégrées dans l'écosystème VRRS. Chacun a été co-développé et vérifié en pratique clinique.
L'activité VRRS est une tâche que le sujet doit exécuter avec un nombre donné de répétitions et une durée donnée.
La logique et la complexité de la tâche dépendent de l’application, cela va des tâches très simples aux tâches plus complexes dans divers environnements. Le comportement du patient, durant la réalisation de la tâche, est capturé par un composant technologique spécifique, qui dépend de l'exercice en question.
Le sujet et son comportement peuvent être représentés dans le scénario virtuel de différentes manières :
- Objet réaliste ou abstrait
- Avatar complet ou partiel, pouvant être plus ou moins réaliste.
- Personnage abstrait (semblable à un jeu).
- Pointeur semblable à la souris.
Les tâches sont conçues de manière à favoriser l’apprentissage par la réorganisation corticale.
À cette fin, plusieurs stratégies et caractéristiques clés sont mises en œuvre:
- Réception par le sujet d’un retour d’information en ligne (fonction de la différence entre son statut actuel et le comportement souhaité). Ce retour est fourni sous forme d'indications visuelles, acoustiques et même verbales.
- Le comportement à appliquer dans un scénario 3D / 2D peut être montré en permanence par un élément enseignant que le patient doit suivre.
- En fin de tâche, un retour final vocal et visuel (en pourcentage) est fourni.
La richesse cognitive (richesse des scénarios 3D / 2D) varie énormément entre les exercices et les tâches, permettant ainsi d'adapter la charge de travail cognitive aux possibilités du patient au cours de son rétablissement fonctionnel
Le comportement du sujet en rapport avec l'exécution de l'exercice peut être mis à l'échelle et amplifié dans l'environnement virtuel. Cette mise à l’échelle représente un autre moyen de fournir au sujet une rétroaction augmentée.
Avec le score global final et les scores simples et de répétition, chaque activité VRRS génère des paramètres et des métriques spécifiques propres à son domaine spécifique.
Aujourd'hui, plus de 300 activités ont été mises en œuvre et intégrées dans l'écosystème VRRS. Chacun a été co-développé et vérifié en pratique clinique.
L'interface VRRS
Chaque VRRS possède une interface utilisateur simplifiée (voir Fig. 4) qui permet néanmoins un ensemble complet de fonctionnalités (gestion des informations patient, lancement des activités, création de nouvelles activités, rapport sur les activités et progrès du patient).
L’interface utilisateur VRRS pour les applications à domicile est évidemment différente de celle mise en œuvre dans les paramètres cliniques, car elle est conçue pour que le patient soit l’utilisateur principal.
Ainsi, l'écosystème VRRS peut être utilisé pour promouvoir et mettre en œuvre des voies de rééducation à domicile sans réduire ni limiter la continuité thérapeutique avec les cliniciens.
Chaque VRRS possède une interface utilisateur simplifiée (voir Fig. 4) qui permet néanmoins un ensemble complet de fonctionnalités (gestion des informations patient, lancement des activités, création de nouvelles activités, rapport sur les activités et progrès du patient).
L’interface utilisateur VRRS pour les applications à domicile est évidemment différente de celle mise en œuvre dans les paramètres cliniques, car elle est conçue pour que le patient soit l’utilisateur principal.
Ainsi, l'écosystème VRRS peut être utilisé pour promouvoir et mettre en œuvre des voies de rééducation à domicile sans réduire ni limiter la continuité thérapeutique avec les cliniciens.
Validation clinique
La méthodologie VRRS a été largement validée et testée. La validité du système et de sa méthodologie a été démontrée dans plusieurs publications.
Piron et al. [26 ] confirment que le traitement par VRRS améliore la performance motrice des membres supérieurs après un AVC, plus que le traitement conventionnel. Jelcic et al. [31] et Agostini et al. [32] ont démontré que l'approche VRRS est également efficace pour le traitement à distance des troubles cognitifs légers et de l'anomie.
La méthodologie VRRS a été largement validée et testée. La validité du système et de sa méthodologie a été démontrée dans plusieurs publications.
Piron et al. [26 ] confirment que le traitement par VRRS améliore la performance motrice des membres supérieurs après un AVC, plus que le traitement conventionnel. Jelcic et al. [31] et Agostini et al. [32] ont démontré que l'approche VRRS est également efficace pour le traitement à distance des troubles cognitifs légers et de l'anomie.
Dispositifs de réadaptation
Pour la rééducation posturale, le VRRS utilise deux types de planche d'équilibre, une planche d'équilibre posturographique (figure 5) et une planche d'équilibre proprioceptif (figure 6).
Ces appareils peuvent être utilisés pour un large éventail d'activités.
Pour la rééducation posturale, le VRRS utilise deux types de planche d'équilibre, une planche d'équilibre posturographique (figure 5) et une planche d'équilibre proprioceptif (figure 6).
Ces appareils peuvent être utilisés pour un large éventail d'activités.
Méthodologie VRRS - Applications pour la réhabilitation posturale
La planche POSTURO peut être utilement utilisé pour évaluer l'asymétrie de charge posturale du sujet pendant la posture debout. La symétrie de charge est affectée dans un certain nombre de situations, telles que les atteintes neurologiques ou la chirurgie orthopédique des membres inférieurs. Les patients hémiparétiques ayant subi un AVC et les patients orthopédiques après une chirurgie de la hanche, du genou ou de la cheville ont tendance à répartir leur poids de manière asymétrique en plaçant davantage sur le membre non atteint. Restaurer la symétrie de charge appropriée pendant la posture debout est un objectif clé des programmes de rééducation neurologique et orthopédique
Plusieurs exercices choisissent la planche posturo comme premier dispositif de suivi et la CoP en tant que premier signal d'entrée (Fig 9).
Dans tous les exercices, les coordonnées de la CoP déterminent directement la position d'un effecteur final dans des scénarios 2D ou 2.5D.
Plusieurs exercices utilisent la planche PROPRIO comme premier dispositif de suivi et ses mesures d’inclinaison sont les principaux signaux d’entrée.
Les exercices sont très similaires à ceux disponibles pour la planche POSTURO.
Les planches POSTURO et PROPRIO peuvent également être utilisées comme dispositifs secondaires.
Ils sont utilisés, dans plusieurs activités de rééducation neurologique et orthopédique, en tant que dispositifs de mesure du comportement postural, tandis que des capteurs magnétiques ou IMU mesurent le comportement primaire.
Des exercices orthopédiques et neurologiques menés sur les membres supérieurs ou inférieurs, où il est important que le sujet reconnaisse son comportement postural et ses décalages lors de l'exécution de la tâche principale.
La planche POSTURO peut être utilement utilisé pour évaluer l'asymétrie de charge posturale du sujet pendant la posture debout. La symétrie de charge est affectée dans un certain nombre de situations, telles que les atteintes neurologiques ou la chirurgie orthopédique des membres inférieurs. Les patients hémiparétiques ayant subi un AVC et les patients orthopédiques après une chirurgie de la hanche, du genou ou de la cheville ont tendance à répartir leur poids de manière asymétrique en plaçant davantage sur le membre non atteint. Restaurer la symétrie de charge appropriée pendant la posture debout est un objectif clé des programmes de rééducation neurologique et orthopédique
Plusieurs exercices choisissent la planche posturo comme premier dispositif de suivi et la CoP en tant que premier signal d'entrée (Fig 9).
Dans tous les exercices, les coordonnées de la CoP déterminent directement la position d'un effecteur final dans des scénarios 2D ou 2.5D.
Plusieurs exercices utilisent la planche PROPRIO comme premier dispositif de suivi et ses mesures d’inclinaison sont les principaux signaux d’entrée.
Les exercices sont très similaires à ceux disponibles pour la planche POSTURO.
Les planches POSTURO et PROPRIO peuvent également être utilisées comme dispositifs secondaires.
Ils sont utilisés, dans plusieurs activités de rééducation neurologique et orthopédique, en tant que dispositifs de mesure du comportement postural, tandis que des capteurs magnétiques ou IMU mesurent le comportement primaire.
Des exercices orthopédiques et neurologiques menés sur les membres supérieurs ou inférieurs, où il est important que le sujet reconnaisse son comportement postural et ses décalages lors de l'exécution de la tâche principale.
Conclusion
Des activités de recherche et développement sont en cours pour intégrer des capteurs magnétiques ou des IMU dans des activités où les planches servent d’éléments principaux.
Une telle intégration permettrait de mesurer, quantifier, différencier et conditionner les stratégies de contrôle postural (stratégies de cheville, de genou et de hanche) utilisées par le patient lors de la posture debout et de l’initiation de la marche.
Ces développements élargiraient considérablement l'éventail des stratégies de réadaptation et les possibilités offertes aux thérapeutes dans le cadre des activités de rééducation posturale de la VRRS.
Article de référence :
Marco Pirini, Maria Cristina Bisi, Andrea Turolla, Michela Agostini, Denis Vidale, Alessio Fiorentin and Federico Piron. Postural Rehabilitation Within the VRRS (Virtual Reality Rehabilitation System) Environment. Springer International Publishing AG 2018
Références :
1. van Diest M, Lamoth CJC, Stegenga J, Verkerke GJ, Postema K. Exergaming for balance training of elderly: state of the art and future developments. J Neuroeng Rehabil. 2013;10:101.
2. Pollock AS, Durward BR, Rowe PJ, Paul JP. What is balance? Clin Rehabil. 2000;14:402–6.
7. Li Y, Levine WS, Loeb GE. A two-joint human posture control model with realistic neural delays. IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng Publ IEEE Eng Med Biol Soc. 2012;20:738–48.
8. Paillard T, Noé F. Techniques and methods for testing the postural function in healthy and pathological subjects. Biomed Res Int. 2015;2015:891390.
9. Winter DA. Biomechanics and motor control of human movement. Wiley; 2009.
15. Williams MA, Soiza RL, Jenkinson AM, Stewart A. EXercising with Computers in Later Life (EXCELL)—pilot and feasibility study of the acceptability of the Nintendo® WiiFit in community-dwelling fallers. BMC Res Notes. 2010;3:238.
16. Robinson J, Dixon J, Macsween A, van Schaik P, Martin D. The effects of exergaming on balance, gait, technology acceptance and flow experience in people with multiple sclerosis: a randomized controlled trial. BMC Sports Sci Med Rehabil. 2015;7:8.
17. Harris DM, Rantalainen T, Muthalib M, Johnson L, Teo W-P. Exergaming as aviable therapeutic tool to improve static and dynamic balance among older adults and people with iIdiopathic Parkinson’s disease: a systematic review and meta -analysis. Front Aging Neurosci. 2015;7.
25. Fitzgerald D, Trakarnratanakul N, Smyth B, Caulfield B. Effects of a wobble board-based therapeutic exergaming system for balance training on dynamic postural stability and intrinsic motivation levels. J Orthop Sports Phys Ther. 2010;40:11–9.
26. Piron L, Turolla A, Agostini M, Zucconi CS, Ventura L, Tonin P, Dam M. Motor learning principles for rehabilitation: a pilot randomized controlled study in poststroke patients. Neurorehabil Neural Repair. 2010;24(6):501–8.
31. Jelcic N, Cagnin A, Meneghello F, Turolla A, Ermani M, Dam M. Effects of lexical-semantic treatment on memory in early Alzheimer disease: an observer-blinded randomized controlled trial. Neurorehabil Neural Repair. 2012;26(8):949–56.
32. Agostini M, Garzon M, Benavides-Varela S, De Pellegrin S, Bencini G, Rossi G, Rosadoni S, Mancuso M, Turolla A, Meneghello F, Tonin P. Telerehabilitation in poststroke anomia. Biomed Res Int. 2014;2014:706909.
Des activités de recherche et développement sont en cours pour intégrer des capteurs magnétiques ou des IMU dans des activités où les planches servent d’éléments principaux.
Une telle intégration permettrait de mesurer, quantifier, différencier et conditionner les stratégies de contrôle postural (stratégies de cheville, de genou et de hanche) utilisées par le patient lors de la posture debout et de l’initiation de la marche.
Ces développements élargiraient considérablement l'éventail des stratégies de réadaptation et les possibilités offertes aux thérapeutes dans le cadre des activités de rééducation posturale de la VRRS.
Article de référence :
Marco Pirini, Maria Cristina Bisi, Andrea Turolla, Michela Agostini, Denis Vidale, Alessio Fiorentin and Federico Piron. Postural Rehabilitation Within the VRRS (Virtual Reality Rehabilitation System) Environment. Springer International Publishing AG 2018
Références :
1. van Diest M, Lamoth CJC, Stegenga J, Verkerke GJ, Postema K. Exergaming for balance training of elderly: state of the art and future developments. J Neuroeng Rehabil. 2013;10:101.
2. Pollock AS, Durward BR, Rowe PJ, Paul JP. What is balance? Clin Rehabil. 2000;14:402–6.
7. Li Y, Levine WS, Loeb GE. A two-joint human posture control model with realistic neural delays. IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng Publ IEEE Eng Med Biol Soc. 2012;20:738–48.
8. Paillard T, Noé F. Techniques and methods for testing the postural function in healthy and pathological subjects. Biomed Res Int. 2015;2015:891390.
9. Winter DA. Biomechanics and motor control of human movement. Wiley; 2009.
15. Williams MA, Soiza RL, Jenkinson AM, Stewart A. EXercising with Computers in Later Life (EXCELL)—pilot and feasibility study of the acceptability of the Nintendo® WiiFit in community-dwelling fallers. BMC Res Notes. 2010;3:238.
16. Robinson J, Dixon J, Macsween A, van Schaik P, Martin D. The effects of exergaming on balance, gait, technology acceptance and flow experience in people with multiple sclerosis: a randomized controlled trial. BMC Sports Sci Med Rehabil. 2015;7:8.
17. Harris DM, Rantalainen T, Muthalib M, Johnson L, Teo W-P. Exergaming as aviable therapeutic tool to improve static and dynamic balance among older adults and people with iIdiopathic Parkinson’s disease: a systematic review and meta -analysis. Front Aging Neurosci. 2015;7.
25. Fitzgerald D, Trakarnratanakul N, Smyth B, Caulfield B. Effects of a wobble board-based therapeutic exergaming system for balance training on dynamic postural stability and intrinsic motivation levels. J Orthop Sports Phys Ther. 2010;40:11–9.
26. Piron L, Turolla A, Agostini M, Zucconi CS, Ventura L, Tonin P, Dam M. Motor learning principles for rehabilitation: a pilot randomized controlled study in poststroke patients. Neurorehabil Neural Repair. 2010;24(6):501–8.
31. Jelcic N, Cagnin A, Meneghello F, Turolla A, Ermani M, Dam M. Effects of lexical-semantic treatment on memory in early Alzheimer disease: an observer-blinded randomized controlled trial. Neurorehabil Neural Repair. 2012;26(8):949–56.
32. Agostini M, Garzon M, Benavides-Varela S, De Pellegrin S, Bencini G, Rossi G, Rosadoni S, Mancuso M, Turolla A, Meneghello F, Tonin P. Telerehabilitation in poststroke anomia. Biomed Res Int. 2014;2014:706909.