1. UNIVERSITE LIBANAISE
FACULTE DE GENIE 1
No d'ordre 72/1362/G1-EE/2012
PROJET DE FIN D’ÉTUDES
Réalisé par
Imane Badra
Pour obtenir le
Diplôme Ingénieur en Électricité et Électronique
Option Informatique & Télécommunication
Une plateforme de rééducation pour un
stabilomètre
Dirigé par :
Dr. Mohamed KHALIL
Soutenu devant le jury :
Dr. Clovis FRANCIS
Dr. Haissam ZIADE
Dr. Khaled MOUCHREF
Session Juillet 2012
2. Remerciements
J’adresse mes remerciements à Dr. Mohamed KHALIL, pour son encadrement et son
soutien tout au long de ce stage.
Je remercie Dr. Chayban HAYKAL, directeur de la faculté de génie, Dr. Haytham ZIADE,
responsable du département électronique à la faculté de génie.
Je remercie encore l'ensemble des professeurs et enseignants de la Faculté de Génie, Branche
1, qui m’ont accompagné durant 5 années et m’ont construit scientifiquement et
personnellement pour arriver à cet instant prête à conquérir le monde professionnel à
l’extérieur de l’université.
Un merci distinct à la communauté de NATIONAL INSTRUMENTS surtout M. Rick
BEAUCHAINE, M. JamesMcN, M. D60, M. Michelle_B et M. Altenbache qui m’ont aidé
dans la programmation avec le logiciel LabVIEW.
Je n’oublie pas de remercier les membres du jury, Dr. Clovis FRANCIS, Dr. Haissam
ZIADE, Dr. Wassim EL FALOU et Dr. Khaled MOUCHREF.
Je remercie encore l’équipe du travail, M. Alaa DAHER et Dr. Mohamad KHALIL. Et
aussi j’adresse mes remerciements à Mlle Hanin AKRA pour sa contribution précédente dans
le projet et à M. HALIMI, pour sa contribution à comprendre comment fonctionne un
stabilomètre.
Enfin, je veux profiter de cette chance pour remercier mon dieu, mon père (Miséricorde de
Dieu sur lui) et ma mère qui m’ont suivi ces 5 années et ont partagé avec moi le succès et
l’échec, les sourires et les larmes et n’ont jamais perdu la foi en leur fille.
3. Résumé
La rééducation utilisant un stabilomètre est une sorte d’exercices sportifs durant lesquels un
patient rend ses muscles plus flexibles et ayant la posture correcte.
Le but de mon projet était de programmer plusieurs applications qui correspondent à des
exercices sportifs qu’un patient doit subir. Il consiste à lire à l’aide d’une chaîne d’acquisition
trois signaux représentants les forces appliquées par un sujet sur une plateforme ayant trois
capteurs de force. À partir de ces 3 capteurs, on détermine le centre de force du sujet qu’on
peut assimiler à un cercle sur l’écran devant le sujet. Le but de ce projet est de faire un
programme ou une ‘route’ sur le PC et le patient doit suivre cette ‘route’ utilisant le centre de
gravité de son corps. Quelques exercices correspondent à des jeux afin de ne pas ennuyer le
sujet durant la durée du traitement et dans le but de lui donner de l’enthousiasme au cours de
chaque exercice.
Mots clés : posture, stabilomètre, équilibre, rééducation, système visuel, système vestibulaire,
pied, LabVIEW...
Abstract
The reeducation in a stabilometer is a kind of exercises during which a patient let his muscles
more flexible and having the correct posture. My plan was to schedule several applications
that are just the exercises that a patient must undergo. It is to read by a "data acquisition" three
signals representing the force applied by a person standing on a platform that has three force
transducers. From these three sensors, we determine the center of force of the person that we
can assimilate to a circle on the screen before the patient. Else, some exercises are a kind of
games so the patient will not annoy during the duration of treatment and he will has a kind of
enthusiasm during each exercise.
Keywords: posture, stabilometer, balance, reeducation, visual system, vestibular system,
foot, LabVIEW...
4. Table of Contents
Contents
Introduction Générale.............................................................................................................................. 1
Chapitre 1................................................................................................................................................ 2
La posturologie........................................................................................................................................ 2
I.1 Les capteurs du système postural................................................................................................... 2
I.1.a Le Pied ................................................................................................................................... 2
I.1.b L'Œil......................................................................................................................................... 3
I.1.c L'Oreille interne ...................................................................................................................... 4
I.2 Le but de la posturologie................................................................................................................ 5
I.3 le besoin de la rééducation............................................................................................................. 5
I.4 A qui on fait la rééducation............................................................................................................ 6
I.5 Conclusion ..................................................................................................................................... 6
Chapitre 2................................................................................................................................................ 7
Stabilomètre ............................................................................................................................................ 7
II.1 Définition...................................................................................................................................... 7
II.2 Fonctionnement technique de la plateforme................................................................................. 7
II.3 Objectifs d’un stabilomètre........................................................................................................... 8
II.3.a Equilibre statique................................................................................................................... 8
II.3.b Equilibre dynamique.............................................................................................................. 9
II.3.c Rééducation ........................................................................................................................... 9
II.4 Le centre de gravite ...................................................................................................................... 9
Chapitre 3.............................................................................................................................................. 12
Les différents paramètres observés dans un stabilomètre ..................................................................... 12
III.1- le X-moyen............................................................................................................................... 12
III.2 La surface.................................................................................................................................. 12
III.3 La longueur du déplacement en fonction de la surface (LFS)................................................... 13
III.4 La variance de la vitesse des déplacements selon l'axe des Y (VFY)....................................... 13
III.5 Le quotient du Romberg............................................................................................................ 14
III.6 Le quotient plantaire.................................................................................................................. 15
III.7 La transformée de Fourier (FFT)............................................................................................... 15
III.8 La fonction d'intercorrélation.................................................................................................... 17
III.9 Conclusion................................................................................................................................. 18
Chapitre 4.............................................................................................................................................. 19
La rééducation fonctionnelle proprioceptive par biofeedback postural ................................................ 19
IV.1 Introduction............................................................................................................................... 19
IV.2 Identifier les potentialités.......................................................................................................... 19
IV.3 Exercice de stabilisation............................................................................................................ 20
5. IV.4 Exercice de mise en charge....................................................................................................... 23
IV.5 Exercice de transfert d’appui ................................................................................................... 24
IV.6 Exercice de contrôle postural.................................................................................................... 25
IV.7 Stepping .................................................................................................................................... 27
IV.8 Test visuel ................................................................................................................................. 27
IV.9 Training..................................................................................................................................... 29
Conclusion générale et perspectives...................................................................................................... 30
Références............................................................................................................................................. 31
Annexe .................................................................................................................................................. 32
6. 1
Introduction Générale
L’homme est un robot formé par l’assemblage de multiples pièces selon une parfaite
coordination et harmonie. Ceci lui permet de se bouger et se déplacer dans différents plans et
selon 3 directions.
Pour se familiariser aux lois du mouvement, le cerveau, depuis l’enfance, développe un
ensemble de mouvements de base appelé schéma moteur qui se ressemble analogiquement à
un programme informatique. Le système fonctionne de la façon la plus active et la plus
efficace possible et surtout de la façon la plus économique possible. D’où l’idée de rééduquer
un muscle, ou une posture en général.
Un stabilomètre répond à ce but : il donne des mesures à partir desquelles un physiologue fait
le diagnostic d’un patient et parsuite lui donner l’exercice adéquat.
Le but de ce projet est de faire un programme ou une ‘route’ sur le PC en utilisant le logiciel
LabVIEW et le patient doit suivre cette route utilisant le centre de gravite de son corps.
Dans le premier chapitre, je parle de la posturologie et des capteurs du système postural. C’est
une introduction à la rééducation et son objectif.
Dans le deuxième chapitre, je veux parler du stabilomètre, de son fonctionnement technique,
de ses objectifs (équilibre statique, équilibre dynamique, rééducation).
Dans le troisième chapitre, j’aborde les paramètres donnés par le stabilomètre et quelques
explications sur ces paramètres.
Dans le quatrième et le dernier chapitre, on évoque la rééducation, les exercices et leur utilité.
7. 2
Chapitre 1
La posturologie
Si l'individu tient debout dans l'espace, s'il se situe par rapport à son environnement et s'il
s'équilibre dans le mouvement, c'est grâce à son système postural.
Le système postural possède différentes entrées ou capteurs : le pied, l'œil et l’oreille interne.
Les deux premiers sont à la fois des extérocepteurs (exocapteurs) et des propriocepteurs
(endocapteurs) et leur rôle est plus efficace dans la formation de la posture que le rôle de
l’oreille interne car un léger défaut de convergence oculaire, ou une asymétrie podale peuvent
provoquer un déséquilibre des chaînes musculaires posturales.
I.1 Les capteurs du système postural
Afin d’avoir une gestion de la chaîne musculaire, donc de la posture tout entière, le système
nerveux a besoin de « sentir » la posture. Les sensations posturales seront réalisées grâce à
deux types de capteurs : les endocapteurs et les exocapteurs. En posturologie, on s’intéresse
aux exocapteurs : ils permettent au système nerveux de situer le corps par rapport à son
environnement. Ils incluent le pied, l’œil et une partie de l'oreille interne.
Figure I.1 : Systèmes sensoriels impliqués dans la régulation des activités posturo-cinétiques
I.1.a Le Pied
Quand on dit le capteur pied, on désigne en fait la peau de la face plantaire du pied. La peau
de l’homme et de l’animal est l’ensemble de différents capteurs de pression. Ces perceptions
nous donnent le sens du tact et nous permettent, avec une grande précision, de sentir
8. 3
l'importance des pressions exercées contre la peau. La plante du pied est riche de ces capteurs
de pression.
Tenant debout, la pression du poids s’exerce sur la plante du pied et comprime la peau contre
le sol. Cette pression est mesurée par des milliers de petits capteurs de la plante qui informent
le cerveau de leur pression propre. Le Système Postural vise toujours à éviter la chute, la
méthode adoptée est de calculer la moyenne de ces pressions, appelée « centre de pression »,
et de moduler la posture de façon à ce que le centre de pression soit situé au milieu des deux
pieds; l'endroit le plus stable et le plus éloigné de la chute. Avec chaque oscillation du sujet
debout, les muscles vont recentrer le centre de pression afin de conserver l'équilibre.
Le pied est, par son rôle d’interface homme/planète est l’organe primaire de l’équilibration.
Le système multi sensoriel du pied est en fait un capteur des variations de la projection au sol
du centre de masse).Le pied possède à lui seul 80% des récepteurs de tout le membre
inférieur. (Figure 3.2)
Figure I.2 : bilan des points d’application des forces et des couples sur la plante du pied
I.1.b L'Œil
L’œil est le deuxième exocapteur. Depuis la première ère, la vision a permis à l’homme de
survivre en voyant l'environnement dans lequel il a évolué pour découvrir la nature, se
déplacer, aller chercher sa nourriture, percevoir les distances et les vitesses des objets en
mouvement…pour se situer dans l’espace ,le système nerveux fait appel au système visuel
pour avoir une perception des distances entre l’homme et les objets distants. Les signaux du
système visuel sont perçus par le système nerveux pour soutenir la stabilisation de l'équilibre
au même titre que le fait de toucher un mur nous stabilise lorsque nous marchons les yeux
fermés. (Figure 3.3)
9. 4
Figure I.3 : Réflexe cervico-oculaire
La vision est essentielle pour fournir :
1 – des informations sur la verticalité qui sont en permanence comparées aux informations
vestibulaires. Toute divergence ou distorsion entre la perception visuelle et la perception
vestibulaire sera source de malaise : nausées, inadaptation aux verres progressifs, vertiges …
2-et une confirmation de la stabilité de l’environnement en cas de doute perceptif.
La vision binoculaire permet aussi la perception des reliefs et des distances. Mais l'amplitude
limitée des mouvements des yeux doit être associée à des déplacements plus amples de la tête
obtenus grâce aux muscles cervicaux.
I.1.c L'Oreille interne
Le système vestibulaire est le système sensoriel principal de la perception du mouvement et
de l'orientation par rapport à la verticale.
L'utricule et le saccule (figure 3.1) sont les petits sacs de liquide du labyrinthe sur lesquels
sont branchés les canaux semi-circulaires. La gravité exercée sur l'utricule et le saccule met en
tension les petits ligaments qui les attachent aux structures environnantes. La perception des
tensions ligamentaires donne au cerveau le sens de la verticalité gravitationnel. À ce titre,
l'oreille interne participe au maintien de la verticalité.
10. 5
Figure I.4 Le système vestibulaire
Les récepteurs vestibulaires sont sensibles à la pesanteur, et la disposition des canaux semi
circulaires dans trois plans perpendiculaires est en rapport avec l'espace à trois dimensions. Si
notre tête occupe une position inhabituelle, les influx vestibulaires tendent, par voie réflexe, à
rectifier cette position. Privé de ses labyrinthes l'homme serait incapable de se tenir debout.
Les récepteurs vestibulaires sont également sensibles aux accélérations, c'est-à-dire aux
variations (positives ou négatives) de la vitesse. D'où les troubles en tournant sur soi-même,
ou dans un ascenseur lors du démarrage ou de l'arrêt. Ces impressions sont dues aux
déplacements de l'endolymphe et à l'excitation des récepteurs qui en résulte.
En revanche, une vitesse constante (accélération nulle) laisse totalement insensible.
I.2 Le but de la posturologie
La posturologie vise à :
- corréler la symptomatologie et le déséquilibre postural ;
- analyser ce déséquilibre dans les trois directions de l'espace ;
- trouver le ou les capteurs responsables ;
- corriger ces capteurs afin de reprogrammer l'ensemble pour retrouver une eutonie vertébrale
et articulaire.
I.3 le besoin de la rééducation
Afin de rectifier la posture et par suite, assurer l’équilibre postural, la rééducation est la plus
simple méthode, sans médicaments et sans effets secondaires :
La rééducation posturale cherche à enlever les tensions des muscles pour les mettre en relax
et par suite les entrainer pour rectifier les déviations de la colonne vertébrale. Cette technique
demande d’avoir un debout très précis et un vrai travail respiratoire.
11. 6
La plupart de gens ne savent pas que les muscles donnent au corps sa forme, c’est-à-dire sa
posture : Les muscles sont entremêlés les uns dans les autres, ils ressemblent à des ficelles
élastiques qui se dilatent et se contractent pour contrôler effectivement l’amplitude de notre
mouvement.
En réalité, les muscles tendent à se rétrécir à force de se contracter. C’est pourquoi on a
douleurs musculaires comme la lombalgie, et des déformations de la colonne vertébrale
comme la scoliose et la lordose. Donc la solution pour retrouver l’élasticité naturelle de nos
muscles est d’effectuer un travail et ainsi une fois les muscles se contractent, ils commencent
à relâcher les tensions existant sur les vertèbres et le corps retrouve sa posture naturelle.
Une suite d’exercices basés sur la respiration aide le corps à libérer les tensions car ils vont
oxygéner les muscles du corps, les tonifier, et les décontracter.
I.4 A qui on fait la rééducation
Aujourd'hui, 3 types de personnes s’intéressent à la rééducation:
les sportifs de haut niveau, pour lesquels l'objectif est d'identifier les stratégies
optimales d'équilibrage en vue d'améliorer leur comportement en compétition
(gymnastes, escrimeurs,...)
les personnes handicapées physique, soit en raison d'une malformation, soit le plus
fréquemment en raison d'un traumatisme lié à un accident (typiquement de la
circulation) en vue d'une meilleure rééducation
enfin les personnes âgées dont les problèmes d'équilibre sont une source
d'accidents de plus en plus fréquents en raison du nombre croissant de personnes
très âgées.
I.5 Conclusion
A partir de ce qui précède, on peut adopter que les problèmes posturaux peuvent être résolus
par des exercices spécifiques. D’où l’idée de faire un instrument pour ce but : le stabilomètre.
Dans le chapitre suivant, on aborde au « stabilomètre » pour expliquer son but et son
fonctionnement ainsi que sa technique.
12. 7
Chapitre 2
Stabilomètre
II.1 Définition
Le stabilomètre est un instrument de recherche utile aux physiologistes ou aux
pharmacologues, pour mesurer des paramètres et parsuite, identifier les anomalies présentes
chez le patient.
II.2 Fonctionnement technique de la plateforme
Le stabilomètre, appelé aussi plateforme de force, est l’ensemble de 3 capteurs de pression
mis de façon à avoir une forme d’un triangle équilatéral tel que chaque sommet est représenté
par un des 3 capteurs (figure1.1); sur ces capteurs, repose un plateau rigide de taille variable.
Les capteurs mesurent la force appliquée et la transforment en un signal électrique. La
mesure des forces et des moments exercés au niveau de la plateforme permet de préciser les
coordonnés du centre des pressions, et de suivre ses variations dans le temps qui reflètent le
comportement de régulation de l’équilibre de la personne placée sur cette plateforme.
Figure II.1 : distribution spatial des capteurs d’une plateforme de force
Les signaux sont parsuite acquis par une carte d’acquisition des données qui les convertit en
données manipulables par un logiciel, comme le montre la figure 2.
Figure II.2 : schéma bloc de l’acquisition des données du stabilomètre
13. 8
Figure II.3 : schéma de l’organigramme de l’acquisition des données du stabilomètre
.
Dans notre cas, le logiciel d’acquisition utilisé est LabVIEW :
LabVIEW est un environnement de développement spécialisé en informatique industrielle et
scientifique. Sa particularité est qu'il s'appuie sur le langage G, créé par National Instruments,
qui est entièrement graphique. Il permet de créer des logiciels complexes tout en facilitant la
programmation et donc de diminuer les délais de développement. Grâce à ses librairies de
fonctions dédiées à l'acquisition de données, l'instrumentation, à l'analyse mathématique des
mesures, mais également grâce à la création rapide d'interfaces graphiques de qualité et le
codage simplifié, l'ingénieur a plus de temps pour se concentrer sur les fonctions métiers de
l'instrumentation et du traitement des mesures.
Figure II.4 : schéma de la chaine d’acquisition des données utilisée dans notre stabilomètre
II.3 Objectifs d’un stabilomètre
II.3.a Equilibre statique
En équilibre statique, le sujet est placé debout, pieds joints sur la plateforme et les
enregistrements se font dans des situations visuelles (yeux ouverts, fermés) .La
comparaison des résultats permet de savoir si le sujet se sert d’informations visuelles ou
tactiles pour améliorer ou contrôler son équilibre.
14. 9
II.3.b Equilibre dynamique
Le sujet est mis en déséquilibre, c’est-à-dire il pose ses pieds en posture normale de la même
façon lorsqu’il est debout dans sa vie quotidienne. Le sujet est soumis à une suite de tests
représentant des situations qu’il peut rencontrer dans sa vie quotidienne. Le stabilomètre ainsi
vise à analyser la tendance du patient à maintenir ou à retrouver son équilibre. Lors des
conflits sensoriels (visuels, tactiles…), le sujet doit sélectionner une afférence optimale, et
ignorer les informations erronées afin de maintenir son équilibre.
II.3.c Rééducation
L’existence d’une douleur, d’une fausse posture….revient à la présence d’une tension de
charge sur un muscle. Afin de rectifier une posture et avoir un système musculaire plus
malléable, il faut enlever la tension de charge existante : on a donc besoin de la rééducation.
Le système de rééducation se base en premier degré sur l’excitation du capteur visuel, qui à
son tour pousse le patient à entrainer ses muscles et ensuite à déplacer le centre de pression
podales à l’intérieur du polygone de sustentation ; c’est comme un stage de posturologie. Le
patient dispose alors d’une véritable boucle de rétro-information précisant, la position, la
vitesse et l’accélération de son centre de pressions podales sur la plate-forme.
Le rééducateur alors s’intervient en proposant un ensemble d’exercices qui permet de suivre
une progression dans différents objectifs rééducatifs, avec des niveaux de difficulté de plus en
plus élevés.
II.4 Le centre de gravite
Afin d’illustrer le centre de gravité sur l’écran, une illustration est donnée dans les (Figures
II.5 et II.6), avec des poids: P1, P2 et P3 attachés respectivement aux capteurs des sommets A,
B, C du triangle équilatéral ainsi défini : la taille des flèches qui symbolisent les appuis est en
rapport avec les poids correspondants. On démontre que les coordonnées X et Y du centre des
trois forces exercées par les dits poids sont donnés par les relations suivantes:
X= (l*(P3-P2))/2*PT et Y= (l*√3*(2*P1-(P2+P3)))/6PT avec
1=AB=BC=AC et PT = P1+P2+P3.
15. 10
Figure II.5: Position du pied du patient sur la plate-forme
Figure II.6: Normes et standards de la distribution de la force sur la plate-forme statique
Exemple : l=AB=AC=CB=400 mm, P1=10, P2=20, P3=40
Si on les remplace dans les relations ci-dessus :
X= (400*(40-20))/2*(10+20+40)=+57.14 mm
Y= (400*√3*(2*10-(20+40)))/6(10+20+40)=-66 mm
Sur la figure suivante (figure II.7), les signaux x(t), y(t) et y(x) sont représentés:
16. 11
Figure II.7 : x(t), y(t) et y(x) obtenus dans le laboratoire
Pour une personne normale, le centre de gravité apparait à l’ origine, comme dans la figure
II.7.
Pour une personne anormale, le centre n’est pas à l’ origine et n’est pas stable dans une zone,
il est en vibration (figure II.8) :
Figure II.8 : x(t), y(t) et y(x) pour une personne anormale
Dans le chapitre suivant, je dois lister et expliquer tous les paramètres donnés par le
stabilomètre afin de préciser le déficit postural du patient.
17. 12
Chapitre 3
Les différents paramètres observés dans un stabilomètre
On peut résumer les oscillations d’un sujet selon un axe antéro-postérieur (axe des Y) et selon
un axe frontal (axe des X). Les oscillations antéro-postérieures (oscillations autour des
chevilles) sont de plus grande amplitude que les oscillations droite-gauche (oscillations autour
des hanches). Dans la suite, on va citer tous les paramètres observes dans un stabilomètre.
III.1- le X-moyen
C'est la valeur moyenne des positions du centre de pression, donc la position moyenne du
centre de pression entre la droite et la gauche.
X MOYEN YEUX OUVERTS YEUX FERMES
Moyenne 1.1 0.3
Limite supérieure -9.6 -10.6
Limite inférieure 11.7 11.1
Tableau III.1 : valeurs limites de X-moyen
Lorsque le paramètre sort de ces limites étroites, on peut être sûr qu'il existe une anomalie
franche de la symétrie du tonus postural, ou une cause orthopédique évidente.
III.2 La surface
Les différentes positions du centre de pression occupent au sol une surface de l’ordre de
100mm² les yeux ouverts. Cette surface fait plus que doubler les yeux fermés.
SURFACE (en mm2) YEUX OUVERTS YEUX FERMES
Moyenne 91 225
Limite inférieure 39 79
Limite supérieure 210 638
Tableau III.2 : valeurs limites de la surface
Figure III.1 : la surface
18. 13
Des surfaces anormalement élevées ou anormalement basses peuvent se voir chez des sujets
présentant une perturbation du système postural. Des surfaces franchement décuplées se
rencontrent chez les patients neurologiques voire souffrant de troubles psychologiques.
III.3 La longueur du déplacement en fonction de la surface (LFS)
Un patient peut parcourir la surface grâce à un chemin court (A) ou long (B). Si le chemin est
long, cela veut dire que le sujet consacre beaucoup d'énergie à assurer sa posture.
A l'inverse, des patients ne réagissent pas à leur instabilité : une dépense d'énergie peut être
inférieure à la normale pour des surfaces très importantes.
Figure III.2 : l’expression de la longueur
LFS YEUX OUVERTS YEUX FERMES
Moyenne 1 1
Limite inférieure 0.72 0.7
Limite supérieure 1.39
Tableau III.3 : valeurs limites de LFS
III.4 La variance de la vitesse des déplacements selon l'axe des Y (VFY)
Un sujet sain est toujours en station antérieure, pendu à ses triceps, son centre de gravité
tombant en avant des tibio-tarsiennes. Plus le sujet est penché en avant, plus la tension de ses
19. 14
triceps est grande. Les variations de tension des triceps doivent donc modifier les oscillations
antéro-postérieures. Le tonus de ces muscles diminue lorsque le paramètre croît, comme sous
l'effet des myorelaxants, et augmente lorsque le paramètre décroît, comme sous l'effet de la
nicotine. Il faut donc que le patient ne prenne pas de benzodiazépines dans le jour précédent
l'enregistrement.
Pour une oscillation donnée, cette variance est fonction de la position moyenne des Y. Il y a
une variance donnée pour un Y donné, soit une courbe normale.
Le paramètre VFY mesure la distance du point représentatif du sujet en fonction de cette
courbe de référence. Sa valeur moyenne doit être nulle.
Une valeur positive indique une diminution de la tension des triceps, une valeur négative
indique une augmentation de la tension des triceps.
VFY Yeux ouverts Yeux fermés
Moyenne 0 0
Limite inférieure -2.61 -4.73
Limite supérieure 3.59 4.86
Tableau III.4 : valeurs limites de VFY
Chez l'adulte, le paramètre VFY reste stable. Il n'y a pas de corrélation du VFY avec l'âge
avant 60 ans. Après cet âge, dès lors que le sujet utilise la stratégie de hanche à la place de la
stratégie de cheville, ce paramètre n'a plus de raison d'être et les valeurs du VFY sont très
supérieures à la normale.
Le VFY permet de juger des tactiques utilisées par le sujet : les muscles imposent des
mouvements mais résistent aussi à des forces extérieures appliquées de façon inattendue.
L'augmentation des propriétés visco-élastiques du muscle permet de résister in situ donc de
façon plus rapide aux oscillations. Un tonus augmenté, avec un VFY bas coïncide en effet en
pratique avec un LFS bas (réduction de la dépense d'énergie) et une bonne stabilité (surface
faible).
III.5 Le quotient du Romberg
C'est le rapport entre la surface obtenue les yeux fermés et celle obtenue les yeux ouverts,
multiplié par 100 [QR = (SYF/SYO) x 100].
QUOTIENT DU ROMBERG
Moyenne 249
Limite inférieure 112
Limite supérieure 677
Tableau III.5 : valeurs limites du quotient de Romberg
Un quotient égal à 100 signifie que le sujet ne se sert pas de sa vision pour tenir debout, ce qui
est totalement anormal. On dit alors qu'il est amblyope postural (amblyopie = diminution de
l'acuité visuelle). L'acuité visuelle est souvent normale, mais les stimuli visuels ne sont pas
intégrés.
20. 15
Deux hypothèses à ce phénomène :
- Soit le sujet n'est pas adapté à sa correction oculaire
- Soit le signal visuel n'est pas corrigé par d'autres systèmes de contrôle de l'équilibre
(exemple : impression de démarrage du train)
Un quotient nettement inférieur à 100 pourrait signifier que l'information visuelle perturbe le
contrôle postural. Un conflit visuo-plantaire pourrait exister. Il suffirait de refaire
l'enregistrement sur une couche de mousse réduisant l'information plantaire pour voir le
coefficient revenir à la normale.
III.6 Le quotient plantaire
Par analogie avec le QR, on compare le rapport de la surface du sujet enregistré sur mousse à
la surface du sujet enregistrée sur sol dur. [QP = (Sm/Sd) x 100]. La surface est normalement
plus importante sur sol mousse que sur sol dur.
Le QP est parfois inférieur à 100 chez des rachialgiques, ce qui soulignerait que l'entrée
plantaire perturberait le contrôle postural (épines irritatives d'appui plantaire).
Quand on compare le QR et le QP, on s'aperçoit que le sujet augmente le poids de sa vision
sur le sol mou, augmente le poids de son entrée plantaire les yeux fermés, ce qui traduit bien
la complémentarité immédiate des différentes entrées.
III.7 La transformée de Fourier (FFT)
Le stabilogramme est la somme d'oscillations de fréquences et d'amplitudes différentes.
L'analyse de Fourier consiste à séparer et ranger ces différentes oscillations par ordre de
fréquence en donnant pour chacune d'elle son amplitude. La transformée de Fourier range en
abscisse les fréquences et en ordonnée l'amplitude des oscillations. Très schématiquement, la
bande de fréquence de 0 à 0,5 Hz représente les oscillations du centre de gravité du sujet, la
bande de fréquence de 0,5 à 1,5 Hz reflète les contractions musculaires de rattrapage de la
position d'équilibre.
Bande de fréquences en Hertz et correspondance physio-pathologique
0 0,2 0,3 0,5 1 1,5 2 3
Oscillations du
centre de gravité
Contractions musculaires de
rattrapage
Rythme
ventilatoire
Dysfonctiondu
systèmepostural
fin
Ataxie
labyrinthique
Syndrome
sensitifprofond
Tremblements
cérébelleux
Tableau III.6 : Les oscillations du pendule inversé
21. 16
On assimile l’être humain à un pendule inversé, oscillant autour de ses chevilles. La fréquence
de résonance du pendule inversé que constitue le corps humain est de 0,3 Hz : il lui faut plus
de trois secondes pour parcourir une oscillation complète. Si cette fréquence n'est pas
normalement retrouvée, c'est qu'il existe un amortisseur de cette fréquence : le système
postural fin. Retrouver cette fréquence en fondamentale signifie une anomalie de ce système,
même si les autres paramètres sont dans la limite de normalité. Il faut néanmoins que cette
fondamentale soit manifeste, bien nette.
Les battements cardiaques
De même, à chaque battement cardiaque, le corps est soumis à des perturbations ayant pour
origine le recul du cœur lors de l'éjection ventriculaire et l'impact de l'ondée systolique sur la
crosse aortique. Les oscillations engendrées au repos par le cœur donnent une fréquence de 1.
La respiration pulmonaire
La respiration pulmonaire influence les oscillations : 12 cycles par minute d’inspiration –
expiration entraînent une fréquence de 0,2 Hz. Le système musculo-squelettique amortit cette
fréquence quand sa tension n’est pas trop importante. Cette fréquence est très… fréquemment
retrouvée, ce qui justifie d'en faire un paramètre particulier, l'ANO2.
Tout mouvement du tronc vers l'arrière au cours de l'inspiration est synchrone d'un
mouvement inverse de la hanche, de même amplitude et de direction opposée, complété par
un mouvement de la tête et du genou.
Des études de population rachialgiques ont montré qu'elles se différentiaient de la population
témoin par un pic d'amplitude dans une bande de fréquences de 0.16 à 0.24 Hz. Ce pic se
rencontre en fait dans toutes les affections qui modifient la symétrie de tonus des muscles
paravertébraux. Tout se passe comme si la musculature statique avait pour rôle d'amortir
l'influence des mouvements respiratoires. La différence très significative de la distribution du
paramètre entre les situations yeux ouverts et yeux fermés pour l'axe des X comme pour l'axe
des Y peut s'expliquer par l'augmentation du poids des informations proprioceptives issues de
l'axe corporel lors de la fermeture des yeux.
ANO2 Oscillations
selon X
Oscillations
selon Y
Yeux
ouverts
-17<11<+17 -10<8<+11
Yeux
fermés
-22<16<+21 -17<14<+21
Tableau III.7 : valeurs limites des oscillations selon X et Y
22. 17
Figure III.3 : FFT DE x(t), y(t) obtenus dans le laboratoire
III.8 La fonction d'intercorrélation
Elle compare les oscillations antéro-postérieures aux oscillations droite-gauche. Ces
oscillations sont normalement indépendantes, régies par des centres différents. Cette courbe
doit donc avoir normalement une attitude aléatoire. Si l'allure de la courbe représentative de
cette fonction est franchement sinusoïdale, on ne peut plus dire que ces oscillations selon les
X et les Y sont indépendantes. Elles ne peuvent alors être commandées que par un seul centre,
vraisemblablement supérieur, elles sont "surcontrôlées". Le contrôle conscient, la simulation
peuvent être évoqués. Des malades en crise de panique présentent aussi une proportion
importante d'inter-corrélations sinusoïdales, particulièrement les yeux fermés.
Figure III.4 : Les résultats obtenues au laboratoire
23. 18
III.9 Conclusion
A partir de ces paramètres, le physiologue peut déterminer la région où il y a un déficit
postural chez le patient et il peut aussi savoir si le patient a une maladie posturale et parsuite il
propose les exercices de traduction que le patient doit faire afin de corriger sa posture et ne
pas avoir une douleur…. Ces exercices et leurs utilités sont le contenu du chapitre suivant.
24. 19
Chapitre 4
La rééducation fonctionnelle proprioceptive par biofeedback
postural
IV.1 Introduction
La base de notre système de rééducation repose sur la visualisation par le patient, des
déplacements du centre de pressions podales à l’intérieur de son polygone de sustentation.
Cette information de position se conjugue en temps réel avec une information de mouvement.
Le patient dispose alors d’une véritable boucle de rétro-information précisant, la position, la
vitesse et l’accélération de son centre de pressions podales sur la plate-forme. Le rééducateur
peut alors intervenir pour construire un véritable programme de rééducation par biofeedback
postural. Ce logiciel a été conçu comme un ensemble de programmes qui permet de suivre
une progression dans différents objectifs rééducatifs, avec des niveaux de difficulté de plus en
plus élevés.
On travaillera tout d’abord en statique, c’est la base de tout ce qui s’édifiera par la suite :
• le patient ne sait pas stabiliser son centre de pressions ? Qu’il apprenne d’abord ce premier
contrôle élémentaire... S’il se penche en avant, la chenille va vers l’avant, s’il revient en
arrière, aussitôt elle recule...
• il ne sait pas maîtriser sa mise en charge sur l’un ou l’autre de ses membres inférieurs, qu’il
découvre ce que cela signifie et qu’il s’entraîne à le faire...Ensuite seulement, on préparera la
dynamique:
• la marche tout d’abord, en induisant un déroulement des transferts de charge qui approche le
déroulement du pas,
• puis la préparation des réponses aux déstabilisations aléatoires, qui couronne ces efforts par
l’acquisition d’une meilleure anticipation posturale.
Le malade, debout sur la plateforme voit sur l’écran, la trace schématique de son polygone de
sustentation et surtout, remuant en tout sens, une petite chenille vive, rapide et colorée. Les
tortillements de cette petite chenille sont, en fait, contrôlés par les mouvements de son propre
corps.
IV.2 Identifier les potentialités
Cette phase d’évaluation va permettre au clinicien de repérer les zones de déficit postural de
son patient. En effet, la consigne qui sera donnée à ce dernier sera de balayer sa propre
surface d’équilibre en faisant tourner son corps autour des chevilles, le plus loin possible. Le
sujet observe alors, qu’il couvre sur l’écran une surface de couleur distincte et comprend qu’il
doit optimiser sa performance afin de faire le bilan exact de ses capacités. L’observation de ce
travail va permettre au thérapeute d’établir un programme de rééducation adapté aux déficits
posturaux du patient et d’objectiver la progression de la récupération fonctionnelle.
25. 20
Figure IV.1 : Schéma de l’écran du test « identifier les potentialités »
Le principe de cette application est le suivant :
Au début du test, la surface du graphe est toute bleue. A chaque position du centre de gravité
un cercle blanc apparait, le patient doit donc déplacer sa cheville dans toutes les directions
afin de couvrir la surface bleue par le plus grand nombre possible des cercles blancs.
Le clinicien détermine l’anomalie présentée chez le patient à partir du résultat obtenu : il
détermine le (ou les) cadran (cadrans) dans lequel (lesquels) le patient n’a pas réussi à le
couvrir par les cercles blancs. Par exemple, si les deux cadrans à droite sont plus couverts par
les cercles blancs que les deux cadrans à gauche, il conclut que le patient a une tension de
charge sur la partie droite de son système musculaire.
IV.3 Exercice de stabilisation
Le sujet reçoit la consigne de ne pas laisser la chenille sortir de la cible noire qui apparaît au
centre de l’écran. Il doit s’entraîner à contrôler sa stabilité, c’est à dire à ne pas laisser son
centre de pressions podales s’écarter de la position de référence (figure IV.2). La difficulté est
augmentée par une réduction de la surface réelle de la cible : le patient se rend compte que le
niveau de difficulté monte progressivement, que son espace de liberté se réduit de plus en
plus.
Dans les niveaux de difficulté maximum, c’est la stratégie de chevilles qui s’impose pour
réussir l’exercice.
26. 21
Figure IV.2 : Schéma de l’écran du test « se stabiliser »
Cette application était la plus simple à programmer, la seule difficulté était de faire l’offset
qui s’ajoute aux coordonnées du centre de gravité. Heureusement, on arrive à l’enlever par
une méthode très simple : l’idée est qu’on mémorise les signaux de x(t) et y(t) chacun dans un
fichier (spreadsheet file), puis on calcule les moyennes de la première ligne de chaque fichier.
Ces moyennes représentent l’offset sur x et sur y. On les soustrait de chaque valeur
instantanée des signaux x(t) et y(t).
Mx=moyenne de la première ligne du fichier où on mémorise le signal x(t)
My= moyenne de la première ligne du fichier où on mémorise le signal y(t)
D’où les nouvelles valeurs de x’(t) et y’(t) :
x’(t)=x(t)-Mx
y’(t)=y(t)-My
Sur l’écran, les coordonnées instantanées du centre de gravité sont x’(t) et y’(t). Ainsi, le
centre de gravité est présenté toujours à l’origine du repère et n’a pas besoin d’ajouter un
bouton ‘faire l’offset’ à chaque fois on veut faire un test. Cette propriété ne se trouve pas dans
les stabilomètres existants dans le marché, tous demande de vous faire l’offset à chaque fois
vous voulez faire un test.
Pour les patients ayant des vibrations et des anomalies, on obtient les figures IV.3 et IV.4 ; ces
patients doivent faire plusieurs fois ce test afin d’arriver à contrôler leur a stabilité. C’est une
étape très importante dans le traitement de tels patients.
27. 22
Figure IV.3 : Schéma de l’écran du test « se stabiliser » pour un patient une vibration
Figure IV.4 : Schéma de l’écran du test « se stabiliser » pour un patient une vibration
28. 23
IV.4 Exercice de mise en charge
La tâche est maintenant différente car la cible n’apparaît plus au centre du polygone de
sustentation mais à distance. Le sujet doit alors conduire sa chenille dans la cible et l’y
maintenir un certain temps. La cible est alors représentée dans les différentes parties du
cadrant de travail choisi par le rééducateur. Les niveaux croissants de difficulté au cours de
cet exercice de mise en charge consistent à agrandir la taille du terrain exploré et à présenter
des cibles de plus en plus éloignées du centre du polygone de sustentation. L’évaluation des
performances repose ici, sur l’évaluation du temps total nécessaire pour la réalisation de
l’exercice.
Figure IV.5 : Schéma de l’écran du test « mise en charge »
Dans cette application le rééducateur a la liberté de choisir les positions des cibles et aussi il
peut ajouter aussi des cibles lus que celles existantes par défaut : il suffit d’appuyer sur le
dernier curseur dans la liste des curseurs à droite du graphe puis ‘right click’ ensuite ‘add
cursor’. Il peut varier la position du nouveau curseur soit en écrivant les coordonnées dans la
liste des curseurs soit en cliquant sur le curseur sur le graphe et le mettre dans la position
préférée
Ce test aide le patient à être capable de se déplacer dans les quatre cadrans si les curseurs
apparaissent de telle façon à avoir à chaque itération une cible dans un cadran (i) et dans
l’itération suivante, la cible apparaît dans le cadran (i+1).
29. 24
IV.5 Exercice de transfert d’appui
Le sujet a pour consigne d’amener la chenille sur une première cible apparente. Lorsqu’il
réussit, la cible touchée disparaît puis est immédiatement remplacée par une nouvelle cible,
qui apparaît juste à côté de la cible précédente, que la chenille doit détruire à son tour. La
succession spatio-temporelle de ces cibles le long d’un arc de cercle de 90°, réalise un
équivalent de mouvement correspondant à un transfert dynamique et contrôlé de l’appui.
Celui-ci prépare le patient au déroulement du pas.
Cet exercice se déroule dans le sens des aiguilles d’une montre puis dans le sens inverse. Les
niveaux de difficulté vont croissant avec la taille du terrain utilisé : de plus en plus excentré
du centre du polygone de sustentation.
Figure IV.6 : Schéma de l’écran du test « transfert d’appui »
30. 25
Figure IV.7 : Schéma de l’écran du test « transfert d’appui » après que le rééducateur choisit les positions
des curseurs
La figure7 illustre le centre de gravité (petit cercle rouge) qui tend à toucher la cible blanche
pour qu’elle disparaisse et une autre cible apparait à une autre position.
En se basant sur le résultat du test « identifier les potentialités », le rééducateur sait dans quel
cadran le patient ne peut pas conduire sa cheville. Et après faire le test « mise en charge »
avec succès, le patient a la possibilité de conduire sa cheville dans tous les quadrants. Donc le
rééducateur construit l’arc formé par la succession des curseurs dans le cadran spécifique.
Apres succès dans ce test, le patient peut contrôler sa cheville dans la zone où il ne l’a pas pu
déjà.
La difficulté dans la programmation de cette application était de visualiser le centre de gravité
sur l’écran et en même temps, tester si le centre de gravité touche la cible. Si on ne fait pas
attention à cette idée, peut-être, le test se fait entre la position de la cible et la position du
centre de gravité à un instant antérieur.
IV.6 Exercice de contrôle postural
Lorsque le sujet maîtrise sa stabilité, contrôle sa mise en charge et le déroulement de son
transfert d’appui, on peut encore l’entraîner à lutter contre les déstabilisations aléatoires qu’il
31. 26
rencontrera dans la vie quotidienne, par exemple au cours de la marche. Le patient est donc
prévenu qu’une cible va apparaître sur l’écran et qu’il n’aura que cinq secondes pour la
détruire ... Puis une autre cible apparaîtra aussitôt après, dans un autre cadran, qu’il faudra
aussi détruire le plus vite possible...
Les limites de temps imposées donnent à l’exercice un caractère dynamique. La succession
rapide des cibles oblige le patient à anticiper son contrôle postural. Le sujet n’atteindra ses
limites de stabilité que très progressivement. Plus tard, on lui présentera les cibles de façon
aléatoire. Dans cette option, l’exercice se rapproche d’un travail dynamique du contrôle
postural dans des situations de déséquilibre aléatoire.
Figure IV.8 : Schéma de l’écran du test « contrôle postural »
La différence entre la programmation de cette application et l’application précédente est que
le patient n’a pas un temps libre pour arriver à toucher la cible, donc on n’a pas rencontré la
difficulté rencontrée dans l’application précédente.
32. 27
IV.7 Stepping
Cet exercice a pour intérêt d'apprendre au patient à contrôler le passage d'un appui mono-
podal latéral à un appui mono-podal opposé, selon les séquences des cycles de marche d'un
sujet sain.
Figure IV.9 : Schéma de l’écran du test « stepping»
IV.8 Test visuel
Ce test est très simple, une cible rouge apparait à l’ origine du repère, lorsque le patient
avance vers l’avant, la cible devient plus petite et lorsqu’il revient vers l’arrière, la cible
devient plus grande. En réalité. Lorsqu’on approche des objets on les voit plus grande et
lorsqu’on s’éloigne, on les voit plus petite. Dans ce test, c’est le contraire. Ceci afin de savoir
si le patient fait attention à cette idée. Sinon, donc le capteur ‘œil’ ne lui aide pas bien dans
son mouvement. Les figures IV.9, IV.10 et IV.11 sont les résultats obtenus lorsqu’un patient
fait le test visuel :
33. 28
Figure IV.10 : Schéma de l’écran du test « test visuel », sans déplacement du centre de gravité
Figure IV.11 : Schéma de l’écran du test « test visuel », déplacement vers l’avant, cible petite
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Figure IV.12 : Schéma de l’écran du test « test visuel », déplacement vers l’arrière, cible grande
IV.9 Training
Cet exercice propose un travail proprioceptif réflexe. Le sujet doit détruire le plus grand
nombre de cibles. Ces cibles peuvent aller de haut en bas, de bas en haut, de gauche à droite
ou de droite à gauche. (Figure IV.13)
Figure IV.13 : Schéma de l’écran du test « training»
35. 30
Conclusion générale et perspectives
Le but de mon projet était de réaliser la programmation de six exercices physiques utilisant le
logiciel LabVIEW ainsi le stabilimètre qui existe au centre AZM pour la recherche en
biotechnologie et ses applications. J’ai dû faire une bonne recherche bibliographique sur la
posture du corps humain ainsi sur les différents types de tests qui sont réalisés en pratique
ainsi j’ai réussi à programmer ce qui a été demandé par LabVIEW pour compléter la machine
qui existait au centre AZM depuis 2 ans. Cette machine est prête maintenant à l’utilisation
pour tester la posture et pour faire la rééducation.
Le stabilomètre est vraiment un instrument très utile surtout en physiothérapie : il est utilisé
pour analyser l’équilibre statique, l’équilibre dynamique du sujet et lui donner le programme
rééducatif spécifique.
La rééducation qui est le sujet de mon projet se base sur le fait que l’homme a acquis son
mouvement et sa posture après plusieurs années et pas par hérédité. C’est une chose qui
ressemble à un modèle automatique ayant une boucle fermée dont les acteurs sont les signaux
captés par les capteurs posturaux : l’œil, l’oreille interne et le pied.
La partie « rééducation » que j’ai faite se base sur le système visuel en premier lieu, qui, à son
tour, excite le capteur pied. Elle est composée de 6 exercices que le patient doit l’examiner
par ordre : le premier, appelé « identifier les potentialités », permet au physiologue
d’identifier la surface maximale dans laquelle peut se déplacer le centre de force du patient.
Par suite, un test de stabilisation pour que le patient aura la capacité d’être fixe durant une
durée mesurable, ceci lui permet d’avoir un control sur son debout normal. Puis un test de
transfert de charge durant lequel le patient se déplace d’un quadrant au quadrant suivant, pour
lui donner un équilibre de mouvement distribué d’une façon équiprobable entre les quatre
quadrants. L’exercice suivant est « l’exercice de transfert d’appui » durant lequel le patient
suit une suite des balles formant un arc dans un quadrant dans lequel le patient ne peut pas
bien s’y déplacer. Le 5ieme exercice est le contrôle postural durant lequel le patient doit
suivre des balles qui ont une distribution aléatoire dans l’espace pour l’entraîner à lutter
contre les déstabilisations aléatoires qu’il rencontrera dans la vie quotidienne, par exemple au
cours de la marche.
Ces cinq exercices seront en premier degré une solution pour qu’on corrige notre posture,
pour enlever les tensions des charges sur les muscles et par suite pour ne pas avoir de la
douleur surtout pour les personnes âgées.
Comme perspectives, Cette machine pourra être développée encore en utilisant un test
dynamique plus sophistiqué en se basant sur la présence des quantités des points (fruits) sur
l’écran que le patient doit les suivre (manger) et cette quantité dépend du type de la maladie
chez le patient. Aussi on peut ajouter des parties de calcul automatique pour que les résultats
soient observés d’une manière numérique au lieu de les observer visuellement…
36. 31
Références
[1] http://www.2a2medicalys.com : page pour les matériels de rééducation.
[2] http://www.satel-posture.com/ : page officielle de l’institut Satel.
[3] http://kinesitherapie.chez-alice.fr/DIV4posturologie.htm : Du Diagnostic au Traitement en
Kinésithérapie, Thérapie Manuelle, Ostéopathie.
[3] http://posturologie.ca/Laboratoire_de_Posturologie_Fecteau/Posturologie.html:
Laboratoire de Posturologie Fecteau.
[4] http://www.anmsr.asso.fr/anmsr00/59/thoumie01.htm : association nationale des médecins
spécialistes de médecine physique et de réadaptation.
[5] http://posturepro.net/html/eng_magnetotherapy.html : page parlant de la posture.
[6] https://decibel.ni.com : community of NATIONAL INSTRUMENTS.
[7] http://michel.hubin.pagesperso-orange.fr : capteurs biomédicaux.
[8] http://fr.wikipedia.org/wiki/Syst%C3%A8me_vestibulaire : page de Wikipédia/système
vestibulaire
[9] Bernard Thon. « Conditions de la pratique et optimisation de la performance motrice».
[10] Pierre-Marie GAGEY. « Histoire de la stabilométrie »Institut de Posturologie, Paris.
[11] G Pérès. « Facteurs de la réussite aux Activités Physiques et Sportives et santé du
pratiquant d’APS », Médecine du sport, Faculté de Médecine site Pitié-Salpétrière,
Université Pierre et Marie Curie Paris VI.
[12] Mr A.GRIMBERT et Dr M. MORADKHANI. “Exercices de rééducation vestibulaire à
domicile”.
[13] Mr JANIN Marc. “Sensibilité et motricité podales : leur influence sur le contrôle des
activités posturo-cinétiques de sujets sains et pathologies ’’ Discipline: S.T.A.P.S, 74 iéme
Section CNU
Mention : Performance Motrice, Adaptation, Santé et Sport. Le 23 octobre 2009.
[14] Perrin Ph, Perrin C. Exploration des afférences sensorielles et du contrôle moteur de
l'équilibration par la posturographie statique et dynamique. Ann Otolaryngol Chir Cervicofac
1996; 113, pp 133-146.
[15] Projet fin d’étude de Mlle Hanin AKRA
