L’Intelligence Artificielle peut aider les patients à rétablir leur capacité à se tenir debout et à marcher

Le logiciel d’intelligence artificielle combiné à un harnais robotique pourrait aider les blessés de la colonne vertébrale et les patients atteints d’AVC à marcher à nouveau. Des essais cliniques sont en cours.

Les programmes de réadaptation pour les lésions de la moelle épinière ou les accidents vasculaires cérébraux incluent généralement des patients qui marchent sur les tapis roulants à un rythme régulier tandis que les harnais soutiennent leur poids à des degrés divers. Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont cherché à développer un système qui imitait mieux les conditions de la vie quotidienne, où ils doivent se déplacer dans plusieurs directions et varier leurs allures.

« L’idée est de fournir l’environnement le plus approprié pour que les patients soient actifs pendant l’entrainement », explique le co-auteur de l’étude, Grégoire Courtine, neurologue à l’Institut fédéral suisse de technologie à Lausanne. «L’objectif de cette réhabilitation est de faire en sorte que les patients répètent des activités naturelles pendant une période prolongée »

Les scientifiques ont développé un harnais robotique qui utilise des câbles pour contrôler la quantité de force vers le haut et vers l’avant que les patients ressentent, tout en leur permettant de marcher vers l’avant, vers l’arrière et de côté. Ce harnais robotique est contrôlé par un logiciel qui personnalise les forces multidirectionnelles que chaque patient en fonction de ses problèmes spécifiques.

(…) L’Intelligence Artificielle utilisé par les chercheurs a analysé environ 120 variables différentes des mouvements des patients, par exemple la rapidité avec laquelle ils peuvent marcher, puis calculé le type de soutien dont ils ont besoin. « La quantité de soutien que reçoivent les patients est calculée précisément pour chaque patient », explique Courtine. « Si les patients ont besoin d’une gravité comme s’ils marchaient sur la lune, le harnais crée un sentiment de gravité lunaire, et si les patients sont plus forts, cela crée, par exemple, un sentiment de gravité semblable à celui de Mars ».

Dans le cadre d’un essai clinique de cette «plate-forme neurorobotique», les chercheurs ont expérimenté 26 volontaires blessés de la moelle épinière, ou des accidents vasculaires cérébraux, dont l’incapacité variait de pouvoir marcher sans aide jusqu’à ne pas pouvoir se tenir debout ni marcher de façon indépendante.

Les participants ont été testés sur quatre tâches : debout sur deux plaques séparées, marche sur un chemin droit, marche sur un chemin ondulé ou marche sur une échelle avec des échelons irrégulièrement positionnés. Ils avaient ou n’avaient pas d’assistance robotique dans de telles tâches.

Après que des volontaires ont parcouru environ 20 mètres en utilisant la plate-forme neurorobotique pour se familiariser avec l’appareil, trois patients atteints de lésions de la moelle épinière qui auparavant ne pouvaient pas être debout de façon autonomes pouvaient, après une telle pratique, marcher avec ou sans assistance. Quatre des 10 patients atteints de lésions de la moelle épinière qui auparavant ne pouvaient se déplacer qu’avec des béquilles ou un déambulateur pouvaient, immédiatement après cette pratique, le faire sans assistance. Des résultats semblables ou même supérieurs ont été observés avec des patients atteints d’AVC, disent les chercheurs.

En outre, après une séance d’entraînement d’une heure avec la plate-forme neurorobotique, quatre patients sur cinq atteints de lésions chroniques de la moelle épinière, qui auparavant ne pouvaient marcher qu’avec l’aide d’un appareil, ont connu des améliorations importantes, comme l’augmentation de la vitesse, disent les chercheurs. En revanche, la même quantité de temps sur un tapis roulant classique a compromis la capacité de marcher sans assistance chez un patient.

« Il est frappant de voir comment un système qui applique une force dans des directions autres que verticales peut faire tant de différence », dit Courtine.

Les scientifiques explorent également comment la stimulation de la moelle épinière peut améliorer la mobilité des patients. Ils combinent cette approche avec leur plate-forme neurorobotique, dit Courtine.

La plate-forme neurorobotique sera commercialisée sous le nom de Rysen par Motekforce Link, basée à Amsterdam et par G-Therapeutics, dont le siège est à Eindhoven aux Pays-Bas ainsi qu’à Lausanne, en Suisse. Les chercheurs ont détaillé leurs résultats en ligne le 19 juillet dans la revue Science Translational Medicine .

TEXTE ORIGINAL EN ANGLAIS

AI Can Help Patients Recover Ability to Stand and Walk

Posted 19 Jul 2017

Artificial intelligence software combined with a robotic harness could help spinal injury and stroke patients walk again. Clinical trials are underway.

Rehabilitation programs for spinal cord injuries or strokes usually have patients walk on treadmills at a steady pace while harnesses support their weight to varying degrees. In the new study, researchers sought to develop a system that better mimicked the conditions that people might experience during everyday life, where they would have to move in more than one direction and vary their gaits.

“The idea is to provide the most appropriate environment for patients to be active during training,” says study co-author Grégoire Courtine, a neuroscientist at the Swiss Federal Institute of Technology Lausanne. “The goal of this rehabilitation is to have patients repeat natural activities for an extended amount of time.”

The scientists developed a robotic harness that uses cables to control the amount of upward and forward force that patients feel while also permitting them to walk forwards, backwards, and side to side. This robotic harness was controlled by software that personalized the multidirectional forces that each patient experienced depending on their specific problems.

In order to customize patient experiences, this system relied on an artificial neural network, where components known as artificial neurons are supplied data and work together to solve a problem. The neural net can then alter the pattern of links among those neurons to change the way they interact, and the network tries solving the problem again. Over time, the neural net learns which patterns are best at computing solutions, an AI strategy that imitates the human brain.

The neural net the researchers used analyzed roughly 120 different variables of patient movements, such as how fast they could walk, and then computed what kind of support they should need. “The amount of support that patients receive is calculated precisely for each patient,” Courtine says. “If patients need only as much gravity as they would experience walking on the moon, the harness creates a moon-like feeling of gravity, and if the patients are stronger, it creates, say, a Mars-like feeling of gravity.”

As part of a clinical trial of this “neurorobotic platform,” the researchers experimented with 26 volunteers recovering from spinal cord injuries or strokes, whose disability ranged from being able to walk without assistance to being able to neither stand nor walk independently.

The participants were tested on four tasks—standing on two separate plates, walking on a straight path, walking on a wavy path, or walking on a ladder with irregularly positioned rungs. They either had or did not have robotic assistance in such tasks.

After the volunteers walked roughly 20 meters using the neurorobotic platform to familiarize themselves with the apparatus, three patients with spinal cord injuries who previously could not stand independently could, immediately after such practice, walk with or without assistance. Four of 10 patients with spinal cord injuries who previously could only move with crutches or a walker could, immediately after such practice, do so without assistance. Similar or even superior findings were seen with stroke patients, the researchers say.

Furthermore, after a one-hour training session with the neurorobotic platform, four out of five patients with chronic spinal cord injuries who previously could only walk with the assistance of a device experienced significant improvements, such as increase in speed, the researchers say. In contrast, the same amount of time on just a treadmill actually impaired the ability to walk without robotic assistance in one patient.

“It’s striking how a system that applies force in directions other than just vertical can make a world of difference,” Courtine says.

The scientists are also exploring how spinal cord stimulation can improve patient mobility. They are combining that approach with their neurorobotic platform, Courtine says.

The neurorobotics platform will be commercialized under the name Rysen by Amsterdam-based Motekforce Link and by G-Therapeutics, which is headquartered in Eindhoven in the Netherlands as well as Lausanne, Switzerland. The researchers detailed their findings online July 19 in the journal Science Translational Medicine.

Source : http://spectrum.ieee.org/the-human-os/biomedical/devices/ai-can-help-patients-recover-ability-to-stand-and-walk

Posté dans Actualités

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