Pour que la force musculaire demeure

Pour les personnes paraplégiques, la rééducation est souvent un processus de longue haleine; les méthodes et les techniques utilisées pour optimiser les mesures en fonction du patient revêtent donc une importance toute particulière. La Haute école spécialisée bernoise a développé un tricycle équipé d'un dispositif de stimulation électrique, en des années de recherche. Pour se déplacer, le patient est aidé par un moteur plat maxon.

Faire du vélo couché permet à des patients souffrant de lésions de la moelle épinière de récupérer une partie de leurs fonctions de mouvement. Les patients disposent ainsi d'une base de modules d'entraînement musculaire et cardiopulmonaire très pratique, à succès garanti. Les muscles des jambes paralysés sont réactivés grâce à un programme d'exercices contrôlés et de stimulation électrique fonctionnelle. Dans la Haute école spécialisée bernoise, des scientifiques et des étudiants de l'Institut de réhabilitation et technologie de la performance (IRTP) font des recherches pour améliorer les méthodes de rééducation. Les compétences de l'IRTP sont centrées autour de la réhabilitation cardio-pulmonaire et neurologique des personnes ayant subi une attaque cérébrale ou des lésions de la colonne vertébrale, mais également autour des systèmes de signaux en retour, d'automation et de contrôle des appareils d'entraînement de dernière génération. Méthodes et systèmes sont développés au sein d'une équipe interdisciplinaire, en collaboration avec des entreprises industrielles et des cliniques de réhabilitation suisses.

En octobre 2009, Kenneth Hunt, professeur en techniques de réhabilitation, a pris la direction de l'Institut des systèmes mécatroniques de la Haute école spécialisée bernoise. Il fonda début 2011 le nouvel Institut de réhabilitation et technologie de la performance. Ecossais d'origine, cet expert en réhabilitation a participé à la création à Glasgow du «Scottish Centre for Innovation in Spinal Cord Injury» et l'a façonné en tant que directeur de recherche. Pendant cinq ans, il a également collaboré étroitement avec l'industrie, dans le département Recherche et Technologie de la société Daimler Benz AG à Berlin.

Les vélos couchés sont conçus pour les personnes paraplégiques ou ayant subi une attaque cérébrale, ainsi que pour les enfants touchés par la paralysie cérébrale. «Nous faisons appel à des méthodes et des technologies issues du sport de haut niveau afin d'améliorer les procédures de réhabilitation des personnes victimes d'un accident ou d'une maladie», déclare Kenneth Hunt. La SEF fut déjà utilisée dans la première génération de vélos couchés, qui ne faisait pas encore appel aux moteurs. La nouvelle génération est équipée d'un moteur électrique qui fournit une puissance s'ajoutant à la SEF. Car la SEF ne peut à elle seule que fournir une faible puissance de 30 à 40 W, limitant ainsi considérablement la puissance maximum et la durée d'utilisation de l'appareil.

Composants de l'entraînement pour un soutien efficace à la force des jambes

Le moteur électrique est utilisé au début de l'aide à la stimulation. Cela signifie que l'entraînement maintient les jambes du patient en mouvement. D'autre part, l'entraînement représente le module d'entraînement piloté, qui commute sur le mode frein/générateur lorsque la puissance fournie par le patient est excessive ou insuffisante, et inversement. Les moteurs maxon sont intégrés dans la partie avant du vélo, plus précisément au niveau du pédalier.
Les exigences auxquelles les moteurs électriques sont soumis sont dont élevées – d'une part en ce qui concerne la taille, d'autre part en ce qui concerne la puissance. Le moteur et le réducteur doivent tenir entre les pédales pour que le système soit aussi compact que possible. D'après Kenneth Hunt, les moteurs maxon associés aux réducteurs appropriés répondent parfaitement à ces attentes. Les moteurs CE plats sans balais maxon représentent l'entraînement idéal dans un grand nombre d'applications, grâce à leur forme plate. Le moteur plat de 90 watts utilisé dans le vélo couché fournit également une puissance suffisante pour cette application. L'alimentation électrique du moteur est assurée par un accu, qui fournit également l'électricité nécessaire au moyeu arrière.

Tout en un, l'entraînement et le frein

Au cours des modules d'entraînement pilotés, le moteur pilote les jambes du patient avant que les muscles soient stimulés. Plus le patient est alors actif, ou alors plus la force musculaire générée par la stimulation est importante, moins le moteur doit intervenir. Dès que les muscles génèrent une force suffisante pour que les jambes soient en mouvement de manière autonome ou puissent agir à l'encontre d'une charge, le moteur fait office de frein. Un contrôleur à 4 quadrants est donc nécessaire pour assurer la commutation entre les modes moteur et frein. En mode frein, un chopper de freinage est requis afin d'éliminer l'énergie produite. Toutes les interactions entre moteur/frein et SEF sont pilotées via un logiciel spécifique qui a été écrit spécialement par les membres de l'Institut et qui fonctionne sur un ordinateur ou un micro-contrôleur.

Les pédales et la roue motrice du vélo ne sont pas reliées par une chaîne comme le sont les roues classiques. Les deux éléments ne sont pas accouplés, ce qui rend donc une chaîne inutile. Les pédales et la roue motrice sont pour ainsi dire «accouplées» par le biais du logiciel de commande. Une grande souplesse d'utilisation est ainsi réalisée, car la dynamique du déplacement est programmée par le logiciel et peut donc être adaptée en temps réel. Deux prototypes de vélos couchés ont déjà été construits, à des fins de recherche: un vélo pour adultes et un vélo pour enfants. Les deux systèmes sont entièrement opérationnels mais doivent encore être soumis aux études cliniques avec des patients.

Les études cliniques de moyenne importance concernant le système SEF (sans moteur) ont montré jusqu'alors que la forme physique des patients a été améliorée, la densité osseuse des principaux os des jambes a augmenté et que la musculature ayant subi la paralysie s'est reconstituée. Suite aux derniers tests effectués sur la nouvelle génération de vélos couchés, aidés de nos partenaires industriels, celle-ci va pouvoir être commercialisée. D'autres modifications et améliorations sont prévues sur ces vélos couchés.

 © maxon motor ag

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