Robigame-Kids : développement et intégration de jeux sérieux intelligents aux robots interactifs de rééducation du membre supérieur dédiés aux enfants atteints de paralysie cérébrale (PC)

Par Pr Thierry Lejeune
Avec le soutien de :

Financement en 2015

Montant : 41000 € - Ce financement a été apporté pour partie par la SESEP (Société d'Etudes et de Soins pour les Enfants Paralysés et Polymalformés)

 

  • Chez l’enfant avec PC, les déficiences neurologiques engendrent d’importantes incapacités du membre supérieur et limitent l’enfant dans ses activités quotidiennes. Elles justifient une rééducation multidisciplinaire intensive et prolongée tout au long du développement psychomoteur de l’enfant. L’équipe du Pr Lejeune a développé un robot de rééducation REAPlan qui a déjà démontré les preuves de son efficacité pour la rééducation du membre supérieur chez l’enfant avec PC.
  • L’objectif du projet Robigame-Kids est de montrer que la robotique de rééducation combinée aux jeux sérieux et à la réalité virtuelle améliore significativement la fonction du membre supérieur de l’enfant avec PC par rapport à une rééducation conventionnelle. La première phase du projet vise à adapter les jeux sérieux dont l’équipe dispose pour les adultes aux enfants atteints de PC et la deuxième phase vise à tester l’efficacité de la rééducation combinant jeux sérieux, robotique et réalité virtuelle dans une étude clinique menée chez des enfants avec PC et présentant un déficit du membre supérieur.
  • Ce projet confirme les potentialités importantes de la robotique associées aux jeux sérieux et à la réalité virtuelle pour la rééducation des enfants avec paralysie cérébrale. Grâce au robot, la rééducation peut être plus intensive et l’aspect ludique devrait renforcer la motivation  des enfants
Rééducation

L'équipe

Pr Thierry Lejeune

Pr Thierry Lejeune

Ce projet a été mené par le Pr Thierry Lejeune, chef du Service de Médecine Physique et Réadaptation des Cliniques Universitaires Saint Luc à Louvain (Belgique) et Stéphanie Dehem kinésithérapeute. Le projet de recherche se fait en collaboration avec le centre de référence en Infirmité Motrice Cérébrale des Cliniques universitaires Saint-Luc, dont le Dr Anne Renders est responsable.

Contexte

Chez l’enfant avec PC, les déficiences neurologiques engendrent d’importantes incapacités du membre supérieur qui limitent l’enfant dans ses activités quotidiennes. Elles justifient une rééducation multidisciplinaire intensive et prolongée tout au long de son développement psychomoteur. Cette rééducation a pour but de réduire les déficiences, d’améliorer les activités et la participation de l’enfant, et, in fine, d’optimiser sa qualité de vie. Il est de plus en plus admis que cette rééducation peut être améliorée par la robotique, la réalité virtuelle et les jeux sérieux.

L’équipe du Pr Lejeune a développé un robot de rééducation REAPlan conçu pour rééduquer le bras des enfants et des adultes. Ce robot a déjà démontré les preuves de son efficacité pour la rééducation du membre supérieur chez l’enfant avec PC. La combinaison de la réalité virtuelle et des jeux sérieux à la robotique présenterait les avantages suivants : le jeu serait adapté à chaque enfant selon son évaluation fonctionnelle préalable et selon l’objectif thérapeutique fixé ; le robot assisterait l’enfant, si nécessaire, pour réaliser les mouvements requis par le jeu ; et enfin la réalité virtuelle augmenterait la motivation de l’enfant et son immersion dans le jeu. Le scénario du jeu, l’assistance fournie par le robot et la difficulté des exercices seraient adaptés en permanence aux performances de l’enfant de manière à stimuler au maximum ses capacités d’apprentissage. L’environnement virtuel fournirait quant à lui les feedbacks visuels, auditifs et haptiques les plus appropriés à l’apprentissage moteur.

Objectifs et méthodologie

L’objectif de ce projet est de montrer que la robotique de rééducation combinée aux jeux sérieux et à la réalité virtuelle améliore significativement la fonction du membre supérieur de l’enfant avec PC par rapport à une rééducation conventionnelle.

La première phase du projet vise à adapter les jeux sérieux dont l’équipe dispose pour les adultes aux enfants atteints de PC et à les intégrer au robot. Cette étape nécessite de :

  • développer un jeu sérieux intelligent qui sera intégré au REAPlan
  • développer, tester et intégrer au robot différents capteurs permettant de mesurer les paramètres de motivation et de performance du patient
  • développer, tester et intégrer au robot différents régulateurs permettant d’influencer le scénario du jeu sérieux et l’assistance fournie par le robot interactif en fonction des informations transmises par les différents capteurs.

La deuxième phase vise à tester l’efficacité de la rééducation combinant jeux sérieux, robotique et réalité virtuelle dans une étude clinique prospective, randomisée et contrôlée menée chez 30 enfants avec PC et présentant un déficit du membre supérieur. Dans le groupe « intervention », les enfants bénéficieront de trois séances hebdomadaires de rééducation robotisée pendant huit semaines, chaque séance durant 45 minutes. Dans le groupe « contrôle », les enfants bénéficieront de leur rééducation habituelle.

Résultats

Un premier cahier des charges concernant les capteurs a été établi. Ceux-ci permettent d’évaluer la motricité du patient avant et pendant le jeu sérieux dans quatre tâches : l’amplitude articulaire du bras, la cinématique lors d’une tâche de pointage, la raideur du membre supérieur et la force musculaire. Ces tâches ont été intégrées sur les différents robots de rééducation et testées chez 49 enfants sains et 20 enfants avec PC. 12 enfants sains ont également été évalués à deux reprises afin d’évaluer la reproductibilité des tâches.

Le développement du régulateur dont l’objectif est d’évaluer constamment le patient pendant sa rééducation et d’adapter la difficulté du jeu et le niveau d’assistance fournie par le robot en fonction des performances du patient est quasi finalisé. Ce régulateur sera testé avec une série de patients cérébro-lésés afin de vérifier que l’auto-adaptation du jeu se fait correctement.

Le scénario du jeu a été créé. Le scénario a été choisi sur la base de questionnaires que des enfants et adultes sains et cérébro-lésés ont complétés. Les questionnaires ont montré que les sujets préféraient des jeux écologiques, c’est-à-dire qui se rapportent à la vie réelle. La première version du jeu a été testée chez une série de sujets cérébro-lésés afin de recueillir leurs retours ainsi que ceux des thérapeutes.

A partir de ces résultats, un  jeu final sera développé et intégré au robot et une évaluation de l’efficacité de ce dispositif de rééducation sera réalisée

Perspectives

Ce projet devrait permettre de confirmer les potentialités importantes de la robotique associée aux jeux sérieux et à la réalité virtuelle pour la rééducation des enfants avec paralysie cérébrale. Grâce au robot, la rééducation peut être plus intensive et l’aspect ludique renforce la motivation des enfants.

Pour aller plus loin

  • Heins S, Dehem S, Montedoro V et al Robotic-assisted serious game for motor and cognitive post-stroke rehabilitation. 5th IEEE Conference on Serious Games and Applications for Health", Perth (Australie) (du 02/04/2017 au 04/04/2017) Voir l'article
  • Dehem, Stéphanie et al. ‘Validation of a Robot Serious Game Assessment Protocol for Upper Limb Motor Impairment in Children with Cerebral Palsy’. NeuroRehabilitation, vol. 45, no. 2, pp. 137-149, 2019 DOI: 10.3233/NRE-192745 Voir l'article