Un nouvel exosquelette de hanche ultraléger et portable a permis de réduire de 18 % l’énergie nécessaire à la marche chez les personnes hémiplégiques à la suite d’un AVC. En se concentrant autour du centre de gravité des patients, le dispositif compense la propulsion réduite de la cheville tout en limitant les contraintes mécaniques exercées sur les articulations de la hanche, grâce à une assistance ciblée et synchronisée.
L’hémiplégie est une paralysie provoquée par des lésions du système nerveux central, entraînant l’atteinte du côté droit ou gauche du corps. Elle survient généralement après un AVC, une tumeur ou un traumatisme au niveau du cerveau. On estime qu’une proportion importante de patients présentent une hémiplégie ou des séquelles motrices après un AVC.
Les problèmes circulatoires causés par ces affections entraînent une anoxie — une interruption de l’apport en oxygène — au niveau des neurones impliqués dans le mouvement des membres, interrompant ainsi la transmission des signaux nerveux. La paralysie qui en découle diminue ou supprime entièrement la capacité à mobiliser les membres affectés.
Lorsque l’hémiplégie est partielle, les mouvements demeurent possibles mais particulièrement difficiles. Il en résulte une maladresse, une fatigue importante — les muscles sains devant compenser ceux qui sont paralysés — ainsi qu’un risque accru de chutes, altérant considérablement la qualité de vie des patients. D’autres symptômes, tels que des douleurs dans les membres atteints, une incontinence ou encore des troubles sexuels, peuvent également apparaître.
La principale difficulté à laquelle les personnes hémiplégiques sont confrontées demeure la marche. En apparence simple, elle repose en réalité sur un mécanisme biomécanique d’une grande complexité : la moindre perte de force au niveau d’un muscle ou d’un côté du corps peut avoir des répercussions significatives. Les muscles du côté sain doivent compenser et fournir un effort accru pour soutenir ceux affectés. En conséquence, les personnes hémiplégiques dépensent généralement 60 % d’énergie en plus en marchant que celles dont la démarche n’est pas altérée.
Des chercheurs de la faculté d’ingénierie John et Marcia Price de l’Université de l’Utah proposent un nouveau dispositif d’exosquelette susceptible de réduire significativement la dépense énergétique des patients hémiplégiques pendant la marche. « Améliorer la qualité de vie après un AVC est l’un des plus grands défis non relevés en matière de soins de santé aujourd’hui », explique, dans un billet de blog de la faculté, Tommaso Lenzi, professeur agrégé au département de génie mécanique et coauteur principal de l’étude. « Nous démontrons à présent que la robotique peut avoir un impact mesurable dans ce domaine. »
Une amélioration de la démarche et un effort de marche réduit
Des exosquelettes motorisés ont précédemment été proposés pour soutenir les personnes hémiplégiques pendant la marche. Ces dispositifs se concentraient généralement sur l’amélioration de la mobilité de la cheville, car les patients souffrant d’une faiblesse à ce niveau compensent en exerçant plus de force au niveau des articulations de la hanche. Cette approche n’a toutefois pas permis de réduire de manière significative la dépense énergétique liée à la marche.
L’équipe de Tommaso Lenzi adopte une stratégie différente en ciblant directement les hanches. « Notre objectif était de développer un exosquelette de hanche puissant et entièrement portable. Les exosquelettes de hanche peuvent également être extrêmement légers, car ils sont portés plus près du centre de gravité de l’utilisateur et nécessitent un couple moindre que les exosquelettes de cheville », précise l’auteure principale de l’étude, Kai Pruyn, doctorant au laboratoire HGN de Lenzi, spécialisé en ingénierie bionique.
Kai Pruyn ajuste l’exosquelette sur un participant à l’étude. © Dan Hixson, Price College of EngineeringLe dispositif mis au point par l’équipe pèse 2,5 kg. Porté autour des hanches et fixé aux cuisses, il intègre des moteurs alimentés par batteries qui assistent les mouvements des jambes à chaque pas. L’objectif : améliorer la fluidité de la démarche et réduire l’effort fourni par le patient. Le niveau d’assistance peut être personnalisé, tandis qu’un système de contrôle intelligent se synchronise en temps réel avec les mouvements, afin d’apporter un soutien précis au moment où la hanche doit se soulever ou prendre appui.
Une réduction de 30 % du travail des articulations de la hanche
Pour évaluer l’efficacité de l’exosquelette, les chercheurs ont eu recours à des techniques de capture de mouvement de haute précision afin d’analyser la démarche de sept patients hémiplégiques marchant sur un tapis roulant, avec et sans dispositif. Les participants portaient également un équipement permettant d’estimer leur dépense énergétique. À partir de ces données, les chercheurs ont calculé le coût métabolique de la marche selon que l’exosquelette était utilisé ou non.
D’après les résultats publiés dans la revue Nature Communications, l’exosquelette a permis de réduire de près de 30 % le travail des articulations de la hanche. Cette diminution s’est traduite par une baisse de 18 % du coût métabolique global de la marche. « Pour une personne ayant une démarche normale, ce serait comme se débarrasser d’un sac à dos de 15 kilos. Pour une personne hémiplégique, c’est une différence qui change la vie », souligne Bo Foreman, co-auteur de l’étude et professeur de physiothérapie et d’entraînement sportif à l’Université de l’Utah.
Les patients ont également rapporté une amélioration significative de leur mobilité. « Au début, je ne pouvais pas bouger ma jambe, mais grâce à ce dispositif, c’est beaucoup mieux maintenant », témoigne Lidia, l’une des participantes à l’étude, devenue hémiplégique à la suite d’un AVC. D’autres groupes de recherche ont précédemment expérimenté des exosquelettes de hanche ; toutefois, à la connaissance des auteurs, il s’agit de la première étude démontrant leur efficacité spécifique chez des patients hémiplégiques dans ce contexte précis.
La prochaine étape consistera à évaluer la sécurité du dispositif ainsi que son efficacité en conditions réelles, à domicile et dans les activités quotidiennes. Selon les chercheurs, cette phase nécessitera des améliorations mécaniques et logicielles afin d’élargir son usage à d’autres mouvements que la seule marche.
Vidéo de présentation de l’étude :