Prothèses Myoélectriques

Gilles Benoît 1erS3 Fayault Artur Degoul Alexis Lycée Alphonse Benoît Année 2011-2012 Sommaire : Introduction P.2 I Amputation et Handicap P.3-4 1. Qu'est-ce qu'un handicapé ? P.3 2. Qu'est ce qu'un amputé ? Le rôle d'une prothèse ? P.4 II Les prothèses myoélectriques P.5 à 14 1. Les prothèses myoélectriques des membres supérieurs P.5 à 8 2. Comment créer une prothèse myoélectrqiue P.9 3. Présentation de différents types de prothèses myoélectrqiue P.10 à 14 III Analyse du besoin P.15 à 20 - 1. Besoins Fondamentaux P.15 - 2. Fonctions de services P.16 - 3. Fonctions technologiques P.17 à 19 - 4. Schéma cinématique P.20 Conclusion P.21 Remerciements P.21 Introduction Dans le cadre des épreuves anticipées du bac 2012-2013 mon groupe, composé de 3 élèves, avons choisis de traiter le sujet, peu connu, des prothèses myoéléctrique qui s'inscrit dans le thème "Avancées scientifiques et progrès techniques" Nous nous sommes particulièrement intéressés à ce sujet car contrairement aux prothèses traditionnelles celle-ci reste peu connues et peu conseillées car très chères, de plus le nombres d'amputés en France est très bas, 40000 amputés pour une population total de 62 millions d'habitants en 2004 et seulement 400 à 500 nouveaux amputés des membres supérieurs par an ce qui ne représente qu'une minorité de la population française atteinte de blessures graves. C'est pour cela qu'à travers ce TPE nous allons nous intéresser à la prothèse myoélèctrique en tant que solution pour les personnes amputées (ou handicapées) des membres supérieurs et tenter de répondre à la problématique suivante: Comment les prothèses myoélectriques répondent-elles aux besoins des personnes handicapées des membres supérieures ? Ainsi nous nous intéresserons dans un premier temps aux amputés et aux handicapés, ensuite aux prothèses myoélectriques, puis a l'analyse du besoin et enfin nous conclurons notre TPE par la réponse à la problématique. I Amputation et Handicap 1. Qu'est-ce qu'un handicapé ? On nomme handicap la limitation des possibilités d'interaction d'un individu avec son environnement, produite par une déficience qui provoque une incapacité, permanente ou non et qui mène à un stress et à des difficultés morales, intellectuelles, sociales ou (et) physiques. Une situation de handicap est l'ensemble des difficultés rencontrées par un individu pour réagir à une situation de vie en raison de ses déficiences, ces déficiences sont des problèmes du corps, des écarts par rapport à la situation normale. Il existe plusieurs types d'handicaps : Physique : moteur ou relationnel. Sensoriel : malvoyants, non voyants, malentendants. Mental: déficiences intellectuelles et relationnelles durables. Multi- handicaps : cumul de plusieurs handicaps. Polyhandicap : cumul de handicaps moteur, intellectuel et de la communication. Les prothèses activées pour les muscles du corps et les prothèses électriques sont deux types d'appareils prothétiques qui aident les personnes amputées des membres supérieurs à accomplir différentes activités. 2. Qu'est ce qu'un amputé ? Le rôle d'une prothèse ? Les amputés des membres supérieurs peuvent être appareillés avec des prothèses. Les niveaux d'amputation appareillages avec un tel système sont : une amputation au dessus du coude, une désarticulation du coude, une amputation d'avant bras, une amputation partielle de la main et une désarticulation du poignet. Les amputations du membre supérieur représentent 5 à 15% du nombre total des amputations (5 sans compter les amputations de doigts, 15 en les incluant). 2/3 des amputés sont âgés de moins de 40ans. Ils sont donc jeunes et productifs, ce qui est totalement différent de la population des amputés du membre inférieur. Seulement 50% de ces amputés des membres supérieurs sont appareillés et 25% portent leur prothèse constamment. Les prothèses pour les muscles du corps et les prothèses électriques sont deux types d'appareils prothétiques qui aident les personnes amputées des membres supérieurs à accomplir différentes activités. Une bonne prothèse est une prothèse qui est portée régulièrement. Il existe en France 4 centres principaux qui équipent les patients en prothèses myoélectriques de la main:- le centre de Gondreville à Nancy- le centre des Massues à Lyon- le centre de Kerrape près de Lorient- le centre de Valanton (94) Nous allons nous intéresser précisément aux prothèses myoélectriques pour les handicaps des membres supérieurs donc d'un handicap physique. II Les prothèses myoélectriques 1. Les prothèses myoélectriques des membres supérieurs Définition du mot Myoélectrique : . Myo : Préfixe qui signifie muscle, et qui vient du grec « voy «. . Électrique : Qui a rapport à l'électricité. Qui fonctionne au moyen de l'électricité. . Myoélectrique : Qui se rapporte aux propriétés électriques des muscles. Composants d'une prothèse myoélectrique : d'une emboîture contact (revêtement de la surface interne) constituée d'un matériau thermodurcissable ou en résine (acrylique ou polyester) coulée. Elle est réalisée sur mesure (un moulage de plâtre ou d'alginate est utilisé pour l'empreinte du moignon). d'une ou deux électrodes possédant des suspensions élastiques composées de 2 ergots en caoutchouc qui seront encastrés dans la première emboiture. Un câble fixé sur sa face dorsale permet la transmission du signal. d'un relais qui est chargé de recevoir le signal et de transmettre au moteur les informations recueillies. Il choisit le mouvement en fonction du signal : ouvrir ou fermer la main. Il comporte un frein électronique qui bloque le moteur en cas d'absence de signal. Il permet également grâce à un bouton poussoir de déconnecter le système. d'une commande à 4 canaux est d'une pièce de rotation électrique permettant des mouvements de rotation de la main de l'extérieur vers l'intérieur (pronation) et des mouvements de la main et de l'avant bras de l'intérieur vers l'extérieur (supination) en utilisant seulement 2 électrodes. d'un moteur qui reçoit l'ordre transmis par le relais. Il permet soit les mouvements de fermeture et d'ouverture, soit en plus les mouvements de rotation jusqu'à 360°. Son poids est d'environ 70g. d'une batterie de 6 volts pour un adulte ou de 4.3 volts pour un enfant composée d'éléments rechargeables : cadmium-nickel (accumulateur électrique rechargeable utilisant de l'oxyhydroxyde nickel et du cadmium). Elle assure une autonomie de 6 à 8 heures en fonction de l'utilisation. Son temps de charge est de 5 à 6 heures. d'un coude myoélectrique suivant le niveau d'amputation. d'un gant de recouvrement (ou gant esthétique) généralement constitué de pvc ou de silicone qui s'enfile sur l'emboiture. Les gants en silicone sont plus fragiles, plus salissants et plus chers mais un peu plus esthétiques que ceux en pvc. Pour les bébés, le gant est collé à l'emboîture. Pour les adultes, ce gant pourra être changé dès qu'il est abîmé ou trop sale. d'une main interne généralement constituée de mousse légère et de très haute densité. Cette mousse permet de donner sa forme extérieure naturelle au bras ; elle est réalisée individuellement et sur mesure. Les prothèses myoélectriques permettent aux patients de retrouver en partie la fonction du membre absent : ouverture, fermeture, rotation de la main, maintien d'un objet de la vie courante. Fonctionnement technologique : Les prothèses myoélectriques fonctionnent grâce aux contractions musculaires contrôlées du patient. La commande myoéléctrique utilise la différence de potentiel que génère la contraction musculaire. La différence de potentiel est recueillie par des électrodes qui la transmettent à un amplificateur relié au moteur. Le moteur alimenté par une batterie effectue l'ouverture ou la fermeture de la main. Le myoélectrique nécessite une rééducation importante qui n'est pas accessible à tous. Fonctionnement physiologique : ? Pour une amputation d'avant-bras ce sont les épitrochléens et les épicondyliens permettent au patient d'effectuer les mouvements fantômes de flexion-extension du poignet. ? Pour une amputation de bras ce sont le biceps et le triceps qui permettent au patient d'effectuer les mouvements fantômes de flexion-extension du coude. ? Pour une amputation d'épaule ce sont le grand dorsal et le sous-épineux qui permettent au patient d'effectuer les mouvements fantômes de flexion-extension de l'épaule. Le signal électrique : Les cellules nerveuses et musculaires contiennent des anions qui peuvent quitter les cellules. Les anions attirent les cations de sodium Na- et de potassium K- autour des membranes cellulaires. Les ions Na+ restent à l'extérieur et s'associent aux ions Cl- pour créer un équilibre chimique. Les ions K+ pénètrent dans la cellule sans en modifier la polarité. En raison de la différence de concentration des ions, il existe un potentiel d e repos. L'intérieur de la cellule est chargé négativement alors que l'extérieur est chargé positivement. La commande cérébrale de contraction provoque un stimulus chimique qui rend la membrane perméable aux ions Na- ceux-ci se diffusent rapidement à l'intérieur de la cellule, tandis que les ions K+ sortent à moindre flux. Cela provoque une inversion du potentiel de la membrane. On peut alors capter à l'aide d'électrodes cette onde de dépolarisation et la transformer en signal électrique. C'est ce principe qui permet la commande des effecteurs de la prothèse. +++--------------+++ ---+++++++++----- K+ Na+ Dépolarisation ++++++++++++++++++++ - - - - - - - - - - - - - K+ Na+ Repolarisation 2. Comment créer une prothèse myoélectrqiue Après être allé voir un prothésiste orthopédiste sur Cavaillon dans son magasin Origami Orthopédie (247 cours Gambetta), Mr TARPIN-LYONNET Laurent Pierre nous a donné des informations la fabrication d'une prothèse myoélectrique, lui-même étant un ancien créateur de prothèses myoélectriques. Mais n'ayant pas beaucoup de demandes pour ce type de prothèses, il a arrêté d'en produire pour se consacrer seulement à la création de prothèses mécaniques et esthétiques. Tout d'abord, le patient doit effectuer des examens, l'électromyogramme, pour contrôler la force musculaire sur un muscle précis lors de contractions. Ensuite un moulage en plâtre est réalisé sur le moignon du patient, ce qui représente 50% du travail de création. Si ce plâtre n'est pas bien réalisé la prothèse sera mal faite. Puis la création de l'emboiture d'essai est effectuée pour voir si elle s'adapte bien à la taille du moignon du patient. Enfin la main myoélectrique peut être connectée à l'emboiture. 3. Présentation de différents types de prothèses myoélectrqiue Il existe différents types de prothèses myoélectriques, chacune possédant des spécificités différentes. Les mains myoélectrique : La main sensor speed  -114300314960 Elle réalise un  mouvement d'ouverture/fermeture : le pouce se met en opposition avec le majeur et l'index, les autres doigts ne sont pas articulés. Elle est caractérisée par sa rapidité d'ouverture et de fermeture. Elle contient 6 programmes de fonctionnements différents. Le prothésiste pourra choisir et essayer plusieurs modes avant de valider celui qui correspond le mieux aux besoins du patient. Grâce au MyoSelect, le prothésiste pourra accéder aux différents programmes de la main. Un capteur d'auto serrage est placé dans son pouce : par exemple, si le capteur ressent des mouvements de friction lorsqu'un objet risque de glisser, la main prothétique va se resserrer automatiquement La main Michelangelo 1270078740 Main myoélectrique possédant 5 doigts articulés. Le poignet, de forme ovale, peut être souple avec une flexion/extension passive ou bloqué à des angulations différentes. Le pouce peut avoir deux positions : soit en position latérale, soit en opposition avec le majeur et l'index.  Le changement d'orientation du pouce se fait myoélectriquement par un codage des contractions musculaires.7 mouvements différents sont possible par contrôle myoélectrique.  La main i-limb 24765217805 Main myoélectrique possédant5 doigts articulés : chaque doigt intègre un moteur indépendant à sa base et contrôle 2 articulations mobiles. Le pouce peut avoir deux positions : le passage de la position de repos à l'opposition du pouce se fait manuellement avec la main opposée. Elle peut effectuer 5 mouvements différents.  Système pro digits 2540024765 C'est la seule solution myoélectrique pour les amputations partielles de mains, grâce à l'incorporation de doigts de la main i-limb dans une prothèse de main partielle. Peut être réalisé pour des amputations allant de 2 à 5 doigts Chaque doigt peut être contrôlé de façon indépendante ou couplé par groupe. La Main transcarpienne 1270065405 Main myoélectrique de faible encombrement pour les amputations longues d'avant-bras et désarticulation de poignet. Le greifer 24765312420 Il s'agit d'une pince-étau qui permet des manipulations que la forme des mains prothétiques ne permet pas. Sa force de serrage est de 180N, sa vitesse est 2 fois plus élevée que celle des mains myoélectriques. Un commutateur électrique actionne l'articulation de flexion 45° ou bloque l'articulation afin de permettre la préhension. Le greifer fixe les objets comme un étau à mors parallèles. Son ouverture maximale est de 95mm. Il peut être commandé manuellement grâce la roue à main. La main enfant Otto-Bock 13144599695 Le pouce peut accomplir une translation-rotation qui facilite la préhension. Elle comporte 2 moteurs reliés entre eux. Quand l'enfant effectue une contraction musculaire, le 1er moteur se met en marche et entraîne le second. Dès que la main rencontre un objet, le moteur de vitesse s'arrête, il est relayé par le moteur de pression. Les poignets myoélectriques : Poignet Myo Wrist C'est une articulation mécanique de poignet sur laquelle se fixe une main myoélectrique  transcarpienne, elle permet de maintenir  bloquée l'articulation du poignet dans différents mouvements.  Moteur de pronosupination, moteur de rotation commandé myoélectriquement (grâce aux impulsions musculaires captées par les électrodes). Il permet d'ajuster la position de la main en rotation. Les coudes myoélectriques : Le coude 12K50 19050503555 Permet le mouvement de flexion /extension de l'avant bras, il comprend une assistance mécanique à la flexion et des branchements intégrés dans l'articulation (qui évite le passage des câbles d'alimentation électrique par l'extérieur de la prothèse). Sa particularité est qu'il permet le verrouillage/déverrouillage de l'articulation par contrôle myoélectrique des électrodes. Son poids est de 675g. Le coude 12K100 : coude Dynamic Arm -21272541910 Il comprend 4 microcontrôleurs qui régulent tous les mouvements de la prothèse grâce aux signaux myoélectriques du patient. Un moteur intégré dans le coude permet la flexion ou l'extension de l'articulation à différentes vitesses. Les réglages sont réalisés par le prothésiste à l'aide d'un logiciel spécifique (Myoselect). Son autonomie est en moyenne de 18 à 24h suivant l'utilisation. Il peut soulever en dynamique jusqu'à 6Kg (ce poids varie entre 4 ,5 et 6Kg selon la longueur de l'avant bras) dans une amplitude comprise entre 15 et 145°. Son poids est de 960g. III Analyse du besoin 1.Besoins Fondamentaux : « Bête à cornes « A qui rend-il service ? Sur quoi agit-il ? Handicapé Objet Prothèse Myoélectrique Permettre aux handicapés de manipuler un objet Dans quel but le produit existe-il ? 2.Fonctions de services : « diagramme pieuvre « Contraction musculaireire Énergie électrique Handicapé FC1 FC5 FC3 FP1 Prothèse Myoélectrique Oeil Milieu extérieur FC6 Objet FC2 FC4 - FP1: Permettre à l'handicapé d'agir sur un objet. - FC1: Causer les signaux électriques. - FC2: Assurer le maintien de l'objet pendant la manipulation. - FC3: Être alimentée par énergie électrique. - FC4: Plaire à l'oeil. - FC5: S'adapter à l'handicapé. - FC6: Résister aux agressions du milieu extérieur. 3. Fonctions technologiques : F.A.S.T Fonction FP1 : Interface Homme Machine Prothèse Permettre à l'handicapé d'agir sur un objet EMG (Electromyographie) Électrodes Moteur Actionneur Vérin Vis-écrou Système de transmission de mouvement Poulie-courroie Engrenages Fonction FC1 Proportionnelle Contraction continue du muscle Causer les signaux électriques Constante Contraction discontinue du muscle Fonction FC2 Main mécanique Assurer le maintien de l'objet pendant la manipulation Pince flexible Pince rigide Fonction FC3 Batterie Être alimentée par énergie électrique Fonction FC4 Etre esthétique Plaire à l'oeil Fonction FC5 Utiliser des matériaux de faible masse volumique Utiliser des matériaux de faible masse volumique Permettre une manoeuvre sans effort S'adapter à l'handicapé Prothèse adaptable à droite ou à gauche Permettre la manoeuvre par un handicapé droitier ou gaucher Prévoir une portée standard S'adapter aux moyens de fixation courants Doit se fixer sur tous types de bras Fonction FC6 Utiliser des matériaux inoxydables Résister à la corrosion Résister aux agressions du milieu extérieur Traiter les matériaux Revêtir les surfaces Rentre étanche la prothèse Résister aux impuretés 4. Schéma cinématique d'une main myoélectrique Liaisons pivots Conclusion L'objectif de ce TPE, qui portait sur le sujet de la prothèse myoélectrique, était de répondre à la problématique suivante : Dans quelles mesures les prothèses myoélectriques répondent-elles aux besoins des personnes handicapées des membres supérieurs ? À l'issue de ce développement, nous pouvons dire qu'une prothèse myoélectrique accomplit, en quelque sorte, le travail que les bras détruits ne réalisent plus chez une personne handicapée des membres supérieurs. La prothèse convertit d'abord le signal nerveux en signal électrique ; ce signal est ensuite retraité ; enfin, on stimule électriquement les électrodes. Ce système, bien que simple en apparence, pose néanmoins quelques problèmes. Aujourd'hui, la stimulation reste très imprécise et les résultats sont variés d'un patient à l'autre. Les prothèses myoélectriques par différents moyens permettent au patient de retrouver une partie des fonctions des membres manquants tels que l'ouverture, la fermeture, la rotation de la main et le maintien d'un objet de la vie courante. Une rééducation longue est cependant nécessaire, le patient par signal nerveux doit apprendre à se servir de sa prothèse. Certains chercheurs tentent d'améliorer la précision de la stimulation par différentes méthodes: précision du matériel, amélioration de l'adaptation sur l'homme. Ces dernières approches ne permettent pas à la prothèse myoéletrique de franchir le pas ultime : reproduire précisément toutes les fonctions du bras humain. Remerciements Nos remerciements s'adressent aux professeurs qui nous ont encadrés, guidés, conseillés pendant la préparation de l'épreuve des TPE, et à Mr TARPIN-LYONNET Laurent Pierre, qui a eu l'amabilité de nous accorder un entretien pour répondre à certaines de nos questions.