Robotique de rééducation

La robotique de rééducation, aussi appelée robotique de réadaptation (en anglais rehabilitation robotics), est un domaine du génie biomédical et de la médecine physique et de réadaptation consacré à l’utilisation de dispositifs robotiques pour soutenir l’entraînement thérapeutique et, dans certains cas, l’évaluation de fonctions sensorimoteures ou cognitives chez des personnes présentant une limitation fonctionnelle[1],[2]. Les robots sont principalement employés comme outils de thérapie en contexte clinique, et se distinguent des robots d’assistance conçus pour aider aux activités de la vie quotidienne[3].

Les dispositifs peuvent être stationnaires (par exemple fixés à un support) ou portés (orthèses motorisées, exosquelettes), et visent à faciliter la répétition de mouvements, l’adaptation de l’assistance en fonction des performances, ainsi que la mesure de paramètres (cinématiques, forces) utiles au suivi de la progression[1],[4],[5].

Les applications les plus étudiées concernent la rééducation après accident vasculaire cérébral, avec des revues systématiques et méta-analyses rapportant des effets variables selon les dispositifs, les protocoles et les critères cliniques (fonctions motrices, activités de la vie quotidienne)[6],[7],[8].

Définition et objectifs

La robotique de rééducation porte sur la conception, la commande (control) et l’évaluation de dispositifs capables d’interagir physiquement avec le patient afin de :

  • fournir un entraînement moteur (assistance, guidage ou résistance) en adaptant l’aide en fonction de la participation du patient (approches dites assist-as-needed) ;[1],[4]
  • augmenter la dose de pratique (répétitions, intensité) et standardiser certains exercices ;[6]
  • quantifier des indicateurs sensorimoteurs (par exemple amplitude, vitesse, force) pour le suivi clinique et la recherche[5].

Ce champ s’inscrit à l’interface de la robotique, de la réadaptation et de l’interaction homme-robot, et peut être mobilisé dans des approches plus larges de réadaptation numérique (capteurs, téléréadaptation, réalité virtuelle)[9].

Dispositifs et modalités

Les dispositifs de rééducation peuvent cibler différents segments corporels (membres supérieurs, marche, cheville, etc.) et mobiliser des capteurs (position, force, électromyographie) pour adapter l’exercice et enregistrer des mesures[1],[2],[10].

Deux grandes familles sont souvent distinguées :

  • les dispositifs à effecteur terminal (l’utilisateur interagit avec une poignée, une plateforme ou un support au niveau de l’extrémité du membre) ;[1],[4]
  • les dispositifs de type exosquelette, qui s’alignent sur les segments du membre et peuvent permettre une assistance plus articulée, au prix d’exigences d’ajustement morphologique plus fortes[4],[3].

Des systèmes peuvent également être combinés à des environnements de réalité virtuelle ou à des interfaces ludiques pour moduler le retour sensoriel et la motivation, ce qui fait l’objet d’évaluations spécifiques selon les indications[11].

Indications et évaluation clinique

La rééducation robot-assistée a été particulièrement étudiée après accident vasculaire cérébral, notamment pour la récupération des membres supérieurs[6],[7],[12]. Une revue Cochrane (mise à jour en 2018) conclut à des améliorations modestes mais statistiquement significatives de certaines mesures, tout en soulignant une hétérogénéité importante entre essais et des effets indésirables rares[8].

La marche et l’équilibre ont également été étudiés, en particulier via des dispositifs d’entraînement de la marche (tapis roulant avec assistance, exosquelettes), avec une littérature de synthèse discutant l’intérêt et les limites selon les profils de patients et les modalités de prise en charge[13].

La robotique de rééducation a aussi été étudiée chez des populations pédiatriques (par exemple rééducation de la cheville) et dans d’autres pathologies neurologiques, comme la paralysie cérébrale[10],[2].

Des travaux portent enfin sur des usages liés à la réadaptation cognitive et à l’interaction sociale, notamment dans le champ de la robotique sociale, y compris chez des enfants présentant des troubles du spectre de l'autisme, avec des synthèses discutant les objectifs, protocoles et limites méthodologiques[14],[15],[16].

Histoire

Des revues historiques situent le développement des robots de rééducation dans la continuité des travaux en ingénierie de la réadaptation et en neurosciences, avec une accélération des publications et des prototypes à la fin du XXe et au début du XXIe[17],[18].

Une conférence scientifique internationale consacrée au domaine, l’IEEE/RAS-EMBS International Conference on Rehabilitation Robotics (ICORR), est organisée depuis 1990, généralement selon un rythme biennal[19]. L’édition 2019 s’est tenue à Toronto du 24 au dans le cadre de RehabWeek[20].

Enjeux et limites

La littérature discute des limites liées à l’hétérogénéité des essais cliniques, aux différences entre dispositifs et protocoles, ainsi qu’aux conditions de déploiement (formation, organisation des soins, coûts et remboursement)[6],[8].

Comme d’autres formes de robotique médicale, ces dispositifs peuvent soulever des questions de gouvernance (responsabilités en cas d’incident), de protection des données (capteurs et enregistrements), et plus largement d’éthique et de transparence des systèmes intégrant des algorithmes d’adaptation[21],[22].

Notes et références

  1. (en) Laura Marchal-Crespo et David J. Reinkensmeyer, « Review of control strategies for robotic movement training after neurologic injury », Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation, vol. 6,‎ , p. 20 (PMID 19531254, PMCID 2710333, DOI 10.1186/1743-0003-6-20)
  2. (en) H. I. Krebs et B. T. Volpe, « Rehabilitation Robotics », dans Handbook of Clinical Neurology, vol. 110, Elsevier, , 283–294 p. (ISBN 978-0-444-52901-5, PMID 23312648, PMCID PMC4688009, DOI 10.1016/B978-0-444-52901-5.00023-X, [1](https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/B978044452901500023X))
  3. (en) Philipp Beckerle, Gionata Salvietti, Ramazan Unal et Domenico Prattichizzo, « A Human–Robot Interaction Perspective on Assistive and Rehabilitation Robotics », Frontiers in Neurorobotics, vol. 11,‎ (ISSN 1662-5218, PMID 28588473, PMCID PMC5440510, DOI 10.3389/fnbot.2017.00024, [2](http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fnbot.2017.00024/full), consulté le )
  4. (en) Marko Munih et Tadej Bajd, « Rehabilitation robotics », Technology and Health Care, vol. 19, no 6,‎ , p. 483–495 (PMID 22129949, DOI 10.3233/THC-2011-0646)
  5. (en) Sivakumar Balasubramanian, Roberto Colombo, Irma Sterpi et Vittorio Sanguineti, « Robotic Assessment of Upper Limb Motor Function After Stroke », American Journal of Physical Medicine & Rehabilitation, vol. 91, no 11 Suppl 3,‎ , S255–S269 (PMID 23080041, DOI 10.1097/PHM.0b013e31826bcdc1, S2CID 34630716)
  6. (en) Janne M. Veerbeek, Anneli C. Langbroek-Amersfoort, Erwin E. H. van Wegen et Carel G. M. Meskers, « Effects of Robot-Assisted Therapy for the Upper Limb After Stroke: A Systematic Review and Meta-analysis », Neurorehabilitation and Neural Repair, vol. 31, no 2,‎ , p. 107–121 (DOI 10.1177/1545968316666957, [3](http://journals.sagepub.com/doi/10.1177/1545968316666957), consulté le )
  7. (en) Rachele Bertani, Corrado Melegari, Maria C. De Cola et Alessia Bramanti, « Effects of robot-assisted upper limb rehabilitation in stroke patients: a systematic review with meta-analysis », Neurological Sciences, vol. 38, no 9,‎ , p. 1561–1569 (DOI 10.1007/s10072-017-2995-5, [4](https://link.springer.com/10.1007/s10072-017-2995-5), consulté le )
  8. (en) Jan Mehrholz, Marcus Pohl, Thomas Platz, Joachim Kugler et Bernhard Elsner, « Electromechanical and robot-assisted arm training for improving activities of daily living, arm function, and arm muscle strength after stroke », Cochrane Database of Systematic Reviews, vol. 9, no 9,‎ , p. CD006876 (PMID 30175845, PMCID PMC6513114, DOI 10.1002/14651858.CD006876.pub5, [5](https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6513114/), consulté le )
  9. ↑ (en) Christian Grüneberg, « Technologies in Home-Based Digital Rehabilitation: Scoping Review », JMIR Rehabilitation and Assistive Technologies, vol. 10, no 1,‎ , e43615 (DOI 10.2196/43615, [6](https://doi.org/10.2196/43615), consulté le )
  10. (en) Konstantinos P. Michmizos, Stefano Rossi, Enrico Castelli et Paolo Cappa, « Robot-Aided Neurorehabilitation: A Pediatric Robot for Ankle Rehabilitation », IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, vol. 23, no 6,‎ , p. 1056–1067 (PMID 25769168, PMCID 4692803, DOI 10.1109/TNSRE.2015.2410773)
  11. ↑ (en) Nelly Darbois, Albin Guillaud et Nicolas Pinsault, « Does Robotics and Virtual Reality Add Real Progress to Mirror Therapy Rehabilitation? A Scoping Review », Rehabilitation Research and Practice, vol. 2018,‎ , p. 6412318 (PMID 30210873, PMCID PMC6120256, DOI 10.1155/2018/6412318)
  12. ↑ (en) GaYeong Kim, SeungYeop Lim, HyunJong Kim et ByungJoon Lee, « Is robot-assisted therapy effective in upper extremity recovery in early stage stroke? —a systematic literature review », Journal of Physical Therapy Science, vol. 29, no 6,‎ , p. 1108–1112 (PMID 28626337, PMCID PMC5468212, DOI 10.1589/jpts.29.1108, [7](https://www.jstage.jst.go.jp/article/jpts/29/6/29_jpts-2017-018/_article), consulté le )
  13. ↑ (en) Giovanni Morone, Stefano Paolucci, Andrea Cherubini, Vincenzo Venturiero, Paola Coiro et Marco Iosa, « Robot-assisted gait training for stroke patients: current state of the art and perspectives of robotics », Neuropsychiatric Disease and Treatment, vol. 13,‎ , p. 1303–1311 (DOI 10.2147/NDT.S114102)
  14. ↑ (en) Antonio Andriella, Alejandro Suárez-Hernández, Javier Segovia-Aguas et Carme Torras, « Natural Teaching of Robot-Assisted Rearranging Exercises for Cognitive Training », dans Social Robotics | 11th International Conference, ICSR 2019, Madrid, Spain, November 26–29, 2019, Proceedings, vol. 11876, Springer International Publishing, , 611–621 p. (ISBN 978-3-030-35887-7, DOI 10.1007/978-3-030-35888-4_57, [8](https://link.springer.com/10.1007/978-3-030-35888-4_57))
  15. ↑ (en) Paola Pennisi, Alessandro Tonacci, Gennaro Tartarisco et Lucia Billeci, « Autism and social robotics: A systematic review », Autism Research, vol. 9, no 2,‎ , p. 165–183 (DOI 10.1002/aur.1527, [9](https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aur.1527), consulté le )
  16. ↑ (en) Fengpei Yuan, Elizabeth Klavon, Ziming Liu et Ruth Palan Lopez, « A Systematic Review of Robotic Rehabilitation for Cognitive Training », Frontiers in Robotics and AI, vol. 8,‎ (PMID 34046433, PMCID PMC8144708, DOI 10.3389/frobt.2021.605715, [10](https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/frobt.2021.605715/full), consulté le )
  17. ↑ (en) Noriyuki Tejima, « Rehabilitation robotics: a review », Advanced Robotics, vol. 14, no 7,‎ , p. 551–564 (DOI 10.1163/156855301742003, [11](https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1163/156855301742003), consulté le )
  18. ↑ (en) Michael Hillman, « Rehabilitation Robotics from Past to Present – A Historical Perspective », dans Advances in Rehabilitation Robotics, vol. 306, Springer, coll. « Lecture Notes in Control and Information Sciences », , 25–44 p. (DOI 10.1007/10946978_2, [12](https://link.springer.com/chapter/10.1007/10946978_2))
  19. ↑ (en) « Purpose and History of ICORR », sur ICORR Consortium (consulté le )
  20. ↑ (en) « IEEE/RAS-EMBS International Conference on Rehabilitation Robotics (ICORR 2019) », sur IEEE Robotics & Automation Society (consulté le )
  21. ↑ (en) Xiaoli Shentu, « A review on legal issues of medical robots », Medicine (Baltimore), vol. 103, no 21,‎ , e38330 (PMID 38788002, PMCID PMC11124718, DOI 10.1097/MD.0000000000038330, [13](https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11124718/), consulté le )
  22. ↑ (en) Rocco Salvatore Calabrò, « Ethical Horizons in Robotic Rehabilitation: Ensuring Safe AI Use Under the EU AI Act », Medical Sciences (Basel), vol. 13, no 4,‎ , p. 317 (PMID 41440549, PMCID PMC12735113, DOI 10.3390/medsci13040317, [14](https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12735113/), consulté le )

Voir aussi

Bibliographie

Articles

Ouvrages

Articles connexes

Liens externes
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