A robotic device to assess and rehabilitate upper limb movements in cerebral palsy children and stroke adults

Cerebral palsy (CP) and stroke are major causes of permanent disabilities. These disabilities justify intensive interdisciplinary rehabilitation and regular assessments, which could be optimized using robotics. This PhD thesis investigated the clinical interest in robotic devices to assess and rehabilitate upper limb movements in CP children and stroke adults. This investigation was performed with the REAplan robot, which is an end-effector robotic device that moves the patient’s upper limb in a horizontal plane using various assistance modes (i.e., active, active-passive, passive). The first part of this thesis investigated how a robotic device could quantitatively assess upper limb movements in both populations. A standardized protocol was developed to assess upper limb kinematics using the REAplan robot in CP children and stroke adults. The reproducibility, validity, responsiveness and reference standards of this protocol were established, and a short version of this protocol was provided to facilitate the assessment of upper limb kinematics in routine clinical practice. The second part of this thesis investigated how a robotic device could efficiently rehabilitate upper limb movements in CP children. A standardized protocol for robot-assisted therapy (RAT) was first developed according to the current recommendations in CP neuro-rehabilitation. This protocol was used in a single-blind randomized controlled trial that assessed the efficacy of RAT in CP children. This trial showed that the combination of conventional therapy (CT) and RAT could significantly improve upper limb kinematics and manual dexterity in CP children compared with CT alone. Thus, robotic devices could quantitatively assess and efficiently rehabilitate upper limb movements in CP children and stroke adults. These findings would not have been possible without close collaboration between engineers, technicians, clinicians and researchers. Further similar collaborations should be encouraged to facilitate technological integration in rehabilitation.

(fre) L’infirmité motrice d’origine cérébrale (IMoC) et les accidents vasculaires cérébraux (AVC) sont les principales causes d'invalidités permanentes. Ces pathologies justifient une rééducation interdisciplinaire intensive et des évaluations régulières, pouvant être optimisées par la robotique. Cette thèse de doctorat a étudié l'intérêt clinique de dispositifs robotiques afin d'évaluer et de rééduquer les mouvements du membre supérieur chez les enfants IMoC et les adultes AVC. Cette investigation a été réalisée à l’aide du robot REAplan. REAplan est un dispositif robotique à effecteur distal permettant la mobilisation du membre supérieur dans le plan horizontal grâce à différents modes d'assistance (i.e., actif, activo-passif, passif). La première partie de cette thèse a investigué comment un dispositif robotique pouvait évaluer quantitativement les mouvements du membre supérieur au sein des deux populations. Un protocole standardisé a été développé afin d’évaluer la cinématique du membre supérieur chez les enfants et adultes cérébro-lésés, en utilisant le dispositif robotique REAplan. La reproductibilité, la validité, la sensibilité au changement et les normes de référence de ce protocole ont été établies. Une version courte de ce protocole a été créée afin de faciliter l'évaluation de la cinématique du membre supérieur en routine clinique. La deuxième partie de cette thèse a étudié comment un dispositif robotique pouvait efficacement rééduquer le membre supérieur chez les enfants IMoC. Un protocole standardisé de thérapie assistée par la robotique (TAR) a été développé en tenant compte des recommandations connues en rééducation neuro-pédiatrique. Ce protocole a été utilisé dans une étude randomisée contrôlée en simple aveugle afin d'évaluer l'efficacité de la TAR chez les enfants IMoC. Cette étude a montré que la combinaison d'une thérapie conventionnelle (TC) et de la TAR améliorait significativement la cinématique du membre supérieur et la dextérité manuelle des enfants IMoC par rapport à la TC seul. Cette thèse de doctorat a montré que les dispositifs robotiques pouvaient quantitativement évaluer et efficacement rééduquer les mouvements du membre supérieur chez les enfants et adultes cérébro-lésés. Cette recherche n'aurait pas été possible sans l'étroite collaboration entre ingénieurs, techniciens, cliniciens et chercheurs. Nous encourageons la continuation de telles collaborations afin de favoriser l'intégration de la technologie en rééducation.