Letteratura scientifica selezionata sul tema "Thérapeutique par l'exercice – Simulation par ordinateur"

Ces dernières années, l’interaction physique humain-robot est devenue un sujet de recherche important, par exemple pour des applications de rééducation. Cette thèse vise à améliorer ces interactions, dans le cadre du développement de contrôleurs basés modèles, par des approches d’identification paramétrique des modèles des systèmes en interaction. Le but est de développer des méthodes d’identification en tenant compte de la variabilité et de la complexité du corps humain, et en n'utilisant que les capteurs du système robotique pour éviter l'ajout de capteurs externes. Les différentes approches présentées dans cette thèse sont testées expérimentalement avec un système robotique à un degré de liberté (1-DDL) permettant d'interagir avec la main d'une personne.Après un 1er chapitre présentant l'état de l'art, le 2e chapitre aborde les méthodes d'identification développées en robotique ainsi que la problématique du filtrage, analysée en simulation et expérimentalement. La question du réglage du filtre passe-bas est adressée, et en particulier le choix de la fréquence de coupure qui reste délicate pour un système non-linéaire. Pour surmonter ces difficultés, une technique de filtrage utilisant un filtre de Kalman étendu (EKF) est développée à partir du modèle dynamique du robot. La formulation EKF proposée permet un réglage en fonction des propriétés connues du capteur et de la confiance dans l’estimation initiale des paramètres. Cette méthode est comparée en simulation puis expérimentalement avec différentes méthodes existantes en analysant la sensibilité à l’initialisation et au réglage du filtre. Les résultats montrent que la méthode proposée est prometteuse si l’EKF est correctement réglé.Le 3e chapitre porte sur l'identification en continu des paramètres du modèle dynamique d'un système passif en interaction avec un système robotique, en combinant des méthodes d’identification de la charge utile avec des algorithmes en ligne, sans capteurs externes. Ces méthodes sont validées en simulation et expérimentalement en utilisant le système à 1-DDL dont la poignée est attachée à des bandes élastiques pour imiter une articulation humaine passive. L’analyse de l’effet de l’ajustement des méthodes en ligne met en évidence qu’un compromis est nécessaire entre la vitesse de convergence et la précision des estimations des paramètres. Enfin, la comparaison des méthodes d’identification de la charge utile montre que les méthodes identifiant séparément les paramètres du système robotique et de l’humain passif donnent une meilleure précision et une plus faible complexité de calcul.Le 4e chapitre porte sur l'identification durant l'interaction humain-système robotique. Un modèle à raideur quadratique est proposé afin de mieux représenter le comportement de l’articulation humaine passive qu’un modèle linéaire. Par la suite, ce modèle est utilisé avec une méthode d’identification itérative basée sur le rejet d’outliers, pour détecter l’activité musculaire de l’humain sans capteurs externes. Cette méthode est comparée expérimentalement à une méthode non-itérative utilisant des signaux d’électromyographie (EMG), en adaptant le système à 1-DDL pour interagir avec le poignet et permettre d’évaluer l’activité des muscles fléchisseurs et extenseurs de deux sujets. La méthode itérative proposée sans signaux EMG donne des résultats proches de ceux obtenus avec la méthode utilisant les signaux EMG lorsqu’un modèle représentant bien le comportement de l’articulation humaine passive est choisi. Les résultats de détection de l’activité musculaire obtenus avec ces deux méthodes montrent un niveau de similarité satisfaisant avec ceux obtenus directement à partir des signaux EMG
Over the last years, physical human-robot interaction has become an important research subject, for example for rehabilitation applications. This PhD aims at improving these interactions, as part of model-based controllers development, using parametric identification approaches to identify models of the systems in interaction. The goal is to develop identification methods taking into account the variability and complexity of the human body, and only using the sensor of the robotic system to avoid adding external sensors. The different approaches presented in this thesis are tested experimentally on a one degree of freedom (1-DOF) system allowing the interaction with a person’s hand.After a 1st chapter presenting the state-of-the-art, the 2nd chapter tackles the identification methods developed in robotics as well as the issue of data filtering, analyzed both in simulation and experimentally. The question of the low-pass filter tuning is addressed, and in particular the choice of the cut-off frequency which remains delicate for a nonlinear system. To overcome these difficulties, a filtering technique using an extended Kalman filter (EKF) is developed from the robot dynamic model. The proposed EKF formulation allows a filter tuning depending on the known properties of the sensor and on the confidence on the initial parameters estimations. This method is compared in simulation and experimentally to different existing methods by analyzing its sensitivity to initialization and filter tuning. Results show that the proposed method is promising if the EKF is correctly tuned.The 3rd chapter concerns the continuous identification of the parameters of the model of a passive system interacting with a robotic system, by combining payload identification methods with online identification algorithms, without external sensors. These methods are validated in simulation and experimentally with the 1-DOF system whose handle is attached to elastic rubber bands to emulate a passive human joint. The analysis of the effects of the online methods tuning highlights a necessary trade-off between the convergence speed and the accuracy of the parameters estimates. Finally, the comparison of the payload identification methods shows that methods identifying separately the robotic system and the passive human parameters give better accuracy and a lower computation complexity.The 4th chapter deals with the identification during the human-robot interaction. A quadratic stiffness model is proposed to better fit the passive human joint behavior than a linear stiffness model. Then, this model is used with an iterative identification method based on outlier rejection technique, to detect the human user muscle activity without external sensors. This method is compared experimentally to a non-iterative method that uses electromyography (EMG), by adapting the 1-DOF system to interact with the wrist and to allow the detection of the flexor and extensor muscle activity of two human users. The proposed iterative identification method not using EMG signals achieves results close to those obtained with the non-iterative method using EMG signals when a model that correctly represents the passive human joint behavior is selected. The muscle activity detection results obtained with both methods show a satisfactory level of similarity compared to those obtained directly from EMG signals

L'hyperthermie est une elevation de temperature des tissus comprises entre 41#c et 45#c. Une contribution est apportee a la comprehension de l'application de l'hyperthermie superficielle en therapie et a l'elaboration d'un appareillage hyperthermique micro-onde 2450 mhz. Une bibliographie concernant les proprietes thermiques et electriques des milieux tissulaires est presentee. Une analyse des differents parametres tissulaires est faite, en particulier les parametres associes a la perfusion sanguine. Des simulations numeriques par la methode des elements finis sur des configurations tissulaires variees ont ete faites

Cette thèse apporte une solution pour permettre de couplage entre fluide et solide déformable dans le cadre d’applications médicales en temps-réel. Le modèle de couplage concerne le cas d’un film de fluide compris entre deux solides déformables. La première contribution de ce document concerne une méthode de fluide semi-lagrangienne. Nous proposons une modification d’une méthode existante pour pouvoir l’utiliser en tant que modèle de fluide 2.5D. La seconde contribution se concentre sur le modèle de couplage en lui-même où nous avons choisi de prédire le comportement de l’interface fluide-solide pendant le calcul du fluide. La troisième contribution repose sur des applications médicales basées sur cette approche. Elles contribuent dans les domaines de la chirurgie ophtalmologique et reconstruction chirurgicale
This thesis provides a solution to the coupling of a fluid with a deformable solid in the context of real-time medical applications. This work focuses on the special case of a fluid film embedded within two layers of soft tissues. The first contribution of this document is related to a semi-Lagrangian fluid method. We propose a modification of an existant method to use it as a 2.5D fluid model. The second contribution concerns the coupling model, where the behavior of the fluid-solid interface is predicted during the fluid computation. The third contribution highlights 2 medical applications which rely on this approach, in the fields of eye surgery and reconstructive surgery

Le travail de thèse exposé dans ce manuscrit s'intéresse à la simulation d'un mouvement de manipulation d'objet, plus particulièrement à la saisie suivie de la rotation d'une sphère selon un axe fixe. Le but ici est, à partir d'une analyse de mouvements réels, d'être capable de proposer un algorithme de simulation reproduisant des mouvements comparables aux données expérimentales, en fournissant en entrée le moins d'informations possibles et en essayant d'introduire de la variabilité dans le mouvement simulé. 12 sujets volontaires ont participé à l'expérimentation. Nous leur avons demandé de saisir et de tourner une sphère de 60mm de diamètre avec des amplitudes allant de 45° à 360°, dans les deux sens. L'analyse de ces données expérimentales, complétée par des simulations de l'effet des limites articulaires sur le mouvement nous ont permis d'étudier plusieurs hypothèses sur le contrôle de mouvement telles que l'hypothèse de confort final (« end-state comfort ») et le principe de travail minimum. Une des conclusions majeures est que l'anticipation posturale au moment de saisie semble être expliquée davantage par le confort en fin de mouvement qu'au moment de saisie. Basé sur ces observations, nous proposons un algorithme de simulation avec pour nouveautés la prise en compte de l'espace de mouvements admissibles par les limites articulaires ainsi que l'introduction de la variabilité au choix de la posture de saisie. Les premiers résultats semblent être en accord en grande partie avec les observations expérimentales donnant une base de travail pour aller vers des outils de simulation se rapprochant de plus en plus vers un comportement "humain"
The thesis work presented in this manuscript focuses on the simulation of an handling motion, more specifically on the grasp followed by the rotation of a sphere along a fixed single axis. The aim here is, from the analysis of actual motions, to be able to propose an simulation algorithm reproducing motions comparable to experimental data, with the less input as possible and trying to introduce some variability into the simulated motion. 12 volunteers participated to the experiment. Subjects were asked to grasp and turn a sphere of 60mm of diameter. Amplitudes of rotations were ranged from 45° to 360°, in both directions. Experimental data analysis, completed with some simulations of the effect of joint limits on motion, allowed us to investigate several motion control hypothesis as the end-state comfort hypothesis or the minimum work principle. One of the main conclusions is that postural anticipation when grasping seems to be more explained by the comfort at the end of the motion than when grasping. Based on these observations, we proposed a simulation algorithm being original by the way of how it takes into account possible motions allowed by joint limits and by the introduction of variability into the simulated grasp posture. The first results seem to follow most part of the experimental observations giving a strong basis to go towards simulation tools that will come closer to a “human” behavior

Les cancers sont l'une des causes majeures de mortalité dans le monde. Les mécanismes en jeu dans la croissance tumorale sont qualitativement connus, mais on se sait pas à l'heure actuelle prédire précisément quel sera le développement d'une tumeur donnée, ni estimer de façon certaine le protocole thérapeutique optimal pour chaque patient. Il est entendu que la modélisation mathématique pourrait apporter des éléments de réponse à ces questions. Durant cette thèse on s'est alors intéressé à la construction de formalismes mathématiques pour décrire la croissance tumorale et l'action de traitement anti-cancéreux. En particulier, on s'est intéressé à la prise en compte des mécanismes aussi bien moléculaires que cellulaires et tissulaires, par la construction d'un modèle continu, multi-échelles, de croissance de tumeur solide et d'angiogenèse. A partir de ce modèle, nous a pu envisager de façon qualitative un protocole optimal de combinaison entre un anti-angiogénique et une chimiothérapie.Le modèle multi-échelles inclut une représentation mathématique des voies de signalisation du VEGF dont on détaille la construction.Dans une autre approche, on a considéré un modèle discret, cellule-centré, reproduisant le développement de sphéroïdes de cellules épithéliales mammaires telles qu'observées lorsque ces cellules sont cultivées in vitro. On a pu mettre en évidence les différents mécanismes cellulaires impliqués dans la morphogenèse de structures composées de cellules saines, et celles composées de cellules mutées.Ces contributions montrent l'intérêt du formalisme multi-échelles adopté pour intégrer les connaissances et données sous-jacentes à l'étude du traitement des tumeurs.