close

Se connecter

Se connecter avec OpenID

Author Guidelines for 8

IntégréTéléchargement
BIOMEDICAL ENGINEERING INTERNATIONAL CONFERENCE (BIOMEIC’12) – OCTOBER 10-11,
2012, TLEMCEN (ALGERIA)
Prototype Motorisé pour la Rééducation
Clinique de l’Entorse de la Cheville
Samir BOUKHENOUS1, Mokhtar ATTARI1, Abdallah KAHLA2 and Amin Riad MAOUCHE1
1. LINS: Laboratory of Instrumentation, USTHB, BP 32 El-Alia, 16111, Alger, Algérie.
2. EHS Ben-Aknoun, Service Rééducation Fonctionnelle et Réadaptation, Alger
sboukhenous@gmail.com, attari.mo@gmail.com, docteurkahla@yahoo.fr, armaouche@gmail.com
Abstract - In this work, a motorized prototype for ankle
sprain rehabilitation is designed and realized. Once the
mechanical system prototype is modelled and built four motors
drives have been realized to permit the command in 3D. A
Microsystems based on a microcontroller was realized for
driving the whole instrumentation. A temporisation programme
has been used to control the displacement of the actuator
according to its speed and to the ankle articulation angle. First
tests on some subjects have shown the feasibility of the
instrument.
Keywords —
Microcontroller.
Sprain,
Ankle,
Rehabilitation,
Prototype,
Résumé - Dans ce travail, un prototype motorisé pour la
rééducation de l’entorse de la cheville a été conçue et réalisé.
Après une modélisation, un prototype à base de quatre vérins a
été réalisé permettant la commande en 3D. Un microsystème à
base d’un microcontrôleur a été réalisé pour la gestion de
l’instrument. Une programmation par temporisation a été
utilisée pour contrôler le déplacement de l’actionneur suivant sa
vitesse et l’angle de l’articulation de la cheville. Les tests
préliminaires effectués sur quelques personnes ont montré la
faisabilité d’un tel instrument.
Mots Clés — Entorse, Cheville, Rééducation, Prototype,
Microcontrôleur.
I. INTRODUCTION
L’entorse de la cheville est une pathologie très fréquente,
survenant dans la vie courante ou lors de la pratique d’un
sport [1], [2]. Il ne faut cependant pas la négliger, en raison
des possibles récidives, des séquelles potentiellement
douloureuses, et des risques d’instabilité [3].
La cheville est stabilisée par un ligament externe constitué
de 3 faisceaux, et du ligament interne. L’entorse la plus
fréquente est bénigne. Elle concerne un des faisceaux du
ligament externe. Le plus souvent, le pied part brutalement
vers le bas et en dedans, responsable de l’atteinte du ligament
externe [4]. La douleur est très variable, parfois non ressentie
et son intensité n’est pas proportionnelle à la gravité.
Quelques heures plus tard, l’œdème apparaît et parfois,
l’appui est impossible. Le principe général pour obtenir la
cicatrisation est de supprimer toute tension sur le ligament
atteint. On peut donc se permettre de prescrire au patient une
attelle de cheville amovible. La rééducation proprioceptive de
la cheville sera entreprise après la période d'immobilisation,
quel que soit la gravité de l'entorse et quel que soit le type de
traitement adopté [5], [6]. La rééducation clinique de la
cheville se fait par des mouvements répétés en changeant de
direction de la cheville et par l’application de simples
exercices en utilisant du matériels et des méthodes
traditionnelles et instrumentales [7]. Il existe plusieurs outils
traditionnels tels que les plaquettes de rééducation, ballon de
Klein, le trampoline, plateau de Castaing et le plateau de
Freeman qui est très répondu en rééducation clinique de la
cheville pour le test de maintient de la stabilité en 3D [8]. En
dépit des avancées récentes dans ce domaine, les instruments
qui sont utilisés au niveau de nos hôpitaux ne répondent pas à
ce genre d’avancée technologique en plus ils sont pénibles
pour les personnes âgées et obèses. A partir de se constat,
nous nous somme intéressés à la réalisation d’un dispositif
motorisé pour la rééducation clinique de la cheville en
particulier l’entorse de la cheville.
II. MODELISATION DE LA PARTIE MECANIQUE
Avant la réalisation du prototype d’instrument, nous avons
procédé à sa modélisation avec le logiciel de modélisation et
de simulation en 3D SolidWorks2011. La simulation a permet
d’optimiser le modèle proposé (Figure.1).
Après la modélisation, nous avons réalisé le dispositif qui
est composé de deux plaques dont l’une est fixe tandis que
l’autre est mobile et qui sont reliées entres elles au moyen de
quatre vérins électriques. Ces derniers servent à agir sur la
plaque supérieur afin d’assurer sa mobilité en trois
dimensions.
Le prototype est composé d’une plateforme circulaire de
40 cm de diamètre et 2.5 cm d’épaisseur permettant l’appui
du pied, de quatre vérins électriques pour la mobilité du pied
et d’une plateforme circulaire fixe de 50 cm de diamètre et de
2 cm d’épaisseur servant comme support des vérins.
La Figure.2 montre la partie mécanique ainsi réalisée. Elle
est constituée essentiellement de deux plateformes reliées
entre elles par quatre actionneurs qui pilotent la plateforme
d’appui du pied. Pour cette application nous avons opté pour
l’utilisation de vérins électriques qui permettent d’actionner
des pièces par poussé ou par traction grâce à la variation de la
longueur de la tige afin de positionner, déplacer et orienter la
plateforme d’appui du pied selon le mouvement désiré. Les
vérins utilisés sont constitués de moteurs à courant continu et
alimentés par une tension de 24V. Pour inverser le sens de
rotation des moteurs, il suffit d’inverser le sens du courant
BIOMEDICAL ENGINEERING INTERNATIONAL CONFERENCE (BIOMEIC’12) – OCTOBER 10-11,
2012, TLEMCEN (ALGERIA)
d’excitation. Après cela, nous avons procédé à la réalisation
des différents circuits de la partie électronique à base d’un
microcontrôleur.
type L293D qui contient un double pont H qui permet de
contrôler deux moteurs à la fois supportant des courants de
l’ordre de 2A. La Figure.5 illustre le schéma électrique du
circuit de puissance et la Figure.6 montre la carte du circuit
de puissance ainsi réalisée.
Fig. 1. Modèle proposé du premier prototype
Fig. 3. Schéma électrique du circuit de commande
Fig. 4. Circuit de commande et d’affihage
Fig. 2. Premier prototype réalisé
III. REALISATION DE LA PARTIE ELECTRONIQUE
A. Circuit de commande et de contrôle des vérins
Pour la commande des vérins nous avons opté pour
l’utilisation du microcontrôleur PIC 16F877 de Microchip
permettant la gestion et la commande des vérins à l’aide d’un
clavier à 16 touches (Figure.3). La Figure.4 montre le circuit
réalisé à base d’un microcontrôleur, le clavier de commande
et le circuit d’affichage de type LCD permettant à l’utilisateur
de contrôler le mode de la commande. En outre, lors de
l’utilisation d’un moteur à courant continu, on a besoin de
quatre commutateurs qui devront être actionnés deux à deux
soit pour le faire tourner dans un sens ou dans l’autre ou de
l’arrêter, et ce par l’inversion du courant, via un circuit dit
pont H. Pour notre application nous avons besoin de quatre
ponts. Pour cela, nous avons utilisé deux circuits intégrés de
Fig. 5. Schéma électrique du circuit de puissance
BIOMEDICAL ENGINEERING INTERNATIONAL CONFERENCE (BIOMEIC’12) – OCTOBER 10-11,
2012, TLEMCEN (ALGERIA)
Fig. 6. Carte de puissance
B. Circuit d’isolation
Fig. 8. Carte d’isolation
IV. EXPERIMENTATION
Le branchement du circuit de commande avec le circuit de
puissance, crée des problèmes d’adaptation de puissance par
le retour du courant à forte intensité vers le microcontrôleur.
Pour résoudre ce problème, nous avons conçu puis réalisé
une carte d’isolation à base des circuits optocoupleurs de type
4N25 et des résistances où chaque optocoupleur contient une
photodiode émettrice et un phototransistor récepteur
(Figure.7). La Figure.8 représente la carte d’isolation ainsi
réalisée. Cette carte permet la liaison entre le circuit de
commande et le circuit de puissance à partir de la
récupération des signaux de commande à la sortie du
microcontrôleur par les photodiodes d’une part, et par
l’envoie de ces signaux à travers les phototransistors au
circuit de puissance d’autre part.
Pour ce premier prototype, nous avons utilisé au niveau de
la programmation du microcontrôleur des temporisations
calculées expérimentalement en fonction de la vitesse de
déplacement des tiges des vérins et l’angle de l’articulation de
la cheville (20° pour la flexion, 30° pour l’extension, 35°
pour l’inversion et 45° pour l’éversion). Après la
programmation du microcontrôleur en fonction de ces
données, nous avons effectué des tests réels sur quelques
personnes pour voir la faisabilité du prototype réalisé. La
Figure.9 et la Figure.10 représentent la position initial et
d’extension de la cheville d’une personne sur le dispositif.
Afin de rendre le système plus performant, nous envisageons
l’utilisation des capteurs de positions et de force d’appui du
pied sur la plateforme. Les signaux issus de ces capteurs
seront envoyés vers un PC via le port USB afin de visualiser
et enregistrer les différentes informations qui seront utiles
pour un bon contrôle de la rééducation clinique de la cheville.
Fig. 7. Schéma électrique du circuit d’isolation
Fig. 9. Position initial du pied
BIOMEDICAL ENGINEERING INTERNATIONAL CONFERENCE (BIOMEIC’12) – OCTOBER 10-11,
2012, TLEMCEN (ALGERIA)
REMERCIMENT
Ce travail est supporté par le MESRS (Ministère de
l’Enseignement Supérieure et de la Recherche Scientifique) et
entre dans le cadre du projet PNR, http://www.nasr-dz.org/
Project N°: 06 / PNR R 13/ 2011 intitulé: “ Développement
d’une Instrumentation pour le Diagnostic et la Rééducation
de l’Entorse de la Cheville.”
REFERENCES
Fig. 10. Cheville en position d’extension
V. CONCLUSION
D’après les tests expérimentaux réalisés, nous pouvons
conclure que le premier prototype de dispositif motorisé pour
la rééducation de l’entorse de la cheville est fonctionnel. Ce
qui nous a permet de voir la faisabilité d’un tel instrument ;
reste à régler la vitesse de déplacement des vérins selon le
mode du mouvement de la rééducation qui dépend de l’état
de la fracture du patient. Notre intérêt accordé à ce travail est
de compléter les besoins de notre secteur de santé par
l’optimisation des effets positifs de la rééducation clinique de
la cheville par le biais des dispositifs motorisés. En
perspectives, nous envisageons d’automatiser le dispositif par
l’utilisation des capteurs et de faire des tests cliniques en
rééducation fonctionnelle de la cheville.
[1] JF. Kouvalchouk, “Entorse de la cheville,” Rev. Prat., vol.50, pp. 17151721, 2000.
[2] JC. Dubin, D. Comeau, RI. McClelland, RA. Dubin, E. Ferrel, “Lateral
and syndesmotic ankle sprain injuries: a narrative literature review,”. J
Chiropr Med. vol. 10, n°3, pp. 204-219, 2011.
[3] M. Bozkurt, and MN. Doral, “Anatomic factors and biomechanics in
ankle instability,” Foot Ankle Clin, vol. 11, n°3, pp. 451-63, 2006.
[4] NA. Abidi, GS. Gruen et SF. Conti, “Ankle Arthrosis: Indications &
Techniques,” Journal Am Acad Orthop Surg; pp. 200–209, 2000.
[5] E. Eils et D. Rosenbaum, “A multi-station proprioceptive exercise
program in patients with ankle instability,” Medicine & Science in Sports
& Exercise, vol. 33, n°12, pp. 1991-1998, 2001.
[6] E. Ergen, et B. Ulkar, “Proprioception and ankle injuries in soccer,” Clin
Sports Med, vol. 27, n°1, pp.195-217, 2008.
[7] GM. Gutierrez, CA. Knight, CB. Swanik, T. Roye, K. Manal, B.
Caulfield, and TW. Kaminski, “Examining neuromuscular control
during landings on a supinating platform in persons with and without
ankle instability,” Am J Sports Med. 2011.
[8] S. Boukhenous, and M. Attari, “A low cost sensing system for foot stress
recovering on freeman platform,” in Proc. of 18th IEEE International
Conference on Electronics circuits, and Systems ICECS2011, Beirut,
Lebanon, pp. 276-280, December 11-14, 2011.
Auteur
Документ
Catégorie
Без категории
Affichages
0
Taille du fichier
317 Кб
Étiquettes
1/--Pages
signaler