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2 juin 2017

SUJET DE THESE G-SCOP 2017


Catégorie : Doctorant


Titre de la thèse : développement et évaluation d’un système de mesure et d’analyse de données pour des enfants atteints de maladies neuromusculaires

Directeur(s) de thèse : Guillaume Thomann, Maître de Conférences, HDR

Laboratoire : G-SCOP, Grenoble.

Date de début  (souhaitée) : 1er octobre 2017

Financements – Contexte – Partenaires éventuels :

  • Allocation de recherche du Ministère Enseignement Supérieur et de la Recherche
  • Poursuite du développement et de l’évaluation d’un système d’évaluation des fonctions motrices, basées sur la détection des mouvements, pour des enfants atteints de maladies neuromatrices.
  • Laboratoire interdisciplinaire de Psychologie pour travailler à l’acceptation des nouvelles technologies par les utilisateurs
  • Service l’Escale du CHU de Lyon, centre de référence des maladies rares infantiles

 

Description du sujet

Le terme de maladies neuromusculaires (MNM) regroupe des affections génétiques rares touchant les muscles et le système nerveux. Parmi elles, l’Amyotrophie Spinale Infantile (ASI) touche les enfants dès leur plus jeune âge. Plusieurs outils, dont la Mesure de Fonction Motrice (MFM) crée par le service de rééducation pédiatrique l’Escale du CHU de Lyon, ont été développés dans l’objectif de mesurer la fonction motrice de patients atteints de MNM, et en particulier d’ASI. Il s’agit d’échelles constituées de différents items administrés aux patients et cotés par des thérapeutes.

Malgré la fiabilité du protocole d’évaluation de la MFM, il a été observé une variabilité inter et intra individuelle entre les thérapeutes, une volonté d’impliquer les patients de manière plus volontaire et motivée, et un besoin de simplification et de meilleure capitalisation des données mesurées.

Nous souhaitons donc, à travers ce projet, développer un nouvel outil d’évaluation, mobilisant les technologies récentes à bas coût type Microsoft Kinect. Nous voulons proposer aux patients ASI et à la communauté des thérapeutes, un protocole standardisé innovant, ludique, précis et reproductible d’évaluation des fonctions motrices dans ce contexte pathologique.

Le consortium des partenaires impliqué dans ce projet constitue un contexte très favorable pour supporter la pertinence des travaux et pour leur valorisation.

Contexte de l’étude :

Le terme de maladies neuromusculaires (MNM) regroupe les affections touchant les muscles et le système nerveux. Dans ces affections, l’unité motrice constituée par le muscle, la jonction nerf/muscle et le nerf fonctionne mal et le muscle ne peut pas se contracter normalement. Il existe plus de 200 maladies différentes avec des spécificités (symptômes, âge de survenue…) correspondant à une atteinte différente de l’unité motrice. Les MNM dites de l’enfance débutent la plupart du temps chez l’enfant ou l’adolescent. Parmi elles, l’Amyotrophie Spinale Infantile (ASI) est une MNM autosomique récessive caractérisée par une dégénérescence des motoneurones de la corne antérieure de la moelle. L’ASI touche les enfants dès leur plus jeune âge, et ce d’autant plus tôt que le type de la maladie est sévère. On décrit classiquement le type 1 sévère ou maladie de Wernicke et Hoffmann dont les premiers signes apparaissant avant l’âge de 6 mois, le type 2 ou intermédiaire avec un début de la maladie souvent avant l’âge de 18 mois et le type 3 avec un début de la maladie après l’âge de 18 mois chez l’enfant ayant déjà acquis la marche [1-2]. Plusieurs outils ont donc été développés dans l’objectif de mesurer de façon valide, reproductible et sensible la fonction motrice de patients atteints de MNM, et en particulier chez les sujets porteurs d’ASI. Ces outils sont des échelles constituées de différents items administrés aux patients et cotés par des thérapeutes. Parmi eux, la Mesure de Fonction Motrice (MFM, Annexe 1), développée par le service de rééducation pédiatrique l’Escale à Lyon à partir de 1998, permet de mesurer de façon précise et reproductible la fonction motrice de patients adultes et enfants porteurs d’une maladie neuromusculaire, quel que soit le niveau de sévérité de leur atteinte. La MFM est actuellement considérée au niveau international comme un outil valide d’un point de vue clinique mais également en recherche pour mesurer l’efficacité éventuelle de traitements, comme le confirment plusieurs études dans des populations différentes. Ses bonnes propriétés métrologiques, et particulièrement sa sensibilité au changement ont ainsi pu être démontrées [3-5]. La MFM a par ailleurs déjà été choisie comme critère principal dans divers essais thérapeutiques et études cliniques, particulièrement dans l’ASI (par exemple : étude TROPHOS : numéro ClinicalTrials : NCT01302600, ASIRI : NCT01302600 et NatHis-SMA : NCT02391831).

Proposer une MFM à un patient nécessite la disponibilité d’un thérapeute formé. La formation à l’utilisation de la MFM est indispensable pour maintenir une reproductibilité inter individuelle de bonne à excellente pour la totalité des items. Malgré des sessions standardisées de formation à la passation de la MFM, il persiste une importante variabilité inter individuelle dans la procédure de cotation des items de la MFM, dépendant principalement de l’évaluateur et de ses qualités intrinsèques de « cotateur ». Ainsi la formation, la rigueur, la charge attentionnelle, l’humeur ou la motivation par exemples du thérapeute sont autant de facteurs difficilement contrôlables ayant des conséquences sur la cotation et sur la mesure. En fonction des qualités intrinsèques des items il y a également une différence en termes de reproductibilité inter individuelle et intra individuelle.

Actuellement, la passation de la MFM est réalisée manuellement et « à l’œil » par le thérapeute en utilisant un manuel utilisateur (durée de 45 minutes environ suivant le type de patient). Lors de la passation, le thérapeute donne les instructions au patient, les répète pour être sûr de la bonne compréhension, et demande au patient de réaliser deux fois l’item correspondant. Les 32 items de la MFM sont ainsi réalisés par le patient lors d’une séance d’évaluation. Suite à cette séance, le thérapeute renseigne manuellement la base de données MFM en se connectant sur un site sécurisé à partir de son ordinateur. Le temps de remplissage de la base peut aller de 5 à 15 minutes en fonction de la complexité des observations effectuées auprès du patient et de la connaissance du patient.

Questions de recherche :

Notre objectif de recherche concerne la création et la validation du protocole d’évaluation Kinect-MFM et la conception, à partir des observations réalisées, d’un dispositif ludique (type serious game) permettant de mieux impliquer les patients (enfants entre 6 et 18 ans).

Cet objectif pose un certain nombre d’interrogations :

Verrous scientifiques :

Notre défi scientifique est de proposer un système d’évaluation (capteurs de mouvements + algorithme de traitement des données à base de connaissances) pour renseigner et conseiller les thérapeutes sur une proposition de cotation. Les verrous principaux identifiés pour l’étude sont :

Le travail proposé :

Dans le cadre de ce projet, nous souhaitons à terme proposer à la communauté internationale une évolution de la MFM sous la forme d’un système d’évaluation ludique, précis et reproductible de la fonction motrice et également évaluer ses conditions de reproductibilité d’autres échelles d’évaluation utilisées dans le domaine des maladies neuromusculaires. L’approche par pathologie en particulier le choix de l’ASI est motivé par le nombre d’essais importants dans cette pathologie mais également par la préservation intacte de toutes les capacités cognitives de ces enfants en faisant une population idéale pour débuter ce projet. Nous voulons proposer aux jeunes patients avec ASI, un protocole standardisé et innovant d’évaluation des fonctions motrices du tronc et des membres utilisant la technologie proposé par le capteur Kinect de Microsoft, le Leap Motion ou encore la tablette tactile.

Travail déjà réalisé ou en cours :

Les travaux réalisés ces trois dernières années au sein du laboratoire ont montré les limites du système KiMe2 actuel, mais les ambitions que nous pouvons nourrir en mobilisant d’autres technologies et d’autres stratégies algorithmiques.

Publications déjà effectuées dans le cadre de ce projet :

J. Veytizou, J. Coton, G. Thomann, C. Vuillerot, 20th Int. Congress of World Muscle Society, Poster, Brighton, UK, September 30th – October 4th, 2015

J. Coton, D. Vincent-Genod, J. Veytizou, G. Thomann, C. Vuillerot, Innovative method using the sensor Kinect for motor functions evaluation in SMA type 2 and 3 children, Myology Congress 2016,

J. Veytizou, J. Coton, G. Thomann, C. Vuillerot, Evaluation of the Microsoft Kinect and KinectLAB software as a clinical assessment tool of functional motor abilities, Myology Congress 2016, Poster, Lyon, France, March 14th – 18th, 2016.

J. Coton, J. Veytizou, G. Thomann, F. Villeneuve, Etude de faisabilité de l’analyse de mouvement de doigts par le capteur LeapMotion, Handicap 2016, Conférence Handicap 2016 – 9ème édition, Paris, 8-10 juin 2016, Les technologies d'assistance : de la compensation à l'autonomie, Juin 2016, Paris, France. 6 p

D. Vincent-Genod, J. Coton, G. Thomann, C. Vuillerot, Innovative method for motor functions evaluation in SMA type 2 and 3 patients, SOFMER 2016, Poster, Saint-Etienne, France, October 13th – 15th, 2016

Justine Coton, D. Vincent-Genod, Guillaume Thomann, Carole Vuillerot, François Villeneuve, User-centered development of an information system in patient’s motor capacity evaluation, International Conference on Health Care Systems Engineering, HCSE17, Florence, 29-31 May, 2017

Publications déjà acceptée dans le cadre de ce projet :

Julie Coton, Guillaume Thomann, François Villeneuve, Construction of information modules based on a knowledge-based system for help in decision making, a medical application, 21st International Conference on Engineering Design, ICED17, Vancouver, Canada, 21-25 August, 2017

EPNS 2017 : soumission d’un Poster Europeen Pediatric Neurology Society

Contacts

Guillaume Thomann
Laboratoire G-SCOP, 46 avenue Félix Viallet, 38031 Grenoble Cedex1
guillaume.thomann@grenoble-inp.fr
06 43 98 13 62

Michel Dubois (Pr-HDR)
Laboratoire LIP-PC2S, Grenoble, Co-directeur de thèse
michel.dubois@univ-grenoble-alpes.fr

Connaissances et compétences

L'étudiant en doctorat aura une bonne connaissance en ingénierie industrielle (conception et développement de produits) et une bonne capacité à intégrer des caractéristiques spécifiques des utilisateurs. Connaissances et expérience dans le développement de logiciels (C # et Unity). Les expériences en biomécanique et en gestion des connaissances seront un avantage.

Nous recherchons un candidat qui a des facilités de collaboration avec le personnel médical et un esprit ouvert avec des patients (enfants) atteints de maladies neuromusculaires.


ENGLISH VERSION

Title: Development and evaluation of a system for measuring and analyzing data for children with neuromuscular diseases

Brief Description:

The work here takes place in the context of daily medical activities in the Grenoble hospital. Our goal is to test and measure the benefits of a low cost and easy to use technology for a change in medical practices and better patient involvement means. For practitioners (doctors, physiotherapists), we want not only to reduce (1) the large numbers of the measurement devices manipulations of but also (2) the time of post-treatment data. We also focus our study on patients who are physically and mentally very busy during medical evaluation:

The first job will be to conduct a literature review on our work environment. Several areas of investigation will be to explore. For this bibliographic research phase, the student will be guided by the researchers of G- SCOP and TIMC -IMAG laboratories. Particular attention will be paid to existing developments mobilizing Kinect Microsoft tool, particularly in the medical field (accuracy and data mining, usage constraints , development of suitable software , etc. . ) .

This bibliographic step will enrich the discussions and experiments that will be conducted with the therapists at the beginning of the thesis.

Following this first step, it will clearly define the functions that our tool will perform. The tool should meet requirements from therapists and patients. Other constraints will certainly appear (organizational, legal, economic, etc.) and the student will fully understand the characteristics of this future product. To do this, the activity of the patient/therapist couple, before, during and after the examination should be analyzed. Various means of observations and analysis tools activity already known G- SCOP can be used for this. The candidate will structure the technological proposal and suggest ways for development of this new product (including user-centered design methodologies, participatory or scenario-based design methodologies).

Prototyping phases of the product will begin. Kinect, a projector and a PC will be the basic material for the Ph.D. student for this step. A room at the hospital will be dedicated to create workspace and setting up experiments. This space will undertake trials closer to the users (therapist and patient).

The Ph.D. student will correctly set the Kinect tool and develop dedicated software for its use. It will caracterize the user space (" space game" before the kinect) , and define, with health professionals, parameters to manage the data captured by Kinect : Immediate farms ( graphs, tables, etc. . ) and capitalization for post-treatment (videos, Excel files, etc. . ). He will also define the computer interface that the therapist will use to conduct the assessment with the patient. An important part of the explanation of the tool will be the selection and creation of leisure activities to be performed by the patient. Each fun activity corresponds to an exercise protocol. Skills of TIMC- IMAG laboratory will ensure this crucial step: functional coupling between mechanisms regulating postural activity and controls the movement running.

Throughout the work, supervisors will ensure regular valuation of scientific work. In addition, issues of industrial protection (patent) or even economic recovery will be asked.

Knowledge and skills

The PhD student will have a good knowledge in particular in industrial engineering (design and product development) and good ability to integrate specific characteristics of users. Knowledge and experience in software development (C# and Unity). Experiences in biomechanics and knowledge management will be an advantage.

We search one candidate who has abilities in collaboration with the medical staff and an open mind with patients (children) with neuromuscular diseases.

 

Dans cette rubrique

(c) GdR 720 ISIS - CNRS - 2011-2015.