LA PROTHÈSE:
Une prothèse est une pièce artificielle remplaçant un organe ou un membre disparu, dans le cas du remplacement d’un membre tel que le bras ou la main, on parle de prothèses «externes» ou d’exo-prothèses. Il existe différents types de prothèses de la main: les prothèses électriques, les prothèses mécaniques et les prothèses purement esthétiques. Dans ce blog, nous nous concentrerons sur les prothèses électriques car ce sont les plus performantes. Les prothèses électriques peuvent aussi être réparties en deux groupes distincts: les prothèses myoélectriques et les prothèses neuronales aussi appelées prothèses bioniques qui sont encore au stade de développement.
LA PROTHÈSE MYOÉLECTRIQUE:
Myoélectrique est formé du grec «myo» qui veut dire muscle et de «électrique». Cette prothèse est souvent utilisée suite à des amputations de l’avant-bras. En effet, suite à une amputation, il reste toujours des parties de muscles originales dans le moignon. Chaque contraction de ces muscles est accompagnée par une petite tension électrique due aux messages nerveux à caractère électrique. Avec la prothèse myoélectrique, cette tension (entre 10 et 40 micro V) est récupérée par deux électrodes en métal posés sur la surface de la peau du moignon (généralement un au-dessus et un en-dessous de l’avant-bras),
puis transformée en commande pour la main. Dans les modèles les moins développés 4 mouvements sont possibles; une contraction rapide d'un muscle permettra d'ouvrir la pince dite sensible (formée du pouce, de l'index et du majeur) tandis qu'une contraction lente permettra un mouvement de supination de la main, la contraction rapide de l'autre muscle fermera la pince et une contraction lente du même muscle permettra un mouvement de pronation de la main. Dans un modèle plus développé un microprocesseur envoie à son tour les informations soit à des moteurs placés dans la main qui en actionnant les articulations permettent le mouvement,
ÉLECTRODE
puis transformée en commande pour la main. Dans les modèles les moins développés 4 mouvements sont possibles; une contraction rapide d'un muscle permettra d'ouvrir la pince dite sensible (formée du pouce, de l'index et du majeur) tandis qu'une contraction lente permettra un mouvement de supination de la main, la contraction rapide de l'autre muscle fermera la pince et une contraction lente du même muscle permettra un mouvement de pronation de la main. Dans un modèle plus développé un microprocesseur envoie à son tour les informations soit à des moteurs placés dans la main qui en actionnant les articulations permettent le mouvement,
soit, dans le cas d’une main hydraulique, à une valve qui répartit ensuite l’eau dans les différentes chambres situées aux articulations pour donner un mouvement à celles-ci.
L’énergie nécessaire pour ces mouvements est fournie par une pile. En fonction de la prothèse myoélectrique utilisée, l’ampleur de l’activité musculaire a des conséquences sur la vitesse de fermeture et d'ouverture de la prothèse, en effet plus l’activité est grande, plus la vitesse de la prothèse est grande. Sur d’autres modèles, la vitesse est constante. Pour les bras myoélectriques, le mouvement du bras n’est pas toujours en accord avec ce que veut faire le porteur, par exemple il se peut que la commande : tourner le poignet pour une main humaine, provoque l’ouverture de la main pour le bras robotique. Ces prothèses sont fabriquées en majeure partie avec des plastiques résistants ou de la fibre de carbone, ceci permet une prothèse de poids acceptable. Comme la prothèse myoélectrique a des composantes électriques il faut la protéger des liquides et autres choses ayant la possibilité de nuire à son bon fonctionnement. Pour cela, il est recouvert d’un gant protecteur flexible fabriqué en plastique imperméable (silicone,latex). Ce gant permet non seulement de protéger la main artificielle, mais lui donne aussi une certaine adhérence nécessaire pour attraper les objets sans qu’ils glissent des mains, il peut aussi servir à donner un aspect plus esthétique à la prothèse. Par exemple avec le gant cosmétique de la société TOUCH BIONICS, on peine à faire la différence entre la prothèse et la vraie main.
LAQUELLE EST UNE PROTHÈSE?
PROTHÈSE MYOÉLECTRIQUE
LA PROTHESE BIONIQUE/NEURONALE:
Les prothèses neuronales sont encore au stade de développement pour le moment, mais ils annoncent de réels progrès dans le monde prothétique. Ils se rapprochent un peu des mains myoélectriques mais sont beaucoup plus performants. Lorsque un membre est amputé, les nerfs qui le commandaient restent actifs, l’amputé a même l’impression de sentir sa main disparue, on parle de « bras fantôme ». Lorsque l’amputé fait réagir ces nerfs, le « bras fantôme » se met en action. Pour commander la prothèse neuronale, ces nerfs du membre amputé sont réimplantés sur d’autres muscles du corps (ex : partie supérieure du bras, pectoraux etc.…). Lorsque l’amputé bouge son « bras fantôme » les muscles sur lesquels ont été réimplantés les nerfs s’activent, comme pour la prothèse myoélectrique, l’activité électrique de ces muscles est recueillie par des électrodes (multiples) reliés à un ordinateur situé dans la main qui transforme ces messages électriques en mouvement de la prothèse grâce à des moteurs. Cependant il faut bien régler ce microprocesseur pour qu’il envoie le bon signal au bon moteur. Les signaux musculaires associés à un mouvement sont identifiés et mis dans la mémoire de l’ordinateur, celle-ci est programmée pour mettre en route les moteurs correspondants aux différents signaux.
LIEN ENTRE CORPS ET PROTHÈSE:
Dans le cas d’une prothèse myoélectrique, la main artificielle est attachée au bras grâce à une emboîture dans laquelle rentre le moignon,
chaque emboîture de prothèse est fabriqué sur mesure pour l'amputée, tout d'abord un négative du moignon est prise en plâtre, puis grâce a celle-ci un positive en plâtre sera fabriqué sur laquelle l'emboîture sera modélisé. L'emboîture et souvent prolongé jusqu'au coude pour que la prothèse tienne mieux sur le bras (s'accroche aux os du coude).
Pour une prothèse bionique, la prothèse est attachée au corps grâce à un harnais moulé reposant sur les épaules du porteur.(photo ci-dessous)
EMBOÎTURE SE PROLONGEANT AU COUDE
POSITIVE EN PLÂTRE
Pour une prothèse bionique, la prothèse est attachée au corps grâce à un harnais moulé reposant sur les épaules du porteur.(photo ci-dessous)
FONCTIONNALITÉS DE LA PROTHÈSE:
MOBILITÉ :
La main humaine permet 22 degrés de liberté, pour le moment les prothèses les plus performantes sur le marché en permettent 7. La plus part des prothèses myo électriques à ce jour ne permettent que 4 mouvements de la main, ouverture et fermeture de la pince sensible, pronation de la main et supination de la main. Ceci étant, certains prothèses myo-
électriques plus performantes permettent de faire plusieurs mouvement utiles dans la vie de tous les jours. (schéma)
SENSIBILITE:
Pour le moment, aucune prothèse sur le marché ne permet de renvoyer des informations au cerveau, en d’autres mots, d’avoir de la sensibilité, là aussi, les prothèses au stade de développement promettent de nettes améliorations. Par exemple sur un futur modèle de prothèse des renflements de l'extrémité des doigts permettront de détecter la pression, les vibrations et la température. Ces données seront ensuite transmises par radio aux électrodes, puis renvoyées par les nerfs vers le cerveau (voir photographie). Dans un autre modèle de prothèse des coussinets placés à l'extrémité des doigts seront reliés à des sortes de petits bâtonnets implantés dans le moignon. La fréquence de vibration des bâtonnets indiquera si la surface touchée est rêche ou lisse. La prothèse LUKEARM de la société DARPA aura un boîtier fixé sur la ceinture de l'amputé relié à la main. La fréquence de vibrations de ce boîtier permettra de connaître la force de la poigne.
SENSIBILITE:
Pour le moment, aucune prothèse sur le marché ne permet de renvoyer des informations au cerveau, en d’autres mots, d’avoir de la sensibilité, là aussi, les prothèses au stade de développement promettent de nettes améliorations. Par exemple sur un futur modèle de prothèse des renflements de l'extrémité des doigts permettront de détecter la pression, les vibrations et la température. Ces données seront ensuite transmises par radio aux électrodes, puis renvoyées par les nerfs vers le cerveau (voir photographie). Dans un autre modèle de prothèse des coussinets placés à l'extrémité des doigts seront reliés à des sortes de petits bâtonnets implantés dans le moignon. La fréquence de vibration des bâtonnets indiquera si la surface touchée est rêche ou lisse. La prothèse LUKEARM de la société DARPA aura un boîtier fixé sur la ceinture de l'amputé relié à la main. La fréquence de vibrations de ce boîtier permettra de connaître la force de la poigne.
