Mesures de parametres geometriques et mecaniques de la position des personnes en fauteuil roulant

Through the décades studies have showed the relationship o f body orientation on pressure distribution with respect to seating. Several studies confirmed a direct relationship between the posture and pressure distribution but not many evaluated the whole body position in the wheelchair. The objective of this master’s project is to quantify the posture o f wheelchair’s users by mechanical and géométrie measurements.

In order to quantify the user's position in his wheelchair, a sample group of 20 wheelchair users was constituted. Fourteen géométrie parameters have been measured in order to represent the pelvic, trunk and lower limbs orientations. They have been defined by digitizing 23 anatomical landmarks. Mechanical parameters are used to measure the maximum pressure, average pressure and peak pressure on the seat and the back o f the wheelchair. A third kind o f parameter combining mechanical and géométrie measurements was used to represent the pelvic tilt and the orientations o f the ischial pressures. 

A measurement method has been developed allowing the évaluation of these parameters. Pre-defined landmarks are digitized with a mechanical arm (Microscribe3D, Immersion Corp.) on the subject and are used to represent the 3D position of the user in his wheelchair. To quantify the pressure distribution, a mat system (Force sensing array, Vista Médical Ltée) composed o f more than 200 sensors is used on the seat and the back of the wheelchair.

However, in this method différent types of errors are associated with these géométrie and mechanical measurements. In order to evaluate these errors and their impact on the précision of the various parameters, several tests have been performed to measure the posture reproducibility, the variation of the landmark identification and the accuracy of the digitizing procédure. Results showed that variability of most of the géométrie parameters is below 2 degrees with the sagittal rotation o f the pelvic (3.8°) presenting the highest variability and the thigh angle (0.5°) the lowest. The lowest variability of the mechanical parameters is obtained with the average pressure measurement (3 mmHg) and pressure gradient (3 mmHg/mm). The maximum pressure is less accurate and showed a variability o f more than 15 mmHg. The pelvic tilt measured with both mechanical and géométrie measurements showed a variability o f 4° and the orientation of the ischial pressure in the transverse plane presented the highest variability. 

Results of the corrélation between géométrie and mechanical parameters were not very conclusive. Some relations have been demonstrated such as the influence of the pelvic obliquity on the orientation of the ischial pressure in the frontal plane. Also, the régression analysis has permit to establish a polynomial relation between peak pressure and posterior tilt of the pelvic. The maximum value of peak pressure was measured around the value of 80°. Two types of pressure distribution were established for the sampie group ; pressure located under the ischial tuberosities or pressure located under the ischial tuberosities and the coccyx. Results o f this project have been correlated with the results of an extemal study on the évaluation of satisfaction and it has been demonstrated that pressure is not the only objective parameter in order to evaluate the comfort of the wheelchair user. This master is the first step for the évaluation of quantitative parameters of a sampie group of wheelchair users. 

Alternate abstract:

Durant les dernières années, plusieurs études ont confirmé l’influence de la posture sur la distribution de pression à l’interface du fauteuil et du sujet. Toutefois, bien qu’il y ait certains acquis sur le plan clinique, peu de recherches ont été orientées de façon à quantifier la position assise des utilisateurs d’aides techniques à la posture (ATP). L’objectif visé par ce projet de maîtrise est donc la quantification de la posture assise des personnes en fauteuil roulant par des mesures géométriques et mécaniques.

A cette fin, un échantillon composé de 19 utilisateurs d’aides techniques à la posture ayant des caractéristiques posturales particulières a été sélectionné. Tous les sujets recrutés présentaient une instabilité latérale du tronc, une bascule postérieure du bassin et utilisaient une aide technique modulaire avec appuis thoraciques. Différents paramètres géométriques ont été définis pour représenter la posture de la personne dans son fauteuil roulant. Ces paramètres sont associés aux régions du bassin, du tronc et des membres inférieurs et ont nécessité la numérisation 3 D de 23 repères anatomiques. Des paramètres mécaniques ont également été définis pour caractériser la distribution de pression à l'interface de l'usager et du fauteuil roulant. Ces paramètres sont utilisés pour représenter les pressions maximales, les pressions moyennes sur le siège ainsi que les gradients de pression. Un troisième type de paramètre combinant des mesures mécaniques et géométriques a été défini pour représenter un angle de bascule du bassin ainsi que l’orientation des pressions ischiatiques.

Un protocole a été développé afin de permettre de mesurer ces paramètres sur le groupe d’utilisateurs d’aides techniques à la posture. Ainsi, pour enregistrer la position tridimensionnelle des repères anatomiques, un numériseur tridimensionnel Microscribe3D (Immersion Corp.) a été utilisé. Les données mécaniques à l’interface des éléments de contact corporel ont été caractérisées à l’aide du système de capteurs de pression Force Sensing Array (Vista Médical Ltée.). Ce système est composé de deux matrices de 225 et 240 capteurs qui sont placés sur le dossier et le siège du fauteuil roulant de l'usager.

Dans le but d’évaluer la variabilité des paramètres, des tests préliminaire»; ont été effectués sur un échantillon de cinq sujets sans incapacités. Ces tests avaient pour objectif de mesurer la reproductibilité de la position assise, la variabilité dans l'identification des repères anatomiques et la variabilité dans la procédure de numérisation. Les résultats des tests préliminaires ont démontré que la variabilité de la plupart des paramètres géométriques est inférieure à 2 degrés, les mesures les plus précises étant associées aux angles des cuisses (0,5°) et celles démontrant une plus grande variabilité se retrouvent au niveau de la bascule du bassin (3,8°). Les paramètres mécaniques les plus précis sont ceux associés aux mesures de pressions moyennes (3mmHg) et de gradients de pression (3mmHg/cm). Les angles de bascule du bassin évalués en combinant les mesures mécaniques et géométriques présentent une variabilité de 4°.

Une étude de corrélation a permis de vérifier la présence de faibles relations entre les paramètres géométriques et mécaniques, telle que celle entre l’obliquité du bassin et l’orientation des pressions ischiatiques dans le plan frontal. Deux patrons de distribution de pression ont pu être établis pour le groupe à l’étude, soit des pressions localisées sous la région des ischions ou des pressions localisées sous les ischions et le coccyx. Une étude de régression polynomiale a également permis de démontrer que les pressions maximales et les gradients maximums se situent autour des valeurs de bascule du bassin de 80°. Finalement, la mise en commun des résultats de ce projet avec ceux d’un projet externe sur l’évaluation de la satisfaction des utilisateurs d’ATP démontre que la pression ne peut être utilisée comme unique paramètre pour évaluer le confort. 

Ce projet de maîtrise constitue une étude préliminaire qui a permis de mettre sur pied un protocole de mesures et de définir différents paramètres relatifs à la position assise des personnes en fauteuil roulant. De plus, il a été possible de démontrer les lacunes et les acquis dans le domaine de la quantification de la position assise. Les résultats de ce projet confirment que la pression n’est pas le seul paramètre mécanique à considérer pour quantifier la position assise d’un groupe d’utilisateurs d’ATP.