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La technologie au service du dépistage des pathologies du rachis

Publié le 31 août 2021
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Un projet Bachelor proposé à 9 d’étudiants de Grenoble INP - Génie industriel, UGA, sous la tutelle de Guillaume Thomann, vise à comprendre comment développer un système de dépistage rapide et sans contact de possibles pathologies du rachis par le personnel enseignant non médical dans les écoles à l’aide d’une caméra 3D. L’accent est mis sur l’accessibilité de la solution, autant sur son plan financier, que technique, ou ergonomique.

Mannequin squelette utilisé au cours du projet

Mannequin squelette utilisé au cours du projet

L’origine du projet

Ce projet sous la tutelle de Guillaume Thomann, enseignant-chercheur à Grenoble INP école de Génie industriel, se fait en partenariat avec l’école de kinésithérapie de Grenoble et s’inscrit dans la démarche des Projets Bachelor. Les projets Bachelor concernent tous les étudiants de première année de Génie industriel. Par groupe de 3-4, ils réalisent un projet qui répond aux besoins d’une discipline de leur choix. Ce projet rentre également dans le cadre de la thèse du doctorant Hugo Villi, effectuée au laboratoire G-SCOP, en collaboration avec Nicolas Pinsault, laboratoire TIMC et Directeur actuel de l’école de Kinésithérapie de Grenoble.

Le besoin principal était de fournir des outils de dépistage pour permettre aux écoles élémentaires de répondre aux obligations scolaires de santé, qui requièrent notamment qu’un infirmier scolaire constate par exemple le bon développement des yeux, dents et de la colonne chez les enfants.

La volonté derrière ce projet est de répondre à la baisse de personnels de santé dans les écoles, en proposant du matériel qui puisse être facilement et rapidement utilisé par les professeurs des écoles, afin de détecter au plus tôt des pathologies du rachis. Cela doit également s’inscrire dans le programme d’éducation élémentaire à la santé.

3 groupes de 3 étudiants ont été structurés pour construire les projets complémentaires suivants :
  • Le premier groupe s’est intéressé à l’enseignement de la partie médicale du projet : savoir ce qu’est un bon fonctionnement du dos, faire attention aux bonnes postures et aux bons mouvements. Pour cela ils ont été aidés par une étudiante de l’école de kinésithérapie de Grenoble, dont le projet rentre aussi dans le cadre de sa formation. Ils ont aussi été aidés par Oscar, un mannequin-squelette à taille humaine (voir photo).
  • Le deuxième groupe a eu pour mission de créer une animation autour de la partie technologique du projet, en s’appuyant sur un outil de capture sans contact. Il s’agit de l’utilisation de la caméra Kinect de Microsoft, qui permet d’avoir une représentation en 3D des profiles humanoïde dans le temps et dans l’espace.
  • Le troisième groupe quant à lui, devait s’occuper de l’interaction avec les enfants. Créer une activité ludique qui soit éducative et motivante pour des enfants d’école primaire autour de l’anatomie humaine, puis faire passer les tests aux enfants.
Suite aux activités effectuées, les enfants ont pu transmettre leurs apprentissages de la journée à leurs familles, sous forme de livrets et de maquette de colonne vertébrale.
Ce travail s’est réalisé en deux temps pour les étudiants de GI. D’abord 18 heures consacrées au projet réparties sur un semestre, puis quatre jours de travail sur une semaine en fin d’année.

Bien que l’objectif de ce projet soit la mise en place d’une technologie permettant un dépistage de masse sur les pathologies du rachis, l’idée est aussi de faire comprendre aux élèves les bonnes postures à adopter et les gestes à éviter. Ainsi le travail de détection se fait de pair avec un travail d’éducation.

Son aspect technique

La mise en place technique du système en question repose en grande partie sur la caméra Kinect. C’est une caméra 3D développée par Microsoft qui, via des rayons infrarouges, peut virtualiser les espaces et les formes qu’elle observe entre 0,5 mètre et 4,5 mètres.

A la manière du sonar d’une chauve-souris, son fonctionnement permet de déterminer la profondeur des objets qu’elle voit. Cela se fait grâce à une technologie appelée Time-of-flight (TOF), une technologie qui calcule le temps que met une onde émise par l’appareil pour parcourir une certaine distance afin de déduire la position et les dimensions des objets ou personnes que la caméra observe.

Lorsqu’elle se heurte à un corps humain, elle décompose son squelette en différents points d’intérêts anatomiques, qui correspondent principalement aux articulations du corps. Grâce à cette technologie, il est possible d’effectuer une cartographie du dos du patient et d’identifier la position de la colonne vertébrale en action, en vue de déterminer s’il y a ou non une pathologie du rachis.

Son aboutissement

Le projet des étudiants a abouti à la mise en œuvre d’ateliers le 9 juin 2021 dans les locaux de Génie industriel. Il était initialement prévu que ces ateliers soient mis en place dans l’école partenaire de Saint-Egrève, mais les restrictions liées au Covid-19 ont bousculé les plans.

Ainsi, ce sont 8 enfants de personnels de l’école et du laboratoire G-SCOP qui ont pu faire les 3 ateliers proposés. L’après-midi s’est déroulée de la manière suivante : dans un premier les enfants ont été accueillis par une présentation orientée autour de l’anatomie du corps humain, puis de la technologie de la Kinect pour comprendre comment cette caméra peut détecter à distance les troubles possibles du rachis. Cette présentation était suivie de trois activités :
  • La première consistait à comprendre la constitution de la colonne vertébrale. Elle était accompagnée de la conception d’une colonne vertébrale miniature, que les enfants ont réalisée en construisant des vertèbres avec des matériaux issus de la plateforme Ginova.
  • La seconde était composée d’une vidéo de quelques minutes pour découvrir ce que sont les rayons infrarouges. Ils ont ensuite assemblé le modèle 3D d’un cube et d’une maison grâce à un patron pour comprendre les notions de 2D et de 3D.
  • Et finalement la troisième activité amenait les enfants à réaliser une série d’étirement devant la Kinect pour observer les articulations de la colonne et ainsi détecter de possibles pathologies.
Après avoir effectué ces trois activités, un livret complété par les enfants et résumant les connaissances acquises pendant l’après-midi a été remis aux enfants. On y retrouve des jeux pédagogiques quant à la colonne vertébrale, mais aussi des conseils et des propositions d’exercices pour conserver son dos en bonne santé.

Les étudiants ayant participé au projet décrivent leur expérience comme enrichissante et qui les a amenés à travailler leur capacité d’adaptation de leur travail pour un public particulier : les enfants. Ainsi, bien qu’ils n’aient pas pu faire l’expérience dans les conditions initialement prévues, le bilan est très positif.

Le devenir du projet

L’objectif derrière la réalisation pratique d’expérience telle que celle qui a pu être menée, est de trouver les données précises à identifier pour pouvoir affirmer quel enfant doit consulté par un professionnel de santé pour approfondir les analyses. Il faut comprendre son applicabilité et donc établir un cahier des charges précis pour l’enseignant, afin de faciliter autant que possible la mise en place de dispositif, tout en respectant le protocole de l’exercice.

Ainsi la mise en pratique de la technologie développée va continuer, notamment au moment de l’événement « Faites de la science » qui aura lieu du 1er au 11 octobre 2021 auquel G-SCOP participe depuis plusieurs années. Des activités relativement similaires seront proposées à un public plus nombreux et varié par des équipes de G-SCOP sous l’intitulé « Comment va ta colonne vertébrale ? ». L’objectif est de pouvoir faire avancer le projet tout en faisant de la vulgarisation scientifique auprès du plus grand nombre.

Bien qu’à la rentrée prochaine, Génie industriel change sa maquette des cours et met fin aux projets Bachelor, le projet continuera sous la forme de valorisation d’engagements d’étudiants. Ainsi l’expérience continue à Génie industriel et l’objectif est de pouvoir le mener avec la collaboration d’étudiants de Grenoble INP sur l’année universitaire 2021-2022.

On espère que dans quelques années, le projet viendra s’installer dans les écoles élémentaires et facilitera la détection des pathologies sur rachis.

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mise à jour le 2 septembre 2021

Université Grenoble Alpes