TecSan 2009

DES STIC ET DES HOMMES
RoBIK: Robust Brain-computer
Interface for virtual Keyboard
TecSan 2009
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OBJECTIFS DU PROJET
Les interfaces cerveau-ordinateur (ICO) permettent la traduction de signaux
cérébraux en commande numérique. Longtemps, les ICO ont été considérées
comme une aide technique privilégiée pour les patients sévèrement
handicapés dans la mesure où elles n’utilisent pas le système nerveux
périphérique. Malgré d’importants progrès au cours des 30 dernières années,
la technologie n’est utilisée quotidiennement par aucun patient. L’objectif du
projet RoBIK est donc le développement d’un prototype d’ICO pour la
communication utilisable au quotidien pour améliorer la communication des
patients sévèrement handicapés.
d’électrodes en Chlorure d’Argent à des emplacements (système 10/20)
adaptés à l’application ciblée. Les matériaux utilisés, le poids et le design du
casque ont été sélectionnés pour répondre aux besoins de patients dans un
contexte clinique.
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MÉTHODOLOGIE ET RESULTATS
Notre projet se décompose en quatre tâches principales: étude des besoins
patients, développements logiciels et matériels et évaluation clinique.
Evaluation des besoins
La première étape de notre projet a consisté à recenser les besoins des
utilisateurs (personnel soignant, famille et proches, n=20) et des bénéficiaires
(personnes en situation de handicap, PSH, n=25). Par l’intermédiaire d’un
questionnaire, nous avons ainsi identifié deux populations de patients très
différentes avec, d’une part les patients chroniques qui disposent souvent
d’une aide technique performante, et d’autre part les patients aigus
(traumas, accidents vasculaires cérébraux, syndromes de Guillain-Barré) pour
lesquels une solution pour pallier au déficit de communication doit être
identifiée rapidement. Malheureusement beaucoup de ces patients se trouvent
admis en service de réanimation où, le matériel (ventilation mécanique) et les
traitements utilisés (sédation) sont potentiellement incompatibles avec le
recueil et l’analyse de signaux cérébraux. Nous avons donc tout d’abord
confirmé avec succès la faisabilité d’une telle application en services de
réanimation et de réhabilitation. De plus, le questionnaire identifie la
communication comme besoin principal de ces patients et a encadré le design
des logiciels ainsi que celui du casque développé pour le recueil des signaux
cérébraux.
Casque de recueil de signaux cérébraux
Le casque développé dans le cadre du projet est composé de deux
__éléments: une électronique d’acquisition et un casque de support pour les
électrodes.
L’électronique est une carte miniaturisée qui permet l’acquisition de 32
canaux électro-encéphalographiques (EEG) à une fréquence d’échantillonnage
de 1kHz. Les caractéristiques d’acquisition sont supérieures à de nombreux
amplificateurs EEG disponibles sur le marché. Différentes fonctionnalités sont
disponibles avec, en particulier, la possibilité de transmettre les données sansfil à l’aide d’un protocole de communication propriétaire basse consommation,
offrant une autonomie générale d’environs 20 heures.
Le casque a été conçu pour permettre le placement rapide d’une vingtaine
Logiciel et algorithmes d’analyse des signaux EEG
La plupart des applications ICO ne sont pas utilisées par les patients car leur
installation et utilisation sont trop complexe. Par ailleurs peu de systèmes
aujourd’hui disponibles sont connectés à une réelle application. De plus le
transfert d’une technologie au chevet du patient expose les signaux à de
nombreux bruits absents des laboratoires de recherche.
Un algorithme exploitant les propriétés intéressantes des espaces
Riemanniens a permis la mise au point d’un index de qualité de signal
robuste offrant une technique unique pour le contrôle de l’application: les
stimulations visuelles peuvent ainsi être momentanément stoppées en
fonction de la présence de bruit dans les signaux.
Enfin, pour que ces algorithmes puissent-être utilisés sans l’intervention d’une
personne qualifiée, une application a été développée afin d’automatiser la
calibration des algorithmes et d’offrir une interface intuitive à l’intention du
patient et du personnel soignant. Le framework utilisé pour développer
l’application permet une stimulation précise des différents éléments à l’écran
et offre la possibilité de créer de nouvelles applications facilement.
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CONCLUSION ET PERSPECTIVES
Le prototype est actuellement évalué dans le cadre d’un essai
pilote
randomisé multi-centrique. Ses performances seront comparées à un système
dit « à défilement » utilisé couramment par les patients comme aide technique
pour la communication.
L’interface développé permet le développement rapide
de nombreuses nouvelles applications ICO et pourra
également être utilisée via un système à défilement.
Les algorithmes ont été publiés
sur la plateforme Open-Vibe
et sont à disposition de la
communauté scientifique.
Finalement, le casque sera
amélioré pour
éventuellement faire l’objet
d’une industrialisation à
l’intention de la communauté
ICO mais également des services
d’explorations fonctionnelles.
PARTENAIRES: CIC-IT de Garches (AP-HP, UVSQ, INSERM), DIXIMicrotechniques à Besançon,
Gipsa-Lab (CNRS) et Leti (CEA) à Grenoble.
[email protected] CICIT – APHP Hôpital Raymond Poincaré 92380 Garches