Communication Dans Un Congrès Année : 2025

ARRoW: Mixed reality and gait training for postoperative rehabilitation in children with cerebral palsy

ARRoW: Réalité Augmentée et Entraînement à la Marche pour la Rééducation Postopératoire des enfants atteints de Paralysie Cérébrale

Résumé

Cerebral palsy (CP) is a neurological condition that can lead to motor impairments, orthopedic deformities, and limitations in mobility. Multi-level orthopedic surgery is often proposed to address these issues. However, postoperative rehabilitation is typically lengthy, and its effectiveness may be limited by resource constraints and/or declining patient motivation over time. ARRoW is an active mixed-reality video game designed to offer an immersive and interactive approach to rehabilitation, aiming to enhance patient engagement and improve locomotor outcomes following surgery. ARRoW implements a four-week therapeutic protocol, consisting of three training sessions per week. Each session follows an individualized training program based on a target walking speed, with predefined and progressively increasing intensity, volume, and duration. The motor task involves a series of walking sprints, inspired by the protocol of Zwinkel et al. [1], which focuses on increasing walking speed. Mixed reality, delivered via a head- mounted display, was selected to allow free walking within a safe, controlled environment while remaining compatible with assistive walking devices. To compute spatiotemporal gait parameters from head motion data, a dedicated algorithm named HoloStep was developed, validated, and integrated into the ARRoW game [2]. A preliminary comparative evaluation identified the most effective feedback modality to optimize performance and motivation [3]. Additionally, gamification principles were embedded in the design to further enhance patient engagement and the effectiveness of rehabilitation. A randomized controlled trial is currently underway. The control group undergoes treadmill-based gait training for up to 30 minutes per session, based on a protocol adapted from Grecco et al. [4]. Validation tests conducted with children with CP demonstrated a HoloStep error rate below 5%, confirming the algorithm’s accuracy. The most effective feedback modality was identified as a dynamic visual cue moving at the target speed, allowing patients to adjust their gait without abrupt accelerations or decelerations. This feedback approach has been integrated and gamified within the ARRoW gameplay. Preliminary results from the ongoing clinical trial (n = 19) indicate a trend in favor of ARRoW for improving walking capacity (6-minute walk test: ARRoW group +0.28 m/s vs. Treadmill group +0.24 m/s) and anaerobic performance (Muscle Power Sprint Test: ARRoW group +0.27 m/s vs. Treadmill group +0.15 m/s) compared to intensive treadmill rehabilitation. Patient satisfaction and motivation, assessed using the validated PACES questionnaire, show a strong preference for this innovative therapy (positive item score: ARRoW group 34.9 vs. Treadmill group 27.4). Currently in the maturation phase with support from SATT Paris-Saclay, the project aims to achieve technology transfer for nationwide dissemination in rehabilitation centers.

La paralysie cérébrale (PC) est une affection neurologique pouvant entrainer des troubles moteurs, des déformations orthopédiques et limiter la locomotion. La chirurgie orthopédique multi-étagée peut alors être proposée. La rééducation postopératoire qui suit est longue et son efficacité peut être réduite du fait de ressources limitées et/ou d’une baisse de motivation au fil du temps. ARRoW est un jeu vidéo actif en réalité mixte, qui propose une approche immersive et interactive pour optimiser la rééducation, en améliorant l’engagement des patients et leur progression locomotrice après l’intervention chirurgicale. ARRoW intègre un protocole thérapeutique sur 4 semaines consécutives, avec 3 sessions par semaine. Chaque séance d’entraînement suit un programme avec une vitesse objectif adaptée à chacun et structuré avec une intensité, un volume et une durée prédéfinis et progressifs. La tache motrice consiste en la réalisation d’une série de sprints de marche. Il est inspiré de Zwinkel et al. [1] axé sur l’intensification de la vitesse de marche. La réalité mixte via un casque a été choisie pour permettre une marche libre dans un environnement sécurisé et contrôlé, tout en restant compatible avec les aides à la marche. Afin de calculer les paramètres spatiaux-temporel de la marche à partir des mouvements de la tête, un algorithme « HoloStep » a été développé, validé et intégré au jeu ARRoW [2]. Une évaluation comparative préliminaire a déterminé la meilleure modalité de feedback pour optimiser performance et motivation [3]. Enfin, des principes de gamification ont été intégrés pour renforcer l’engagement des patients et améliorer l’efficacité de la rééducation. Un essai randomisé contrôlé est en cours. Le groupe témoin suit un entraînement à la marche sur tapis roulant d’une durée maximale de 30 minutes par séance adapté de Grecco et al. [4]. Les tests de validation avec des enfants atteints de PC ont révélé un taux d’erreur inférieur à 5 % pour l’algorithme HoloStep confirmant sa précision. La modalité de feedback la plus efficace est un repère visuel dynamique se déplaçant à la vitesse cible, permettant au patient d’ajuster sa marche en évitant les perturbations (accélération/décélération brusques). Cette modalité a été intégrée et gamifiée dans le scénario du jeu ARRoW. L’étude clinique en cours (19 patients inclus) montre une tendance en faveur de ARRoW pour améliorer la capacité de marche (test de marche de 6 minutes : groupe ARRoW + 0.28 m/s vs. Groupe tapis + 0.24 m/s) et la performance anaérobie (Muscle Power Sprint Test : groupe ARRoW + 0.27 m/s vs. Groupe tapis + 0.15 m/s) par rapport à une rééducation intensive sur tapis roulant. La satisfaction et la motivation évaluées par un questionnaire validé (PACES) atteste une large préférence pour cette thérapie innovante (score item positif groupe ARRoW : 34.9 points vs. Groupe tapis 27.4 points). Actuellement en phase de maturation (soutien SATT-Paris Saclay), le projet vise un transfert de technologie en vue d’une diffusion nationale dans les centres de rééducation.

Fichier non déposé

Dates et versions

hal-05182278 , version 1 (23-07-2025)

Identifiants

  • HAL Id : hal-05182278 , version 1

Citer

Anne-Laure Guinet, Abbass Ballit, Guillaume Bouyer, Samir Otmane, Eric Dessailly. ARRoW: Réalité Augmentée et Entraînement à la Marche pour la Rééducation Postopératoire des enfants atteints de Paralysie Cérébrale. Colloque « La XR en mouvement », Jun 2025, Limoges, France. ⟨hal-05182278⟩
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