Unité de stimulation électrofonctionnelle répartie : Langage et noyau d'exécution, supportant les modifications « temps-réel »

La Stimulation Electro-Fonctionnelle (SEF) est l'une des solutions technologiques actuellement envisagée pour la réhabilitation de fonctions humaines. Notre système de stimulation électro-fonctionnelle repose sur une architecture de nouvelle génération basée sur des implants distribués «intelligents» : les Unités de Stimulation Réparties (USR). Le concept d'USR s'inscrit dans une architecture basée sur un contrôleur extra-corporel et des unités intelligentes intra-corporelles, qui ne sont pas physiquement reliés. Ce concept d'USR suppose donc une communication sans-fil. Ce rapport de recherche aborde plus particulièrement la partie commande de l'électrode avec le générateur de stimulation interne à l'USR

Communication sur architecture de stimulation répartie : Le protocole application, du modèle à l'implémentation

La Stimulation Electro-Fonctionnelle (SEF) est l'une des solutions technologiques actuellement envisagée pour la réhabilitation de fonctions humaines. Notre système de stimulation électro-fonctionnelle repose sur une architecture de nouvelle génération basée sur des implants distribués «intelligents» : les Unités de Stimulation Réparties (USR). Le concept d'USR s'inscrit dans une architecture basée sur un contrôleur extra-corporel et des unités intelligentes intra-corporelles, qui ne sont pas physiquement reliés. Ce concept d'USR suppose donc une communication sans-fil ; elle repose sur une pile protocolaire à 3 couches : couche Physique, couche d'accès au médium (MAC) et couche Application. Ce rapport de recherche aborde plus particulièrement la couche Application et son implantation sur composant FPGA

Méthode d'accès au médium à intervalles glissants et son implantation au sein d'une unité de stimulation répartie

La Stimulation Electro-Fonctionnelle (SEF) est l'une des solutions technologiques actuellement envisagée pour la réhabilitation de fonctions humaines. Notre système de stimulation électro-fonctionnelle repose sur une architecture de nouvelle génération basée sur des implants distribués «intelligents» : les Unités de Stimulation Réparties (USR). Le concept d'USR s'inscrit dans une architecture basée sur un contrôleur extra-corporel et des unités intelligentes intra-corporelles, qui ne sont pas physiquement reliés. Ce concept d'USR suppose donc une communication sans-fil ; elle repose sur une pile protocolaire à 3 couches : couche Physique, couche d'accès au médium (MAC) et couche Application. Ce rapport de recherche aborde plus particulièrement la méthode d'accès au médium (MAC) que nous avons brevetée et son implantation sur composant FPGA

Stimulation Electro-Fonctionnelle : Vers une Architecture distribuée de Stimulation Neurale

International audienceLa restauration artificielle du mouvement consiste à avoir recours à des entités du monde « artificiel » pour contrôler des entités du monde « vivant », en l'occurrence ici les muscles squelettiques, dans le but de réhabiliter des fonctions humaines. La réhabilitation fonctionnelle a abandonné depuis quelques décennies les orthèses motorisées au profit de la stimulation électrique fonctionnelle connue sous l'acronyme SEF. Nos études se fondent sur l'exploitation directe des nerfs périphériques (moteurs, mais aussi sensitifs), dont l'activation permet de commander une contraction musculaire ; ils conduisent l'influx nerveux, i.e. le potentiel d'action. « Maîtriser » ce potentiel d'action permettrait d'atteindre une commande progressive, reproductible et sélective du muscle. Dans cet objectif, nous proposons une approche neurale qui repose sur une architecture de stimulation distribuée. Du concept au prototype et sa mise en réseau, l'article présente la notion d'unité de stimulation neurale répartie sur lequel repose cette architecture

From Neuroprosthetics to Implanted FES Control Architecture

International audienceIn this paper, we deal with complementary aspects of an implanted Functional Electrical Stimulation control architecture: distributed stimulation units, deterministic implanted network, architecture implantation (electronic devices) and control over this network. We argue from analogy with embedded control architecture, of robots for example, from distributed control, closed-loop control, supervisory control and fieldbus considerations. The global embedded FES architecture on which can rely a functional rehabilitation is presented. We give some details on the distributed entities of this architecture as they constitute the interface between the artificial and living "worlds", and we expose their interconnection through an intrabody network which is similar to an implanted fieldbus

A Distributed Architecture for Activating the Peripheral Nervous System

International audienceWe present a new system for functional electrical stimulation (FES) applications based on networked stimulation units. They embed advanced an analog circuit, which provides multipolar and multiphasic stimulation profiles, and digital circuits, which ensure safety, locally executed programmed profiles, and communication with the master controller. This architecture is thus based on distributed stimulation units (DSU) that need only a 2-wire bus to communicate, regardless of the number of poles of each DSU-driven electrode. This structure minimizes the required bandwidth between master and distributed units, increases the safety and stimulation features, and decreases the complexity of the surgical approach. We have successfully tested this network-based stimulation architecture on benchtop stimulators. This original approach allows broad exploration of all possible methods to stimulate peripheral nerves, particularly in the goal of restoring motor function. It provides a powerful research device to determine the optimal, least aggressive, and most efficient way to activate the peripheral nervous system using an implanted FES system that is less invasive than other existing devices

Petri Net Based Rapid Prototyping of Digital Complex System

International audienceThis paper deals with the automatic translation of interpreted generalized Petri Nets with time into VHDL, for rapid prototyping on programmable logic device purposes. This approach is based on the component orientation of the VHDL language, and defines two elementary VHDL components: the place and the transition. This transition component is a "pivot" element of the approach, since it supports all the interconnections between places and transitions (i.e. it allows the structure of the PN to be built). Moreover, with the aim to reduce power consumption, we proposed to control the VHDL component's activity according to an approach based on the "activity propagation" principle since PNs are oriented graphs

Petri nets based methodology for communicating neuroprosthesis design and prototyping

International audienceIn this paper, we deal with a design flow that makes easier the design of complex digital systems and allows their fast prototyping, This design flow is based on Petri Nets (PN) and components. The PN-based approach allows for high level analysis, the component aspect favors modularity and reusability, and automatic translation of PN into VHDL enables safe and fast prototyping. To support this design flow, a software tool has been created: HIgh LEvel hardware COmponent Programming (HILECOP). We applied this methodology and its associated software tool to realize prototypes of biomedical devices. Indeed, in the context of functional rehabilitation by means of functional electrical stimulation, it has been used to create a prototype of an implantable stimulator which is briefly exposed, communicating according to a given protocol stack

Intrabody Network for Advanced and Efficient Functional Electrical Stimulation

International audienceWe have developed the first hardware and software elements to provide an implanted FES system based on networked stimulation units. They embed advanced analogue circuits to provide multi-polar and multi-phasic stimulation profiles, and numeric circuits to ensure safety, to locally execute programmed profiles, to support remote configuration and control communications). This architecture needs only for a 2-wire bus to communicate whatever the number of poles of the driven electrode is. Moreover the bus will provide energy. This structure is then easy to implant in the way that a single 2-wire cable needs to be linked from one unit to the next. The configuration can evolve adding new stimulation units in further surgical sessions. In the same time each unit will offer a wide variety of stimulation profiles on multipolar electrodes opening a wide research and application areas

Sliding Time Interval based MAC Protocol and its Temporal Validation

International audienceIn the context of distributed systems, the communication requirements are very different depending on the supported application, the system topology and the environment. The functional electrical stimulation is a critical and real time application domain: communications have to be safe (no loss, neither long nor unexpected delay). Therefore, an important part of this system from an efficiency point of view is the medium access mechanism. To fit with the specific constraints of our context, a new MAC protocol has been designed: STIMAP (Sliding Time Interval based Medium Access Protocol). This article presents a formal validation of this new protocol, allowing the validation of its behavior in an exhaustive way