Brevet FR2267735A1 — publié le 19751114

L'invention a trait à un dispositif de visualisation dynamique de la répartition des pressions d'appui de la plante du pied du genre comportant un transducteur piézo-optique composé d'éléments traduisant la pression supportée en intensité lumineuse, et un moyen d'analyse séquentielle de ces éléments pour affichage d' une carte isobares. Les dispositifs d'étude de la répartition des forces d'appui du pied lors de la marche, pour l'analyse d'affections de l'appareil locomoteur et notamment des pieds, peuvent se classer en deux catégories. Dans une première catégorie un capteur, comportant un petit nombre de transducteurs, est lié au pied et chacun des transducteurs est relié à une voie d'analyse distincte. Le sujet marche sur un tapis roulant en sens contraire de la progression de ce suJet, de façon que la distance du sujet à l'analyseur reste sensiblement constante. On enregistre simultanément les signaux sur chacune des voies d'analyse Dans une seconde catégorie, un capteur à éléments multiples représente la surface sur laquelle le pied vient prendre appui au cours de la marche.Les informations de pression sont recueillies par une exploration séquentielle des éléments du capteur et traitées pour être restituées sous une forme exploitable, comme par exemple une suc#cession de cartes d'isobares, ou lignes d'égale pression. Cette seconde catégorie de dispositifs donne une résolution beaucoup plus fine des informations de position au prix d'une multiplication des éléments du capteur, dont les positions individuelles sont connues par le rang de la séquence d'exploration. On a réalisé des capteurs de ce genre constitués par un tapis souple dont la face inférieure diffusante est une matrice de pyramides reposant par leur pointe sur une surface transparente. La pression locale du pied sur la surface supérieure du tapis provoque un écrasement des pyramides dont la surface de contact croît avec la pression.Grâce à un éclairage convenable ces surfaces de contact forment des plages claires sur un fond plus sombre. On obtient ainsi un transducteur piézo-optique composé d'une matrice d'éléments unitaires dont on peut analyser en séquence la quantité de lumière diffusée. Toutes fois l'exploration séquentielle de cette matrice exige une coinci- dence exacte de la trame d'exploration et de la matrice, ce qui nécessite soit un réglage en direction et position de la trame d' exploration, soit une analyse de corrélation du signal d'exploration pour reconstituer des informations séquentielles conformes au contenu des informations de la matrice. Les deux solutions conduisent à des réalisations complexes et coûteuses. L'invention a pour but de simplifier les problèmes de coinci- dence spatiale des éléments du transducteur piézo-optique et des informations séquentielles d'analyse. A cet effet, l'invention propose un dispositif de visualisation dynamique de la répartition des pressions d'appui de la plante du pied, du genre comportant un transducteur piézo-optique composé d'éléments traduisant la pression supportée en intensité lumineuse, et un moyen d'analyse séquentielle de ces éléments pour affichage d'une carte d 'iso- bares, caractérisé par un transducteur en brume de panneau plan adapté à former un réseau de stries lumineuses parallèles, la largeur de ces stries étant en chaque point une fonction directe de la pression normale au panneau en ce point, et par un analyseur avec balayage ligne et trame, le balayage ligne étant orthogonal aux stries. Ainsi la matrice des éléments d'information de pression locale est formée par l'intersection du réseau de stries du transducteur et du réseau de lignes de balayage de l'analyseur et la séquence d'informations recueillies par l'analyseur est directement et sans réglage la séquence d'informations venant de la matrice. Selon une disposition préférée de l'invention le transducteur précité comprend une plaque transparente à faces parallèles éclairée par la tranche sous une incidence correspondant à une réflexion totale sur lesdites faces, et un tapis élastique comportant une face diffusant la lumière et constituée d'un réseau de dièdres saillants à arêtes vives, ledit tapis reposant sur ladite plaque selon lesdites arêtes.Aux points de contact de la face diffusante du tapis et de la plaque transparente la lumière piégée par réflexion totale dans la plaque se trouve diffusée, les points de contact apparaissant lumineux à travers la plaque. L' écrasement des arêtes des dièdres sous la pression d'appui provoque un élargissement local des stries du réseau formé par les arêtes, De préférence la plaque précitée est horizontale et l'analyseur comprend une caméra de télévision et un miroir incliné de visée latérale du réseau. La caméra de télévision constitue un analyseur à balayage ligne et trame existant en soi, et la visée latérale par miroir incliné permet de réduire l'encombrement vertical du dispositif. À la suite de cette caméra de télévision, l'analyseur comporte de préférence un circuit chronométrique adapté à délivrer une séquence temporelle de nombres d'impulsions chronométriques en réponse à une séquence temporelle d'impulsions à durée variable issues de ladite caméra, un convertisseur numérique analogique délivrant, en réponse à ladite séquence de nombres, une tension proportionnelle successivement à chacun de ces nombres, un circuit quantificateur délivrant une succession d'échelons de tension correspondant à des niveaux discrets prédéterminés de ladite tension proportionnelle, et un récepteur vidéo connu en soi et adapté à présenter une pluralité de cartes d'isobares, chacune de ces cartes correspondant à une ou un nombre entier de trames. L'exploration par la caméra du réseau de stries du transducteur donne naissance sur le signal vidéo à des impulsions rectangulaires de largeur fonction de la pression dans la zone explorée, impulsions disposées en séquence temporelle sur les signaux de ligne. Le circuit chronométrique délivre des impulsions chronométriques régulièrement espacées pendant chaque impulsion à durée variable, le nombre d'impulsions chronométriques délivrées pendant une impulsion à durée variable étant représentatif de la largeur de cette impulsion, et donc de la pression dans la zone explorée correspondante. Le convertisseur numérique analogique trandbrme la séquence de nombres représentatifs en une tension de signal de valeur représentative de la pression dans la zone explorée au même instant.Le circuit quantificateur délivre des échelons de tension de niveau discret qui correspondent à des pressions déterminées, les transitions entre niveaux correspondant au franchissement d'uoeisobare par l'exploration. Enfin la présentation sur le récepteur vidéo d'une pluralité de cartes successives d'isobares, chaque carte correspondant à une ou un nombre entier de trames, affiche la succession temporelle de la répartition des pressions d'appui au cours de la marche. Avantageusement l'analyseur explorateur comporte entre la caméra et le circuit chronométrique un circuit séparateur connu en soi avec une première sortie de signaux de synchronisation attaquant ledit récepteur vidéo, et une seconde sortie de signal d' image attaquant le circuit chronométrique. Ainsi l'affichage sur le récepteur vidéo est synchronisé sur le balayage d'exploration de la caméra, tandis que le signal attaquant le circuit chronométrique est débarrassé des signaux de synchronisation qui pertube raient le fonctionnement du circuit chronométrique. De préférence le circuit chronométrique comprend un générateur d'impulsions chronométriques à fréquence de-répétition déterminée, ledit générateur étant déclenché par le flanc avant desdites impulsions à durée variable et arrêté par le flanc arrière de ces impulsions, un compteur binaire à quatre chiffres adapté à compter lesdites impulsions chronométriques et une mémoire adaptée à mémoriser le nombre donné par ledit compteur binaire en réponse audit flanc arrière, ledit compteur binaire étant remis à zéro en réponse à la mémorisation dudit nombre.Ainsi le début d'une impulsion à durée variable met en route le générateur d'impulsions chronométriques, le compteur binaire compte les impulsions chronométriques successives jusqu a la fin de l'impulsion à durée variable, sous la forme d'un nombre binaire compris entre O et 15, ce nombre est introduit dans la mémoire en fin d' impulsion à durée variable, et la mémorisation est suivie du retour à zéro du compteur ainsi disponible pour l'impulsion à durée variable suivante. Avantageusement le convertisseur numérique analogique est un convertisseur binaire à quatre entrées de poids respectifs en progression géométrique de raison 2. Cette disposition s'adapte directement avec la présentation parallèle du nombre binaire en mémoire. Avantageusement le circuit quantificateur comporte quatre déclencheurs à seuil de type connu en soi, chaque seuil étant préréglé à une valeur prédéterminée de ladite tension proportionnelle correspondant à une pression choisie. Ainsi les cartes d'isobares seront présentées à quatre niveaux de gris aisément distinguables correspondant à une échelle convenablement choisie d'isobares. Selon une disposition avantageuse de l'invention le récepteur vidéo comporte des circuits de balayage horizontal et vertical adaptés à superposer à des signaux usuels de balayage d'amplitude réduite dans un rapport déterminé des signaux en escalier, la##du- rée de pas du signal en escalier horizontal étant un m#ultiple entier de la durée de trame, et la durée de pas du signal en escalier vertical un multiple entier de la durée de pas du signal horizontal.Les balayages usuels à amplitude réduite forment une image également réduite pendant un pas d'escalier horizontal, 1' image décrite durant la marche suivante étant décalée horizontalement, en sorte qu'apparaissent en ligne horizontale un nombre d' images successives distinctes égal au nombre de pas d'escalier horizontal compris dans la durée d'un pas d'escalier vertical, le nombre de marches de cet escalier vertical définissant un nombre de lignes d'images successives. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre à titre d#'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif selon l'invention - - la figure 2 représente l'aspect des stries données par un transducteur du dispositif ; - la figure 3 est un diagramme des signaux en divers points de l'analyseur - la figure 4 est un diagramme des signaux de balayage du récepteur vidéo. Selon la forme de réalisation choisie et représentée figure 1, le transducteur piézo-optique représenté par 1 dans son ensemble comprend une plaque transparente horizontale 12 éclairée par la tranche selon les flèches 15 en sorte que la lumière soit piégée par réflexion totale sur les faces parallèles 12a et 12b. Sur cette plaque repose un tapis souple 13 dont la face inférieure 13a diffusante est formée par un réseau de dièdres à arêtes vives 14 parallèles. Le pied 11 du sujet repose au cours de la marche sur la face horizontale Sous le transducteur 1 un miroir incliné 16 renvoie sur la caméra de télévision 2, disposée latéralement, l'image donnée par le transducteur 1 sur la face 12a. Cette caméra 2 est une caméra de télévision classique telle qu'utilisée dans les systèmes de télévision en circuit fermé, en standard 625 lignes et trame à 50 Hz.Les signaux issus de la caméra 2 sont envoyés à un circuit séparateur 31 qui délivre sur sa sortie 31a le signal vidéo débarrassé des signaux de synchronisation, et sur sa sortie 31b ces signaux de synchronisation Les signaux vidéo issus de 31a parviennent au circuit chronométrique 32, auquel est associé un générateur d'impulsions chronométrique 33.Le circuit chronométrique 32 comprend un circuit différenciateur donnant une impulsion de commande dans un sens en réponse à une transition positive du signal vidéo, et une impulsion dans un sens opposé en réponse à une transition négative du signal vidéo, une porte commandant le générateur d'impulsions chronométriques 33, la porte étant ouverte en réponse à une impulsion de commande dans le premier sens, et fermée en réponse à une impulsion de commande dans le second sens, un compteur binaire à quatre chiffres comptant les impulsions chronométriques re çues du générateur 33, et une mémoire mémorisant le nombre compté par le compteur binaire en réponse à une impulsion de commande dans le second sens, et émettant en retour une impulsion de remise à zéro du compteur. Le générateur 33 comprend un mono stable et une ligne à retard. Ce générateur est mis en état actif par l'ouverture de la porte du circuit chronométrique 32, et le monostable fournit une impulsion brève en réponse, soit à l'ouverture de la porte, soit à une impulsion engendrée par le monostable et ayant parcouru la ligne à retard. Cette ligne à retard peut être une longueur convenable de ligne coaxiale. Le générateur fournit donc ainsi un train d'impulsions chronométriques espacées régulièrement du temps de transit dans la ligne à retard. Chacun des nombres consécutifs mémorisés dans la mémoire du circuit chronométrique 32 est transmis par quatre voies, une par chiffre binaire, à un convertisseur numérique analogique 34. Ce convertisseur, de façon classique délivre sur un additionneur analogique, en réponse à la présence d'un état 1 sur le rang de chaque chiffre du nombre binaire, une tension de poids correspondant à la puissance de deux de ce rang. En sortie de l'additionneur se trouve une capacité de filtrage pour absorber les transitoires de conversion. La tension analogique de signal issue du convertisseur 34 est envoyée au circuit quantificateur 35. Ce circuit comprend 4 déclencheurs à seuils en parallèle échelonnés pour définir 4 niveaux de tension correspondant à 4 valeurs échelonnées choisies de pression. les courants issus de ces 4 déclencheurs à l'état actif s' additionnent pour former un signal vidéo qui sera envoyé au récepteur vidéo 4. Le circuit de transmission de ce signal vidéo est surcompensé pour les fréquences élevées, en sorte que chaque transition de niveau soit accompagnée d'un point de dépassement. Les signaux de synchronisation issus du séparateur 31 par la voie 31b sont envoyés d'une part au récepteur vidéo 4, et d'autre part au générateur de tensions en escalier 36. Ce générateur de tensions en escalier 36 comporte un séparateur de signaux trames, un premier diviseur de fréquence réglable pour donner une impul sion de pas horizontal toutes les 1, 2, 4 ou 8 impulsions de synchronisation trame, un second diviseur donnant une impulsion de pas vertical toutes les cinq impulsions de pas horizontal, et un troisième diviseur donnant une impulsion de retour vertical toutes les deux impulsions de pas vertical.Un premier générateur de tension en escalier horizontal répond aux impulsions de pas horizontal par une marche d'escalier, et aux impulsions de pas vertical par un retour à l'origine, tandis qu'un second générateur de tension en escalier vertical répond aux impulsions de pas vertical par une marche, et aux impulsions de retour vertical par un retour à l'origine. Le récepteur vidéo 4 comporte une amplification de commande de lumière classique. Par contre les circuits de balayage sont modifiés de la façon suivante : le déviateur est tourné de 900 en sorte que le balayage ligne soit vertical et le balayage trame horizontal. Les amplitudes des courants en dents de scie appliqués au déviateur réduites dans le rapport 1/5. A ces courants en dents de scie sont ajoutés des courants de cadrage dérivés des tensions en escalier précitées. Lorsqu'un pied 11, comme représenté figure 1, repose sur le transducteur 1, les arStes des dièdres s 'écrasent sous l'effet des pressions normales au plan du transducteur 1. Le contact intime des aretes 14 de la face diffusante 13a sur la face 12a de la plaque transparente 12 annule localement la réflexion totale de la lumière entrée sous l'incidence 15. Il en résulte que les zones de contact du tapis 13 et de la plaque 12 apparaissent, éclairée, en formant un réseau parallèle de stries lumineuses comme schématisé figure 2. Là où le tapis n'est pas soumis à une pression extérieure les stries 14a du réseau sont fines. Là où règne une pression extérieure les stries s'élargissent comme en 14b. Sur la figure 3 sont représentés des signaux apparaissant en divers points de l'analyseur 3. A la sortie 31a les signaux ont la forme de la courbe 310 avec une impulsion 311 de largeur réduite correspondant à l'appui du tapis sous son propre poids, une impulsion 312 de largeur moyenne correspondant à une pression intermédiaire sur le tapis, et une impulsion 313 large correspondant à la pression maximale mesurable par le transducteur. La courbe 330 représente les impulsions chronométriques correspondant aux impulsions à durée variable 310. A l'impulsion 311 correspond une impulsion unique 331, à 11 impulsion 312 un train de 8 impulsions 332, à l'impulsion 313 un train de 15 impulsions 333. Le graphique 320 représente schématiquement l'état de la mémoire du circuit chronométrique 32, avec les chiffres dans les lignes superposées, le blanc représentant les 1 et les hâchures les zéros. Après l'impulsion 331 apparaît en mémoire un 1 écrit en binaire à quatre chiffres 0001, après le train 322 apparaît 8 écrit 0100, après le train 333 apparaît écrit 1111. En sortie du convertisseur numérique analogique la tension proportionnelle résultante aurait l'allure de la courbe 340. En sortie du quantificateur 35 les échelons de tension auraient 1' allure de la courbe 350, avec des pointes de dépassement 351 aux transitions entre les niveaux, ces pointes de dépassement se traduisant sur les images affichées comme un cerne clair aux transitions positives et ombré aux transitions négatives, accusant le tracé des isobares. Sur la figure 4 sont schématisés les signaux au récepteur vidéo. En 354 sont représentés, et les signaux vidéo au dessus de la ligne d'origine, et les signaux de synchronisation, les si gnaux de synchronisation trame étant accusés. En 400 sont représentés les composantes du balayage horizontal (trame). Les courants en escalier horizontal sont figurés en 401, avec une durée de marche égale à une trame. La superposition des dents de scie trame du balayage horizontal donne l'allure figurée en 402. En 410 la figuration des courants de balayage vertical (ligne) est analogue à 400, à la différence que la structure en dents de scie à fréquences élevées n'est pas discernable. Avec des courants de balayage ayant l'allure représentée en 400 et 410, la présentation des images successives à l'allure représentée figure 1 sur le récepteur vidéo 4, avec une première ligne d'images 41 à 45, et une seconde ligne 46 à 50. On peut régler avantageusement le nombre de trames présentées par chacune des images successives pour que la durée totale de la succession d'images affichée recouvre la durée complète des mouvements d'appui du pied lors d'un pas de marche. On a ainsi en présentation parallèle la succession des états d'appui du pied. Cette forme de présentation sera avantageusement photographiée et le document obtenu analysé et éventuellement comparé à un cliché antérieur, par exemple pour juger du succès d'une intervention ou d'un traitement orthopédique. Bien entendu l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit et bien des variantes pourraient être envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. Il en serait ainsi par exemple si le transducteur avait la forme d'un chemin allongé sur lequel le sujet se déplacerait, le miroir et la caméra l'accompagnant dans sa marche. Il en serait de même si le récepteur vidéo jetait remplacé par un dispositif à enregistrement d'images successives, tel qu' un magnétoscope par exemple. On ne sortirait pas non plus du cadre de l'invention en modifiant les structures de circuits décrites, que ce soit notamment pour la transformation et la largeur d'impulsion en tension proportionnelle ou pour le cadrage en escalier. REYENDICATIONS 1. Dispositif de visualisation dynamique de la répartition des pressions d'appui de la plante du pied, du genre comportant un transducteur piézo-optique composé d'éléments traduisant la pression supportée en intensité lumineuse, et un moyen d'analyse séquentielle de ces éléments pour affichage d'une carte d'isobares, caractérisé par un transducteur en forme de panneau plan adapté à former un réseau de stries lumineuses parallèles, la largeur de ces stries étant en chaque point une fonction directe de la pression normale au panneau en ce point, et par un analyseur avec balayage ligne et trame, le balayage ligne étant orthogonal aux stries. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit transducteur comprend une plaque transparente à faces parallèles éclairée par la tranche sous une incidence correspondant à une réflexion totale sur lesdites faces, et un tapis élastique comportant une face diffusant la lumière et constituée d'un réseau de dièdres saillants à arêtes vives, ledit tapis reposant sur ladite plaque selon lesdites arêtes. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que, ladite plaque étant horizontale, ledit analyseur comprend une caméra de télévision et un miroir incliné de visée latérale du réseau. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit analyseur comporte un circuit chronométrique adapté à délivrer une séquence temporelle de nombres d'impulsions chronométriques en réponse à une séquence temporelle d'impulsions à durée variable issues de ladite caméra, un convertisseur numérique analogique délivrant, en réponse à ladite séquence de nombres une tension proportionnelle successivement à chacun de ces nombres, un circuit quantificateur délivrant une succession d'échelons de tension correspondants à des niveaux discrets prédéterminés de ladite tension proportionnelle, et un récepteur vidéo connu en soi et adapté à présenter une pluralité de cartes successives d' isobares, chacune de ces cartes correspondant à une ou un nombre entier de trames. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit analyseur explorateur comporte, entre ladite caméra et ledit circuit chronométrique, un circuit séparateur connu en soi avec une première sortie de signaux de synchronisation attaquant ledit récepteur vidéo, et une seconde sortie de signal d'image attaquant ledit circuit chronométrique. 6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que ledit circuit chronométrique comprend un générateur d'impulsions chronométriques à fréquence de répétition prédéterminée, ledit générateur étant déclenché par le flanc avant desdites impulsions à durée variable et arrêté par le flanc arrière de ces impulsions, un compteur binaire à quatre chiffres adapté à compter lesdites impulsions chronométriques, et une mémoire adaptée à mémoriser le nombre donné par ledit compteur binaire en réponse audit flanc arrière, ledit compteur binaire étant remis à zéro en réponse# à la mémorisation dudit nombre. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit convertisseur numérique-analogique est un convertisseur binaire à quatre entrées de poids respectifs en progression géométrique de raison 2. 8. Dispositif selon une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que ledit circuit quantificateur comporte quatre déclencheurs à seuil de type connu en soi, chaque seuil étant préréglé à une valeur prédéterminée de ladite tension proportionnelle correspondant à une pression choisie. 9. Dispositif selon une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que ledit récepteur vidéo comporte des circuits de balayages horizontal et vertical adaptés à superposer à des signaux. usuels de balayage d'amplitude réduite dans un rapport déterminé des signaux en escalier, la durée de pas du signal en escalier horizontal étant un multiple entier de la durée de trame, et la durée de pas du signal en escalier vertical un multiple entier de la durée de pas du signal horizontal.