Brevet FR2610190A1 — publié le 19880805

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LA MESURE ET LE CONTROLE DE LA FORCE D'UN GROUPE MUSCULAIRE La présente invention concerne un procédé et un dispositif permettant d'une part de mesurer la force statique développée par un muscle, et d'autre part de faire travailler le muscle ou groupe musculaire d'une manière permettant d'améliorer ses performances. On a déjà développé diverses méthodes pour faire travailler un groupe musculaire, et notamment des méthodes dites statiques dans lesquelles le muscle exerce une force sur un dispositif de mesure de force à faible déformation, par exemple à jauge de contrainte. Il n'y a alors pas déplacement relatif sensible des extrémités du groupe musculaire les unes par rapport aux autres. Le travail statique intermittent TSI est fréquemment proposé pour la récupération de la force d'un groupe musculaire, par exemple après une opération ou un accident. Le brevet FR-A-2 410 485 décrit un appareil de musculation pour la mise en oeuvre d'une telle méthode TSI. Selon cette méthode, le patient effectue des contractions intermittentes du groupe musculaire, et l'appareil lui indique les durées de travail et de repos, durées choisies à 6 secondes de contraction et 6 secondes de repos, jusqu'à apparition de la fatigue musculaire locale. Au cours des périodes de travail, le patient doit appliquer à l'appareil une résistance de l'ordre de 50 % d'une force maximale théorique, soit 66 7. d'une force maximale mesurée au cours d'une étape préalable de mesure. On a pu constater que cette méthode de travail statique intermittent, et l'appareil qui assure sa mise en oeuvre, ne permettent pas une récupération la plus optimale de la force maximale d'un muscle. Une telle méthode semble plus apte à développer une endurance moyenne. Cela est probablement dû au fait que le mode de travail du muscle selon cette méthode favorise le développement de certaines des fibres seulement du muscle, à savoir les fibres adaptées à un travail d'endurance moyenne. Or la force maximale d'un muscle est obtenue par le travail de certaines autres fibres musculaires plus adaptées à un travail de courte durée et de forte intensité. La présente invention a notamment pour objet d'éviter les inconvénients des procédés et dispositifs connus, en proposant une nouvelle méthode, et un appareil pour sa mise en oeuvre, permettant une récupération rapide et plus complète de la force maximale développée par un groupe musculaire. Selon un autre objet de l'invention, la méthode et l'appareil sont adaptés pour faire travailler au mieux la plupart des métabolismes et des fibres musculaires. Les muscles sont en effet formés de fibres musculaires de différents types, les trois principaux types étant généralement connus sous le nom de fibres I, fibres IIa et fibres IIb. Les essais ont montré que la méthode et le dispositif selon l'invention permettent de faire travailler notamment les fibres IIb, assurant les efforts de courte durée et de forte intensité, et les fibres lIa assurant les efforts à endurance moyenne. Pour atteinre ces objets ainsi que d'autres, la méthode selon l'invention comprend les étapes suivantes a) relier le segment de membre actionné par le groupe musculaire à contrôler à un dispositif statique de mesure de force b) mesurer la force maximale développée par le groupe musculaire c) choisir un seuil minimal de force en fonction de la force maximale mesurée d) mesurer le temps maximum pendant lequel la force développée par le groupe musculaire est supérieure ou égale au seuil minimal déterminé. En particulier, lorsque l'on choisi un seuil minimal de force égal à 50 I de la force maximale mesurée, on privilégie le travail des fibres musculaires de type lIa sur un métabolisme anaérobie lactique. Lorsque l'on choisi un seuil minimal inférieur à 20 X de la force maximale, on privilégie le travail des fibres de type I sur un métabolisme aérobie. De préférence, pendant l'étape d), on interrompt momentanément la mesure du temps lorsque la force devient inférieure au seuil minimal pendant une durée inférieure à une durée maximale déterminée, et on interrompt définitivement la mesure lorsque la force est inférieure au seuil minimal pendant une durée supérieure à la durée maximale déterminée, par exemple 3 secondes. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'appareil pour mettre en oeuvre cette méthode comprend un capteur de force à faible déformation et des moyens pour le relier mécaniquement à un segment corporel actionné par le groupe musculaire à tester ou entratner, le capteur générant un signal électrique image de la force développée par le groupe musculaire ; le signal électrique produit par le capteur est traité par des moyens de traitement du signal ; une première mémoire sert à mettre en mémoire l'intensité du signal de mesure de ladite force; une seconde mémoire est utilisée pour mémoriser la valeur d'un seuil de force ; un comparateur compare le seuil de force avec la force mesurée par le capteur ; le dispositif comprend en outre des moyens pour mesurer le temps maximal endurant, ctest-à-dire la durée pendant laquelle la force mesurée par le capteur est supérieure ou égale à un seuil minimal prédéterminé. Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend des moyens pour interrompre définitivement la mesure de durée lorsque la force mesurée par le capteur devient inférieure au seuil minimal pendant une durée supérieure à une durée maximale d'interruption prédéterminée. Selon un mode de réalisation, les moyens pour mesurer le temps maximal endurant comprennent - un premier dispositif de comptage pour compter les impulsions produites par une horloge interne, le premier dispositif de comptage étant commandé par le comparateur de force pour assurer le comptage pendant que le signal de sortie du comparateur indique que la force mesurée par le capteur est supérieure ou égale au seuil minimal de force, et pour interrompre le comptage lorsque le signal de sortie du comparateur indique que la force mesurée par le capteur est inférieure au seuil minimal de force, - des moyens de remise à zéro du compteur, - des moyens pour afficher le résultat du comptage. Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre - un second dispositif de comptage pour compter les impulsions produites par lthorloge interne, - le second dispositif de comptage étant commandé par le comparateur pour remettre le second dispositif de comptage à zéro à l'instant où la force mesurée par le capteur devient inférieure au seuil minimal de force, pour assurer le comptage pendant que le signal de sortie du comparateur indique que la force mesurée par le capteur est inférieure audit seuil minimal de force, et pour interrompre le comptage lorsque la force devient supérieure au seuil minimal de force, - un comparateur de temps pour comparer le résultat de comptage du second dispositif de comptage avec une valeur prédéterminée correspondant à une durée d'arrêt maximal prédéterminée, et pour produire un signal de fin d'essai et d'arrêt définitif du premier dispositif de comptage lorsque le résultat du comptage du comparateur de temps est supérieur à la durée d'arrêt maximal prédéterminée. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante d'un mode de réalisation particulier, faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles - la figure 1 est un diagramme schématique de constitution du dispositif selon la présente invention - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale du capteur de force selon l'invention. Comme le représente la figure 2, le dispositif selon l'invention comprend notamment un capteur statique de force particulièrement robuste. ta partie droite de la figure représente une vue en coupe suivant le plan médian des éléments constitutifs. La partie gauche représente la vue de côté des éléments internes, sans coupe, mais avec une coupe de la protection périphérique comme dans la partie droite. te capteur, désigné par la référence générale 1, comprend deux oeillets de traction 2 et 3 reliés par des éléments à faible déformation mécanique. Une lame d'acier ressort trempé 4, disposée transversalement par rapport à l'axe des oeillets de traction 2 et 3, est solidarisée mécaniquement par sa première extrémité à l'oeillet 2 et par sa seconde extrémité à l'oeillet 3. Un effort de traction sur les oeillets 2 et 3 se traduit par une double flexion de la lame 4. La lame 4 porte des jauges de contrainte 5 disposées et connectées de manière à produire, sur un conducteur de sortie 6, une tension électrique proportionnelle à l'effort subi par les oeillets de traction 2 et 3. t'ensemble des éléments du capteur, hormis les extrémités des oeillets de traction 2 et 3, est noyé dans une enveloppe protectrice 20 en un mastic silicone moulé. On réalise ainsi un capteur particulièrement adapté aux usages auxquels il est destiné, robuste et peu sensible aux chocs. On peut avantageusement prévoir deux capteurs différents, présentant des sensibilités différentes, et adaptés l'un à des mesures de forces importantes pour des muscles de gros volume, et l'autre à des mesures de forces faibles pour des muscles de petit volume tels que des muscles de doigt. Comme le représente la figure 1, lors de l'utilisation du dispositif selon l'invention, l'un des oeillets 2 du capteur 1 est solidarisé à un point fixe 7, le second oeillet 3 étant destiné à recevoir l'effort de traction de l'utilisateur par l'intermédiaire de moyens de liaison non représentés. Le signal de sortie produit par le capteur, et présent sur le conducteur de sortie 6, est amplifié par l'amplificateur 8, et sa valeur est mémorisée dans une mémoire M1. Une mémoire M2 est destinée à contenir la valeur d'un seuil minimal de force, valeur entrée au moyen d'un clavier 9.Un comparateur 10, dont les entrées sont connectées aux sorties des mémoires M1 et M2, compare les valeurs contenues dans ces mémoires, et produit sur sa sortie 11 un signal lorsque la valeur contenue dans la mémoire M1 est supérieure ou égale à la valeur contenue dans la mémoire M2, c'est-k-dire lorsque la force appliquée au capteur 1 par l'utilisateur est supérieure ou égale au seuil minimal de force prédéterminée. Un premier dispositif de comptage 12 reçoit d'une part les impulsions d'une horloge interne H, et d'autre part les informations de la sortie 11 du comparateur 10. Le premier dispositif de comptage 12 assure le comptage des impulsions d'horloge H pendant qu'un signal est présent sur la sortie du comparateur 10, signal indiquant que la force mesurée par le capteur 1 est supérieure ou égale au seuil minimal de force ; le comptage s'interrompt lorsque la sortie du comparateur 10 indique que la force mesurée par le capteur 1 est inférieure au seuil minimal de force. Des moyens de remise à zéro 13 assurent la remise à zéro du premier dispositif de comptage 12, et sont pour cela accessibles par l'utilisateur, ou sont automatiquement actionnés en début de cycle de fonctionnement.La sortie 14 du premier dispositif de comptage 12 est connectée à une mémoire M4, destinée à contenir la valeur du temps maximal endurant, c'est-à-dire du temps maximal pendant lequel l'utili sauteur a pu maintenir une force supérieure ou égale au seuil minimal prédéterminé. Un dispositif d'affichage 15 est prévu pour afficher les valeurs contenues dans les mémoires, et en particulier la valeur contenue dans la mémoire M4. Dans le mode de réalisation représenté, le dispositif comprend en outre un second dispositif de comptage 16, dont les entrées sont connectées d'une part à l'horloge interne H, d'autre part à la sortie 11 du comparateur 10. Le second dispositif de comptage 16 est conçu de telle manière que le comptage revient à zéro chaque fois que le comparateur 10 indique que la force mesurée par le capteur 1 devient inférieure à la force minimale prédéterminée, le comptage des impulsions d'horloge est assuré pendant que le signal de sortie du comparateur 10 indique que la force mesurée par le capteur est inférieure au seuil minimal prédéterminé, et le comptage s'interrompt lorsque la force mesurée par le capteur devient supérieure ou égale au seuil minimal prédéterminé. ta sortie 17 du second dispositif de comptage 16 est connectée à une entrée d'un comparateur de temps 18 dont la seconde entrée est connectée à une mémoire M3. La mémoire M3 est destinée à contenir une valeur prédéterminée de durée, valeur entrée au moyen du clavier 9. La valeur contenue dans la mémoire M3 est une durée d'arrêt maximal prédéterminée. Le comparateur de temps 18 compare le résultat de comptage effectué par le second dispositif de comptage 16 et le contenu de la mémoire M3, et sa sortie est connectée à une entrée 19 du premier dispositif de comptage 12, entrée produisant l'interruption de comptage du premier dispositif de comptage lorsqu'elle reçoit un signal.Ainsi, lorsque le temps d'arrêt mesuré par le second dispositif de comptage 16 est supérieur à une valeur maximale déterminée et contenue dans la mémoire M3, le comparateur 18 envoie sur l'entrée 19 du premier dispositif de comptage 12 un signal provoquant l'arrêt définitif du comptage. Le fonctionnement du dispositif est le suivant : par le clavier 9, l'opérateur introduit des valeurs dans les mémoires M2 et M3, la valeur contenue dans la mémoire M2 définissant le seuil minimal de force demandé à l'utilisateur, le contenu de la mémoire M3 définissant la durée d'arrêt maximal autorisée au cours de l'exercice. te second dispositif de comptage 16 est également à zéro. En début de cycle, les moyens de remise à zéro 13 assurent la remise à zéro du comptage du premier dispositif 12 et du contenu de la mémoire M4. L'opérateur doit alors exercer une traction sur le capteur de force 1, par action d'un segment corporel sollicité par un groupe musculaire, traction qui doit être maintenue supérieure ou égale au seuil minimal pendant la durée la plus longue possible, c'est-à-dire jusqu'à épuisement du groupe musculaire. Dès que la force exercée sur le capteur 1 devient supérieure ou égale à la force minimale prédéterminée dont la valeur est contenue dans la mémoire M2, le signal de sortie du comparateur 10 autorise le comptage des impulsions d'horloge H par le premier dispositif de comptage 12. Lorsque la force exercée sur le capteur 1 devient inférieure au seuil minimal prédéterminé contenu dans la mémoire M2, le signal de sortie du comparateur s'inverse, et produit l'arrêt momentané de comptage des impulsions par le premier dispositif de comptage 12, et produit simultanément la remise à zéro du second dispositif de comptage 16 et le début de comptage des impulsions d'horloge par le second dispositif de comptage 16.Si la force reste inférieure au seuil pendant une durée suffisante, la valeur de sortie du second dispositif de comptage 16 devient supérieure à la valeur contenue dans la mémoire M3, et le comparateur de temps 18 détecte alors cette différence et produit sur l'entrée 19 du premier dispositif de comptage 12 un signal interdisant toute reprise de comptage et indiquant ainsi que la mesure est terminée. La valeur contenue dans la mémoire M4 en sortie du premier dispositif de comptage 12 est alors égale à la valeur du temps maximal endurant. Par contre, lorsque se produit une courte interruption ou diminution de la force exercée sur le capteur 1, c'est-à-dire une diminution pendant une durée courte, le comptage par le second dispositif de comptage 16 s'interrompt dès que la force redevient supérieure au seuil minimal prédéterminé contenu dans la mémoire M2. Si à ce moment le compteur 16 contient une valeur inférieure à celle contenue dans la mémoire M3, le comparateur de temps 18 ne produit pas de signal sur entrée 19, et le comptage est simplement poursuivi par le premier dispositif de comptage 12. Le second dispositif de comptage 16 est remis à zéro dès que le comparateur 10 indique que la force redevient inférieure au seuil minimal prédéterminé. Les effets du dispositif et du procédé sur les fibres musculaires dépendent de la valeur de l'effort demandé au muscle pendant le temps de travail, et plus précisément de la valeur relative de cet effort par rapport k la force maximale que peut développer le groupe musculaire. tors de l'utilisation du dispositif, on doit donc déterminer la valeur du seuil minimal de force, à introduire dans la mémoire M2, en fonction de la valeur maximale de la force que peut développer le groupe musculaire. Une étape préliminaire consiste alors à mesurer la valeur de la force maximale développée par le groupe musculaire, valeur mise en mémoire dans la mémoire Ml, de manière connue en soi. Pour faire travailler les fibres musculaires sur un métabolisme anaérobie alactique, on fixe la valeur contenue dans la mémoire M2 à 50 % environ de la valeur de force maximale contenue dans la mémoire M1. On peut pour cela utiliser le clavier 9. Selon un mode de réalisation perfectionné, le dispositif comprend des moyens de calcul pour multiplier par un pourcentage donné le contenu de la mémoire M1 et l'introduire en mémoire M2, la valeur du pourcentage étant fixée par le clavier 9. La valeur de la durée maximale d'arrêt, contenue dans la mémoire M3, est de préférence choisie de l'ordre de 3 secondes. Une durée trop grande revient à permettre au muscle de se reposer, ce qui change le métabolisme et perturbe les résultats obtenus par le procédé. Il est inutile de prévoir une durée nettement plus courte, et l'on a pu constater qu'une durée de 3 secondes environ ne perturbe aucunement le fonctionnement du muscle, et tout se passe comme si aucune interruption n'était apparue. Le fait d'autoriser des interruptions de courte durée, sans pour autant interrompre définitivement la mesure du temps maximal endurant, est une caractéristique particulièrement avantageuse du dispositif, qui produit une mesure beaucoup plus fiable du temps maximal endurant. On a constaté en effet que, lors d'un effort prolongé, l'utilisateur relâche certaines fois son attention, et il faut alors éviter d'annuler inutilement une mesure si le relâchement a été de courte durée. Selon un mode de réalisation avantageux, le dispositif comprend en outre un transducteur electroacoustique 21 dont le circuit électrique est connecté aux bornes de sortie d'un détecteur de maximum 22 dont l'entrée 23 reçoit le signal de mesure de ladite force ; chaque fois que le signal de mesure est augmenté, c'est-à-dire chaque fois que le contenu de la mémoire M1 augmente, le détecteur de maximum 22 produit un signal électrique provoquant l'émission d'un signal sonore par le transducteur électroacoustique 21. t'utilisateur est ainsi renseigné sur l'amélioration ou non de sa performance. On a constaté que cette rétroaction auditive améliore sensiblement la performance musculaire, et l'efficacité du dispositif. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, le dispositif comprend des moyens électroniques de traitement de signal, avec des mémoires, des moyens de comparaison, des moyens de comptage. ta comparaison et les comptages peuvent avantageusement être assurés par un microprocesseur, associé à une mémoire morte contenant le programme de fonctionnement pour les tests successifs et calculs successifs à effectuer en séquence pour réaliser le comptage et les comparaisons, et associé à une mémoire vive destinée à contenir les informations des mémoires M1, M2, M3 et M4. Un convertisseur analogique-numérique est alors inséré en sortie de l'amplificateur 8, de sorte que l'ensemble des mémorisations et comparaisons est effectué sous forme numérique. La réalisation des fonctions définies plus haut est à la portée d'un électronicien spécialiste de l'utilisation des microprocesseurs. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1 - Procédé de mesure et de contrôle de la force développée par un groupe musculaire, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes a) relier le segment de membre actionné par ledit groupe musculaire à un dispositif statique de mesure de force (1), b) mesurer la force maximale développée par le groupe musculaire, c) choisir un seuil minimal de force en fonction de la force maximale mesurée, d) mesurer le temps maximum pendant lequel la force est supérieure ou égale au seuil minimal déterminé. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pendant l'étape d), on interrompt momentanément la mesure du temps lorsque la force devient inférieure au seuil minimal de force pendant une durée inférieure à une durée maximale déterminée. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, pendant l'étape d), on interrompt définitivement la mesure de durée lorsque la force est inférieure au seuil minimal de force pendant une durée supérieure à une durée maximale déterminée. 4 - Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, pour le test et l'entrainement musculaire par mesure des efforts statiques, comprenant - un capteur de force (1) à faible déformation, et des moyens pour le relier mécaniquement à un segment corporel actionné par le groupe musculaire à tester ou entraîner, le capteur mesurant la force développée par le groupe musculaire et générant un signal électrique image de ladite force, - des moyens de traitement du signal électrique généré par le capteur, - une première mémoire (M1) pour mettre en mémoire l'intensité du signal de mesure de ladite force, - des moyens (M2) pour mémoriser la valeur d'un seuil minimal de force, - un comparateur (10) pour comparer le seuil minimal de force et la force mesurée par le capteur, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (12) pour mesurer la durée pendant laquelle la force mesurée par le capteur est supérieure ou égale au seuil minimal prédéterminé. 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (16, 18) pour interrompre définitivement la mesure de durée lorsque la force mesurée par le capteur devient inférieure au seuil minimal prédéterminé pendant une durée supérieure à une durée d'arrêt maximale prédéterminée. 6 - Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comprend - un premier dispositif de comptage (12) pour compter les impulsions produites par une horloge (H), - le premier dispositif de comptage étant commandé par le comparateur (10) pour assurer le comptage pendant que le signal de sortie du comparateur indique que la force mesurée par le capteur (1) est supérieure ou égale au seuil minimal de force, et pour interrompre le comptage lorsque le signal de sortie du comparateur indique que la force mesurée par le capteur est inférieure au seuil minimal de force, - des moyens de remise à zéro (13) du premier dispositif de comptage, - des moyens (15) pour afficher le résultat du comptage. 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre - un second dispositif de comptage (16) pour compter les impulsions produites par l'horloge (H), - le second dispositif de comptage étant commandé par le comparateur (10) pour mettre le comptage à zéro à l'instant où la force mesurée par le capteur devient inférieure au seuil minimal prédéterminé, pour assurer le comptage pendant que le signal de sortie du comparateur indique que la force mesurée par le capteur est inférieure au seuil minimal prédéterminé, et pour interrompre le comptage lorsque la force est supérieure au seuil minimal prédéterminé, - un comparateur de temps (18) pour comparer le résultat de comptage du second dispositif de comptage (16) avec une valeur prédéterminée (M3) correspondant à une durée d'arrêt maximal prédéterminée, et pour produire un signal de fin d'essai et d'interruption définitive du premier dispositif de comptage (12) lorsque le résultat du comptage du second dispositif de comptage (16) est supérieur à la durée d'arrêt maximale prédéterminée. 8 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la durée d'arrêt maximal prédéterminée est égale à 3 secondes environ. 9 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que le capteur de force (1) comprend des jauges de contrainte (5) fixées sur une lame transversale en acier (4) dont les extrémités sont solidarisées à des oeillets de traction (2, 3), la lame et les jauges de contrainte étant noyées dans une protection en mastic silicone moulé (20). 10 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un transducteur électroacoustique (21) dont le circuit électrique est connecté aux bornes de sortie d'un détecteur de maximum (22) dont l'entrée (23) reçoit le signal de mesure de ladite force, de sorte qu'un signal sonore est produit chaque fois que le signal de mesure est augmenté, renseignant l'utilisateur sur l'amélioration ou non de sa performance.