Brevet FR2690613A1 — publié le 19931105

La présente invention concerne un procédé de posturographie tétra-ataxiamétrique. Elle vise également un système mettant en oeuvre ce procédé ainsi que le dispositif multicapteur associé. On connaît déjà des techniques de mesure de la posture humaine, ou posturographie, mettant en oeuvre des plate-formes de mesure. Ces techniques sont fondées sur une théorie scientifique et une méthodologie désormais établie et largement décrite, notamment dans les publications des congrès internationaux de la Société Internationale de Posturographie ou dans le journal "Agressologie" publié par les Editions MASSON à Paris, ainsi que dans les cahiers de la Société Française de posturographie. Les techniques actuelles de posturographie, qui ont bénéficié des progrès considérables effectués dans le domaine des capteurs de pression, notamment des capteurs piézoélectriques, et dans celui des moyens de traitement informatique, sont basées sur le traitement de signaux issus d'une seule plate-forme qui mesure essentiellement a) les oscillations du corps d'un sujet en direction antéropostérieure et latérale et b) la longueur de la trace produite par les projections verticales des déplacements du centre de gravité du sujet sur la surface de la plate-forme. Les appareils de posturographie de ce type, équipés d'une seule plate-forme ou plaque, sont dits mono-ataxiamétriques. En outre, ces appareils mono-ataxiamétriques sont généralement lourds, non transportables et souvent fixés au sol. Ceci a pour conséquence d'obliger les patients à se déplacer jusqu'à une clinique ou un laboratoire de recherche équipé, ce qui contribue généralement à modifier le comportement du patient pour lequel l'ambiance de ces lieux est bien souvent intimidante. En outre, il est difficile d'acquérir des données posturographiques de sujets normaux, notamment d'enfants, car il faut obtenir préalablement la permission et la coopération des parents. Enfin le coût d'acquisition de ces appareils est très élevé et généralement hors des possibilités de la plupart des institutions publiques. Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé de posturographie tétra-ataxiamétrique, comprenant une étape d'acquisition de signaux issus de moyens capteurs de pression inclus dans un dispositif capteur sur la face supérieure duquel un sujet se tient debout sensiblement en équilibre, et une première étape de traitement desdits signaux pour délivrer des informations représentatives de la posture dudit sujet et de l'évolution temporelle de ladite posture. Suivant l'invention, ce procédé est caractérisé en ce que au moins quatre signaux de mesure représentatifs respectivement des pressions exercées par chaque pointe de pied et chaque talon du sujet sont générés par au moins quatre capteurs de pression indépendants représentant lesdits moyens capteurs de pression et associés à au moins quatre plaques recevant respectivement les deux pointes de pied et les deux talons dudit sujet, et en ce que l'étape de traitement comprend une étape d'analyse et d'interprétation des interactions existant entre ces au moins quatre signaux de mesure. Ainsi, avec le procédé selon l'invention, on dispose d'informations posturographiques effectivement tétra-ataxiamétriques tout en mettant en oeuvre un dispositif multicapteur beaucoup moins encombrant et coûteux que les appareils de l'art antérieur, contribuant ainsi à un développement de cette technique de diagnostic. En outre,l'indépendance des quatre capteurs permet une analyse plus riche de l'interaction entre les signaux qui en sont issus et une interprétation plus fine des résultats posturographiques ainsi obtenus. Actuellement, le dispositif de quatre capteurs indépendants est capable d'analyser la coordination dynamique entre pointes et talons telle qu'elle est mise en action pendant la marche. En conséquence, il est possible de mesurer la dynamique non linéaire (chaotique) de la marche en position stationnaire. Selon un autre aspect de l'invention, le système de posturographie mettant en oeuvre le procédé selon l'invention, comprenant un dispositif capteur sur la face supérieure duquel un sujet se tient debout sensiblement en équilibre, est caractérisé en ce que ce dispositif capteur comprend au moins quatre capteurs de pression indépendants placés sous au moins quatre plaques indépendantes sur lesquelles reposent respectivement les pointes de pied et les talons dudit sujet, et en ce que ledit système comprend des premiers moyens de contrôle et de traitement reliés au dispositif capteur, pour recevoir et traiter au moins quatre signaux de mesure générés par lesdits au moins quatre capteurs indépendants en vue de fournir des informations représentatives de la posture dudit sujet. Selon encore un autre aspect de l'invention, le dispositif multicapteur mis en oeuvre dans le système de posturographie selon l'invention, est caractérisé en ce qu'il comprend sur sa face supérieure au moins quatre plaques indépendantes de dimensions et de dispositions prédéterminées sous chacune desquelles est placé au moins un capteur de pression indépendant, et en ce qu'il comprend en outre des moyens d'alimentation en énergie électrique, des moyens pour recueillir les signaux de mesure générés par lesdits capteurs, et des moyens pour traiter ces signaux en vue de les transmettre à des premiers moyens de contrôle et de traitement. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ciaprès. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs - la figure 1 est une vue d'ensemble d'une forme de réalisation du système selon l'invention - la figure 2 représente un dispositif multicapteur selon l'invention ; - la figure 3 montre des agencements particuliers de plate-formes - la figure 4 représente une forme particulière de réalisation du circuit interne d'un dispositif multicapteur selon l'invention ; - la figure 5 illustre différentes formes de visualisation en réponse à des combinaisons de signaux issus des capteurs - la figure 6 est un diagramme illustrant les étapes principales d'entrée,de traitement et de sortie du procédé de posturographie selon l'invention ; et - la figure 7 est un diagramme illustrant les étapes essentielles de gestion d'une séance de posturographie avec le procédé selon l'invention. On va maintenant décrire une forme préférée de réalisation du système de posturographie selon l'invention et du dispositif associé en même temps que le procédé mis en oeuvre dans ce dispositif, en référence aux figures 1 à 7. Le système de posturographie tétraataxiamétrique 1 illustré en figure 1 comprend un dispositif multicapteur 14 sur lequel un sujet se tient debout, les pointes et les talons de ses pieds s'appuyant respectivement sur quatre plaques P1, P2, P3, P4 placées sur la face supérieure P du dispositif multicapteur 14, comme représenté en figure 2. Le dispositif multicapteur 14 est connecté à un premier microordinateur 2 via un premier connecteur 8 par un premier câble 5 à des fins d'acquisition de données et de contrôle et traitement du système de posturographie 1. Le dispositif 14 peut en outre être connecté à un second micro-ordinateur ou calculateur 9 associé à un dispositif de visualisation, par exemple un écran 3. Le dispositif multicapteur 14 est alimenté en énergie électrique à partir du réseau ou secteur par un cordon standard 4, via un connecteur d'alimentation 15. Les quatre plaques, qui constituent chacune un capteur distinct, comprennent deux plaques rectangulaires PI, P3, par exemple de 18 cm par 10 cm, recevant les deux pointes de pied du sujet, et deux plaques carrées P2, P4, de côté égal par exemple à 10 cm, recevant les deux talons du sujet. I1 est possible d'adapter le dispositif multicapteur selon l'invention à la dimension des pieds du sujet en vissant sur une plaque d'origine P1 une plaque P1' de dimension plus petite (figure 3 (a)) ou bien une plaque Psi'' de plus grande dimension (figure 3 (b)). A chaque plaque P1-P4 est associé un capteur de pression C1-C4 qui a pour fonction de générer un signal représentatif de la pression et donc de la force résultante F1-F4 exercée sur la plaque qui lui est associée. Le dispositif multicapteur 14 comprend un module de transformation 10 assurant l'alimentation des quatre capteurs Cî-C4 et recevant les signaux S1-S4 qui en sont issus, les convertissant et les transmettant au calculateur principal 2. Ce module de transformation 10 comprend une unité de conversion Il reliée en entrée au réseau alternatif S via un connecteur 15 et générant d'une part une tension continue Vc, par exemple égale à 15 volt, et d'autre part une tension d'alimentation pulsée de niveau constant Vp, par exemple 12 volt avec 40 impulsions par seconde, alimentant chaque capteur C1-C4. On peut prévoir comme capteur un capteur résistif usuel dont la résistance diminue lorsque la pression exercée augmente, contribuant ainsi à générer un signal de sortie sensible à cette pression. Chaque signal généré S1-s4 est appliqué en entrée d'un amplificateur distinct A1-A4 alimenté par la tension continue Vc. La sortie de chaque amplificateur A1- A4 est appliquée en entrée d'un module de conversion analogique-numérique (CAN) 12 qui génère des informations numériques codées images des différents signaux analogiques acquis. L'agencement de ces informations numériques peut être effectué suivant des techniques usuelles dans le domaine de l'acquisition et de la transmission de données et par conséquent ne sera pas décrit ici. Les données sont transmises via le connecteur 8 par le câble 5 à une carte numérique de traitement 20 insérée dans le micro-ordinateur Le module de transformation 10 comprend en outre un circuit de contrôle 13 recevant les signaux de sortie des amplificateurs A1-A4 et générant une information numérique codée représentative d'une combinaison de signaux associés aux quatre plaques P1-P4, en référence à la figure 5. Ainsi, lorsqu'un capteur mesure une pression inférieure à un seuil prédéterminé, une information logique 0 est associée à la plaque concernée. Le tableau représenté en figure 5 montre quatre combinaisons dans lesquelles une plaque est faiblement ou non pressée tandis que le poids du corps est principalement supporté par les trois autres plaques (Une pression supérieure au seuil prédéterminé est représentée par un signe +). Le circuit 13 émet une information associée à chacune des combinaisons représentées en figure 5, via le connecteur 7 par le câble 6 vers le calculateur secondaire 9 en vue de générer une information visuelle représentative de la situation physique effective sur écran 3. A titre d'exemple, cette information visuelle peut être un vecteur ou une flèche indiquant au sujet l'inclinaison de son corps et l'incitant à rectifier sa situation posturale. Il s'agit alors d'une opération de bio-rétroaction ("biofeedback"). La flèche précitée peut être remplacée par un stimulus visuel tel que la représentation d'un animal ou d'un objet et il peut avantageusement être fait appel à la couleur. Le êe procédé peut être utilisé pour opérer des jeux d'ordinateur antérieurement mis en action par la manipulation d'un manche à balai, ou d'une manette ou d'une souris. Ainsi l'invention peut être également utilisée pour l'entraînement et la réhabilitation de la motricité pédale ainsi que pour la stimulation des réactions pédales et posturales intentionneiles. Les étapes principales du procédé de posturographie selon l'invention peuvent être groupées en quatre parties, en référence à la figure 6. La première partie I concerne i'ensemble des entrées du système selon l'invention - les signaux impulsionnels générés par les capteurs, - des paramètres expérimentaux, par exemple, la durée de test et des données de calibration, - des données relatives au sujet, par exemple, son nom, son âge, son poids et sa taille, - des informations relatives au déroulement du test postural. Dans une première phase de calibrage, en référence à la figure 7 et à la figure 1, les signaux issus des capteurs C1-C4 en l'absence de sujet sont vérifiés automatiquement : à une tension de référence est associée une pression standard et l'entrée est modifiée afin d'annuler les signaux de sortie en l'absence de sujet A ce stade, l'opérateur entre une durée de test (en secondes) et une pression standard (par exemple, en kg). Après vérification de cette phase de calibrage, le programme associé au système 1 selon l'invention et stocké dans le disque dur du premier micro-ordinateur 2 est prêt pour la phase d'acquisition Cette phase d'acquisition débute par la saisie de donnees relatives au sujet qui va être teste, notamment son nom, son âge, sa taille et son poids, d'informations de définition des positions posturales que devra prendre le sujet et de messages invitant le sujet à se placer sur le dispositif capteur 14. Lorsque le sujet s'est installé sur le dispositif capteur 14 et s'est placé dans la position demandée, l'opérateur lance l'acquisition des données expérimentales issues des capteurs C1-C4, qui sont stockées sur le disque dur du micro-ordinateur 2. Ces données sont en même temps visualisées sous forme de graphiques sur l'écran du microordinateur 2. Lorsque le temps de test est écoulé, une indication de fin de test est donnée par l'opérateur ou expérimentateur au sujet et l'acquisition est interrompue. Les données acquises sont alors transférées sur une disquette (non représentée) selon des techniques désormais bien connues de l'homme de métier dans le domaine de la micro-informatique. Ce transfert est accompagné de la saisie par l'expérimentateur de commentaires et d'indications sur le déroulement de la séance de test. Ces indications seront très utiles pour l'exploitation ultérieure et l'interprétation des résultats expérimentaux. Les données acquises et stockées sur disquette peuvent éventuellement être effacées du disque dur afin de ne pas encombrer inutilement celui-ci. Le programme provoque alors un retour à une nouvelle phase d'acquisition. La deuxième partie du procédé selon l'invention vise la traitement principal ou primaire II des données effectué au sein du micro-ordinateur 2. Deux types de traitement peuvent actuellement être envisagés A) un traitement par transformation de Fourrier, B) une analyse de chaos. Dans le cas A, une transformation de Fourier est effectuée pour chaque signal séparément et pour chaque position prise par le sujet. Le spectre de Fourier est ensuite subdivisé en bandes de fréquence, par exemple F1 0 - 0,1 Hz F2 0,1 - 0,25 Hz F3 0,25 - 0,35 Hz F4 0,35 - 0,50 Hz F5 0,50 - 0,75 Hz F6 0,75 - 1,00 Hz F7 1,00 - 3,00 Hz F8 3,00 et plus. La répartition du poids du sujet sur chacune des plaques est ensuite calculée. Les données sont filtrées par convolution avec des fonctions mathématiques SINC. Un indicateur de stabilité STI est alors calculé à partir d'un ensemble de données acquises sur chaque plaque ; à titre d'exemple, si on appelle Ai, Bi, Ci et Di les données issues respectivement des plaques P1, P2, P3, P4 à chaque impulsion i, si on considère une fréquence de mesure de 40 Hz et si on calcule cet indice de stabilité sur une durée de 1 seconde, l'expression utilisée pour le calcul de l'indice de stabilité STI est Des scores de synchronisation SYN sont ensuite élaborés pour chaque acquisition i à partir de la formule suivante Dans le cas du traitement par analyse de chaos, le chaos acquis est comparé à des signaux aléatoires. le degré de périodicité des signaux de chaos est comparé à celui de signaux posturaux normaux. Les deux modes de traitement précités peuvent bien sûr être combinés pour étayer un diagnostic ou une étude statistique. La troisième partie III du procédé selon l'invention vise plus particulièrement les traitements en vue de l'exploitation et de la visualisation des résultats posturographiques. Dans un premier temps, les gammes de fréquences du spectre de Fourier sont converties en pourcentages puis des quotients spectraux SPQ1, SPQ2, SPQ3 sont calculés suivant les formules suivantes F1x100 SPQ1 = F2+F3+F4 FtxlO SPQ2= F5+F6+F,+F8 F1 SPQ3= F7+F8 Un indice de distribution de poids WDI est également calculé selon l'expression suivante où A', B', C' et D' sont les pourcentages respectifs du poids total du sujet sur chaque plaque P1 P4. Un quotient de stabilité STQ est en outre calculé au moyen de l'expression suivante STQ = STI x 100 STQ M où STI est l'indice de stabilité précité et M représente le poids du sujet. Bien sûr, laprésente invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, la dimension et la disposition des plaques du dispositif capteur peuvent être adaptées en fonction de situations physiologiques particulières. En outre, on peut utiliser pour le traitement des données expérimentales tout type de calculateur ou de micro-ordinateur, portable ou fixe, de type compatible PC ou non, pourvu qu'il puisse recevoir des données numériques et permette la visualisation de graphiques et le stockage de données. De plus, la carte d'acquisition peut être placée aussi bien à l'intérieur qu'à l'extérieur du micro-ordinateur. Le traitement des données peut être effectué, soit à partir du microordinateur 2 d'acquisition, soit en différé et à distance sur un autre calculateur. Le second calculateur prévu pour l'affichage d'indications et de stimuli visuels peut être dédié uniquement à cette fonction ou bien être utilisé à d'autres fonctions. L'écran utilisé peut être de technologie et de dimension quelconque et placé en fonction de critères physiologiques définis par l'expérimentateur. On peut également prévoir plus d'un capteur indépendant par plaque indépendante, et/ou plus de quatre plaques indépendantes. De même on peut utiliser d'autres types de capteurs que les capteurs piézo-électriques décrits, par exemple des jauges d'extensiométrie mesurant une force exercée sur la plaque correspondante. REVENDICATIONS 1. Procédé de posturographie tétraataxiamétrique, comprenant une étape d'acquisition de signaux (S1-S4) issus de moyens capteurs (C1-C4) inclus dans un dispositif capteur (14) sur la face supérieure (P) duquel un sujet se tient debout sensiblement en équilibre, et une première étape de traitement desdits signaux (S1 S4) pour délivrer des informations représentatives de la posture dudit sujet et de l'évolution temporelle de ladite posture1 caractérisé en ce que au moins quatre signaux de mesure (S1-S4) représentatifs respectivement des pressions exercées par chaque pointe de pied et chaque talon du sujet sont générés par au moins quatre capteurs indépendants (C1-C4) représentant lesdits moyens capteurs et associés à au moins quatre plaques indépendantes (P1 P4) recevant respectivement les deux pointes de pied et les deux talons dudit sujet, et en ce que l'étape de traitement comprend une étape d'analyse et d'interprétation des interactions existant entre ces au moins quatre signaux de mesure (S1-S4). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape dite de biorétroaction au cours de laquelle le sujet reçoit des informations de bio-rétroaction, notamment visuelles sensiblement indicatives de sa posture instantanée,et en ce que ces informations de bio-rétroaction sont obtenues au cours d'une seconde étape de traitement desdits quatre signaux de mesure (S1-S4). 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape d'acquisition comprend une étape de mise en forme et d'amplification des quatre signaux de mesure (S1-S4) issus des quatre capteurs indépendants (C1-C4), suivie d'une étape de multiplexage analogique desdits signaux de mesure (S1-S4), d'une étape de conversion analogique/numérique pour générer une information numérique multiplexée transmise à des premiers moyens de contrôle et de traitement (2). 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend, préalablement au positionnement du sujet sur la face supérieure (P) dudit dispositif capteur (14), une étape d'adaptation de la dimension desdites plaques (P1, P'1, P"1) à la morphologie des pieds dudit sujet. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape d'acquisition comprend en outre une saisie par un opérateur d'informations relatives à la séance de posturographie en cours,notamment des paramètres expérimentaux et des données personnelles relatives au sujet teste. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite première étape de traitement comprend une sous-étape de traitement principal (II) dans laquelle les quatre signaux (S1-S4) sont traités pour générer des informations brutes représentatives de la posture du sujet, suivie d'une sousétape de traitement secondaire (III) dans laquelle lesdites informations brutes sont traitées pour fournir un ensemble prédéterminé de quotients et de scores pour une interprétation ultérieure des résultats de cette séance de posturographie. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend à la suite de ladite seconde sous-étape de traitement secondaire (III) une étape de sortie (IV) dans laquelle lesdits quotients et scores sont traités pour être visualisés et stockés. 8. Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que la première sous-étape de traitement principal (II) comprend en outre un traitement desdites informations saisies par analyse de chaos à l'issue duquel des informations d'analyse de chaos sont générées et représentées graphiquement au cours de ladite étape de sortie (IV). 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de gestion de séance de posturographie comprenant une étape préliminaire de calibrage dudit dispositif capteur (14), une étape de lancement d'acquisition, et une étape d'indication de fin de séance. 10. Système (1) de posturographie tétraataxiamétrique, mettant en oeuvre le procédé selon l'une des revendications précédentes, comprenant un dispositif capteur (14) sur la face supérieure (P) duquel un sujet se tient debout sensiblement en équilibre, caractérisé en ce que ce dispositif (14) comprend au moins quatre capteurs (C1-C4) indépendants placés sous au moins quatre plaques indépendantes (P1-P4) sur lesquelles reposent respectivement les pointes de pied et les talons dudit sujet, et en ce que ledit système comprend des premiers moyens de contrôle et de traitement (2) reliés au dispositif multicapteur (14),pour recevoir et traiter au moins quatre signaux de mesure (S1-s4) générés par lesdits au moins quatre capteurs indépendants (CI-C4) en vue de fournir des informations représentatives de la posture dudit sujet. 11. Système (1) selon la revendication 10, caractérisé ce que lesdites quatre plaques (P1-P4) comprennent deux plaques de forme sensiblement rectangulaire (P1,P3) pour recevoir les deux pointes dudit sujet et deux plaques de forme sensiblement carrée (P2,P4) pour recevoir les deux talons dudit sujet. 12. Système (1) selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de bio-rétroaction (3,9) pour fournir au sujet, notamment sous forme visuelle,des informations indicatives de sa propre posture, lesdits moyens de bio-rétroaction (3,9) étant reliés au dispositif multicapteur (14) et recevant de celui-ci des données représentatives de la répartition des pressions entre les quatre plaques (P1 P4). 13. Système (1) selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que les premiers moyens de contrôle et de traitement (2) comprennent un premier microordinateur. 14. Système (1) selon l'une des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que les moyens de biorétroaction (3,9) comprennent un écran de visualisation (3), notamment l'écran d'un second micro-ordinateur (9). 15. Dispositif multicapteur (14) mis en oeuvre dans le système de posturographie (1) selon l'une des revendications 10 à 14, caractérisé en ce qu'il comprend sur sa face supérieure (P) au moins quatre plaques indépendantes (P1-P4) de dimensions et de dispositions prédéterminées sous chacune desquelles est placé au moins un capteur indépendant (C1-C4), et en ce qu'il comprend en outre des moyens (11) d'alimentation en énergie électrique,des moyens pour recueillir les signaux de mesure (S1-S4) générés par lesdits capteurs (C1-C4), et des moyens (A1-A4,12) pour traiter ces signaux (S1-S4) en vue de les transmettre à des premiers moyens de contrôle et de traitement (2). 16. Dispositif (14) selon la revendication 15,caractérisé en ce que les moyens d'alimentation (11) sont reliés en entrée au réseau secteur (S) et délivrent en sortie plusieurs niveaux de tension continue prédéterminés (Vp,Vc) pour alimenter les capteurs (C1-C4) et les moyens de traitement de signaux (AI-A4,12). 17. Dispositif (14) selon l'une des revendications 15 ou 16, caractérisé en ce qu'il comprend, au titre des moyens de traitement de signaux, des moyens (A1-A4) pour amplifier les quatre signaux de mesure (S1 S4) sous forme analogique et des moyens (12) pour convertir ces signaux analogiques amplifiés en des informations numériques. 18. Dispositif (14) selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, au titre des moyens de traitement de signaux, des moyens pour multiplexer lesdits signaux amplifiés avant leur conversion par lesdits moyens de conversion en des informations numériques multiplexées. 19. Dispositif (14) selon l'une des revendications 15 à 18, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des premiers moyens (8) pour connecter les moyens de traitement de signaux (12) aux premiers moyens de contrôle et de traitement (2). 20. Dispositif (14) selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (13) pour générer, à partir des quatre signaux de mesure (S1 S4), des données indicatives de la répartition des pressions sur les quatre plaques (P1-P4), et des seconds moyens (7) pour connecter lesdits moyens générateurs (13) à des moyens de bio-rétroaction (3, 9). 21. Dispositif (14) selon l'une des revendications 15 à 20, caractérisé en ce que sa face supérieure (P) est agencée pour recevoir des plaques amovibles (P1,P'1,P"1) de dimension variable choisie en fonction de la taille des pieds du sujet.