Brevet FR2715821A1 — publié le 19950811

DISPOSITIF D'AIDE A LA REEDUCATION FONCTIONNELLE, NOTAMMENT DU RACHIS. La présente invention concerne un dispositif d'aide à la rééducation fonctionnelle, notamment du rachis, comportant un capteur de courbure délivrant une grandeur de sortie dépendant de sa courbure, ce capteur étant placé sur une zone à rééduquer d'un patient, un dispositif de conditionnement et d'acquisition desdites grandeurs de sortie connecté au capteur de courbure par une liaison électrique, un dispositif de transfert de données et un dispositif de traitement de ces données Parmi les objectifs fréquemment recherchés lors de rééducations rachidiennes, on vise notamment - l'amélioration de la maîtrise des courbures du rachis, - la correction du degré de courbure de l'un ou de plusieurs segments rachidiens (en orthopédie infantile particulièrement). Le thérapeute se heurte alors fréquemment aux difficultés de prise de conscience par le patient des mobilités différentielles des segments rachidiens et de l'influence des mouvements des membres sur la statique rachidienne. La matérialisation précise des consignes d'exercices correctifs reste souvent très aléatoire en l'absence de critères rigoureux d'objectivation, l'oeil du thérapeute étant souvent le seul moyen de mesure. Enfin, l'évaluation de la maîtrise rachidienne d' un patient s'avère très subjective pour les mêmes raisons alors que les traitements s'étalent sur plusieurs mois, voire plusieurs années. De plus, la rééducation ne pouvant se faire que sous le contrôle d' un thérapeute, elle ne peut pas être réalisée librement à domicile avec toutes les garanties d'une exécution correcte. En conséquence, il serait intéressant de disposer d'un appareil à rétro-information capable de confirmer objectivement une thérapie sur toute la durée du traitement. Par ailleurs, l'intérêt d'une rétro-information dans la rééducation fonctionnelle a été démontré notamment par BASMAJAN Z.V. (Facts vs miths in E.M.G. Biofeedback. Biofeedback and Self Regulation, 1976, 1, 369-371), S. GREENBERG (Kinesthetic Biofeedback A treatment Modality for Elbow Range of Motion in Hemiplegia. The American Journal of Occupational Therapy - November 1980, volume 34, No. 11) et O.P. WOOLDRIDGE (Biofeedback Background and applications to physical rehabilitation, Bulletin of Prosthetics Research - Spring 1976) dans le sens qu'il permet l'affinement d'une thérapie différenciée. Un certain nombre de goniomètres électroniques ont été développés pour des applications spécifiques concernant diverses parties du corps, notamment le poignet, le genou et la cheville, la main ou le coude. Ces goniomètres utilisent différents capteurs tels que des potentiomètres, des jauges de contraintes, des capteurs à effet Hall ou des fibres optiques. La difficulté principale pour des mesures d'angle réside dans l'interprétation des résultats des mesures en fonction de la morphologie de la partie du corps concernée. En effet, l'existence de plusieurs centres de flexion dans les articulations fait que la courbure engendrée n'est pas uniforme et rend l'interprétation des mesures difficile. Par ailleurs, presque tous ces goniomètres nécessitent un conditionneur lourd, non portable et donc limité à une utilisation clinique. Les appareils conçus pour être portables ont pour but la rétro-information simple et ne sont pas pourvus d'un système d'acquisition de mesures. La présente invention se propose de pallier ces inconvénients en réalisant un dispositif portable permettant la rétro-information et 1' enregistrement d'événements liés à la position du patient et aux limites de position individualisées fixées par le thérapeute, ainsi que le stockage et l'analyse statistique de ces événements. Ce but est atteint par un dispositif tel que défini en préambule et caractérisé en ce que le dispositif de conditionnement et d'acquisition est un dispositif autonome et portable, et en ce qu'il comporte au moins des moyens d'alimentation autonome, des moyens de contrôle et de stockage en continu des valeurs de la grandeur de sortie du capteur, des moyens de rétro-information activés en fonction desdites valeurs et des moyens de communication avec le dispositif de traitement de données. Selon une forme de réalisation préférée, le capteur de courbure comporte des moyens de détection montés sur un support souple plan, cesdits moyens comportant au moins un émetteur d'ondes électromagnétiques, un récepteur desdites ondes et un guide d'ondes agencé pour guider lesdites ondes de l'émetteur au récepteur. De préférence, l'émetteur comporte une diode électroluminescente ayant un spectre d'émission avantageusement défini par rapport au récepteur. Le récepteur comporte de préférence un phototransistor débitant sur un réseau résistif, et dont la sensibilité est adaptée au spectre d'émission de l'émetteur. Selon une forme de réalisation préférée, le guide d'ondes engendre des pertes de transmission des ondes électromagnétiques dépendant de sa courbure. I1 est avantageusement formé d'un tube souple creux et lisse comportant du silicone. L' émetteur, le récepteur et le réseau résistif sont avantageusement montés sur un circuit imprimé gravé sur le support souple. Selon un mode de réalisation avantageux, le support souple portant le circuit imprimé, l'émetteur, le récepteur, le réseau résistif et le guide d'ondes sont moulés dans un corps souple. Selon la forme de réalisation préférée, le guide d'ondes est concave par rapport au plan du support. Selon un mode de réalisation préféré, les moyens de contrôle et de stockage du dispositif de conditionnement et d'acquisition comportent au moins un micro-contrôleur agencé pour contrôler les valeurs de la grandeur de sortie du capteur par rapport à des valeurs limites fixées par le thérapeute, et une mémoire agencée pour mémoriser un codage desdites valeurs. De préférence, les moyens de rétro-information du dispositif de conditionnement et d'acquisition comportent au moins un circuit de commande asservi par le micro-contrôleur, et un organe d'avertissement agencé pour délivrer un signal de rétro-information sonore dépendant de la grandeur de sortie du capteur de courbure et des valeurs limites fixées par le thérapeute. Le dispositif de conditionnement et d'acquisition comporte avantageusement un interrupteur agencé pour commander les moyens de rétro-information. Selon un mode de réalisation avantageux, les moyens de communication du dispositif de conditionnement et d'acquisition comportent un interface de communication agencé pour transmettre les données mémorisées dans la mémoire au dispositif de traitement de données par l'intermédiaire du dispositif de transfert. Le dispositif de transfert comporte avantageusement des moyens de recharge du dispositif de conditionnement et d'acquisition. Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif de traitement de données est un micro-ordinateur géré par un logiciel spécifique et agencé pour gérer des fiches de patients, initialiser les paramètres de fonctionnement du dispositif de conditionnement et d'acquisition pour un patient donné, relire les données de ce dispositif et analyser ces données. La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante d' un exemple de réalisation et en référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue d'ensemble du dispositif selon l'invention; - la figure 2a est une vue de dessus du capteur de courbure de la figure 1; - la figure 2b est une vue de profil du capteur de courbure de la figure 2a; et - la figure 3 est un schéma synoptique du dispositif de conditionnement et d'acquisition de la figure 1. En référence aux figures, le dispositif 10 comporte un capteur de courbure 11 placé sur une zone à rééduquer 1 d'un patient, par exemple une zone du rachis, un dispositif de conditionnement et d'acquisition 13 connecté au capteur de courbure par une liaison électrique 12, un dispositif de transfert de données 14 et un dispositif de traitement de ces données 15. Le capteur de courbure 11, représenté de façon détaillée par les figures 2a et 2b, comporte un émetteur 16, un récepteur 17 et un guide d'ondes 18, montés sur un support souple 19 par exemple de 2001lm d'épaisseur. L'ensemble de ces composants est moulé dans un corps souple 20, réalisé par exemple en silicone médical. L'émetteur 16 est formé par une diode électroluminescente 21 émettant des ondes électromagnétiques. Il est disposé à proximité d'une extrémité du guide d'ondes 18 et est aligné avec cette extrémité selon un axe 16'. Il est commandé en régime pulsé de 5 ms par seconde afin de réduire la consommation énergétique du circuit. Selon un mode de réalisation concret, l' émetteur peut être constitué d'une diode SEP 8705-003 dont l'émission a une longueur d'onde maximale de ,Ap = 880 nm. Le récepteur 17 est placé à proximité de l'autre extrémité du guide d'ondes 18, et est aligné avec cette extrémité selon un axe 17'. Il est formé par un phototransistor 22 qui fournit un courant proportionnel à la quantité de lumière qu'il reçoit. La sortie de ce récepteur est connectée à un réseau résistif 23 comportant au moins une résistance variable 24. Ce réseau résistif convertit le courant du phototransistor en une tension proportionnelle au flux de lumière qu'il reçoit. Le guide d'ondes 18 se présente sous la forme d'un tube creux et lisse 25 de 100 ou 150 mm de longueur, réalisé par exemple en silicone, porté par des cales ou éléments de support 26. Il est réalisé de manière à transmettre la lumière de l'émetteur 16 au récepteur 17 tout en engendrant des pertes de transmission proportionnelles à sa courbure. Lorsque le support 19 repose sur une surface plane, le guide d'ondes 18 présente une courbure concave définie par un angle de courbure QC d'une valeur sensiblement égale à 150. Cet angle de courbure correspond à l'angle formé entre les tangentes 18', 18" aux extrémités dudit guide, comme illustré par la figure 2b. Il correspond également à l'angle formé entre l'axe 16' de l'émetteur 16 et l'axe 17' du récepteur 17. Le capteur de courbure 11 est agencé pour avoir une zone de travail comprise entre -10 et +200 environ. Lorsque ce capteur présente une courbure de -10 , le guide d'ondes a un angle de courbure de 5 . Ainsi, l'émetteur et le récepteur sont pratiquement alignés et les pertes de transmission sont faibles. La tension de sortie utile du récepteur est donc maximale. Lorsque le capteur 11 présente une courbure de 200, le guide d'ondes a une courbure de 350. Les pertes de transmission dans ce guide d'ondes sont particulièrement importantes et la tension de sortie utile est minimale. Comme la tension de sortie est indépendante du sens de courbure du guide d'ondes 18, il est important, afin de pouvoir déterminer le sens de courbure du capteur 11, que le guide d'ondes ne puisse travailler que dans un seul sens de courbure. Ceci est assuré en donnant à ce guide d'ondes un angle de courbure tel que la somme de l'angle de courbure du guide d'ondes et de celui du capteur ait toujours le même signe quelle que soit la position du capteur dans les limites de sa position de travail. Ainsi, en donnant au guide d'ondes, un angle de 150 et en autorisant une position de travail du capteur correspondant à des valeurs d'angles compris entre -10" et +200, le guide d'ondes pourra prendre des courbures correspondant à des angles compris entre +50 et +350. Ces angles étant toujours positifs, il existe une correspondance biunivoque entre la tension de sortie du récepteur et la courbure du capteur. Pour ne pas augmenter la rigidité du corps souple 20 et pour faciliter la connexion du capteur aux autres parties du dispositif, l'émetteur 16, le récepteur 17 et le réseau résistif 23 sont montés sur un circuit imprimé gravé sur le support souple 19, relié au dispositif de conditionnement et d'acquisition 13 par des bornes de connexion 27. Ce dispositif de conditionnement et d'acquisition 13, illustré schématiquement par la figure 3, est un dispositif portable et rendu autonome au moyen d' un bloc d'alimentation 30 rechargeable. Ce dispositif comporte un filtre passe-bas 31 et un convertisseur analogique/numérique 32 qui transforment la grandeur de sortie du capteur en une valeur codée utilisable par un micro-contrôleur 33. Celui-ci est chargé de gérer une mémoire RAM statique 34 agencée pour mémoriser les valeurs codées de la grandeur de sortie du capteur de courbure, un circuit de commande 35 d'un organe d'avertissement 36 et d' un témoin lumineux 37, une horloge programmable 38 et un interface 39 de type RS232 permettant de transmettre des informations au dispositif de traitement de données 15. L'organe d'avertissement 36 se compose par exemple d'un haut-parleur qui émet un son différencié lorsque l'angle de courbure du capteur dépasse des valeurs limites fixées par le thérapeute. Ce signal sonore constitue la rétroinformation pour le patient, et se différencie par une tonalité grave et une tonalité aiguë selon la limite franchie. La rétro-information peut être activée ou désactivée à tout moment au moyen d'un interrupteur 40 qui est relié au micro-contrôleur 33 par un interface 41 comportant avantageusement un filtre passe-bas. Quand elle est activée, le témoin lumineux 37 clignote. L'horloge 38 marque temporellement toutes les grandeurs de sortie du capteur acquises par le dispositif 13. Le dispositif de transfert 14 est conçu pour relier le dispositif 13 portable au dispositif de traitement 15. Il comporte en outre des moyens de recharge agencés pour recharger un ou plusieurs dispositifs 13 placés sur des connecteurs 42. Le dispositif de traitement 15 se compose d'un micro-ordinateur, par exemple de type PC-AT, ayant des moyens de mémorisation, de gestion, de visualisation et d'analyse statistique des données. Un logiciel spécifique implanté sur le micro-ordinateur propose trois types d'activités comportant chacune différentes rubriques, à savoir: a) Gestion des fiches de patients - Visualiser la liste des fiches - Charger une fiche existante - Créer une nouvelle fiche - Effacer une fiche - Imprimer la liste des fiches b) Connexion avec le dispositif de conditionnement et d'acquisition - Réglage des paramètres - Essai en mode phase active (phase de travail avec rétro information activée) - Démarrage et déconnexion - Lecture d' un enregistrement c) Analyse des données - Analyse globale d'un enregistrement - Analyse journalière - Ajouter/visualiser des commentaires Après avoir créé ou chargé une fiche de patient, il convient de suivre la procédure ci-dessous pour une utilisation autonome du dispositif de conditionnement et d'acquisition 13 1) Réglage des paramètres : enregistrement de certaines informations comme la position du capteur sur la zone rééduquée, la valeur angulaire correspondant à la position spontanée du patient, les valeurs limites des déplacements avant et arrière, le temps de latence en phase de travail appelée phase active, la fenêtre d'analyse en dehors des phases de travail appelée phase passive. 2) Validation des paramètres ci-dessus par un test dynamique pouvant également servir d'apprentissage. Cet essai est réalisé en mode phase active. 3) Le dispositif 13 est autonome après transfert des paramètres précités au moyen du dispositif de transfert 14. La date et l' heure de la déconnexion du dispositif 13 sont également transmises. A partir de cet instant, le dispositif 13 peut enregistrer en continu sur plusieurs jours le travail effectué par le patient. A la fin d'une cession de travail convenue avec le thérapeute, le dispositif 13 est reconnecté au dispositif de transfert 14. Le contenu de la mémoire d'acquisition 34 est alors transmis au micro-ordinateur 15, qui permet de réaliser des analyses statistiques et de présenter les données sous forme graphique par exemple. L'utilisation d' un tel dispositif de rééducation peut se faire de différentes manières. Une manière ayant été expérimentée comporte les étapes suivantes: - Mise en place du capteur de courbure. Le capteur 11, d'une longueur utile de 100 mm, est placé par exemple à hauteur de la 5ème vertèbre lombaire repérée suivant des techniques connues en masso-kinésithérapie. Il est placé verticalement sur la ligne des apophyses épineuses. Pour obtenir un maintien efficace de ce capteur, un spray adhérent hypoallergique est tout d'abord appliqué sur la peau, puis le capteur est mis en place et tenu par un film hypoallergique doublé d'un bandage élastique, tous deux adhésifs. - Définition de l'environnement de travail. Par des mouvements de creusement (antéversion du bassin) ou d'effacement du creux lombaire (rétroversion du bassin), on vérifie la réponse du capteur 11 à l'aide du micro-ordinateur 15 afin de contrôler sa mise en place. Le dispositif 13 prend alors en compte la position spontanée du patient. A partir de cette position d'équilibre, l'expérimentateur autorise une plage de 50 de part et d'autre de cette position spontanée. Un temps de latence de 1 seconde est choisi. Ce temps détermine la période d'enregistrement de la grandeur de sortie émise par le capteur 11 et la rétro-information sonore générée par l'organe d'avertissement 36. L'objectif pour la personne est de corriger sa position en fonction de cette rétro-information sonore. - Expérimentation sous la conduite du thérapeute. La série d' exercices destinés à une meilleure prise de conscience d'un segment lombaire du patient et effectuée après la définition de l'environnement, comporte les trois séquences suivantes: Première séquence: A partir de la position de départ (position quadrupédique avec bras et cuisses verticaux), on demande: - élévation antérieure d' un bras pendant 6 secondes, - 6 secondes de repos, - élévation antérieure de l'autre bras pendant 6 secondes, - 6 secondes de repos. Cette séquence est répétée une fois, puis suivie d'un temps de repos de 12 secondes. Deuxième séquence: A partir de la même position de départ, on demande: - élévation arrière d' un membre inférieur pendant 6 secondes (extension de hanche), - 6 secondes de repos, - élévation arrière de l'autre membre inférieur pendant 6 secondes, - 6 secondes de repos. Cette séquence est répétée une fois, puis suivie d'un temps de repos de 12 secondes. Troisième séquence: A partir de la même position de départ, on demande: - élévation croisée d'un membre supérieur et du membre inférieur contre-latéral pendant 6 secondes, - 6 secondes de repos, - élévation croisée dans la diagonale opposée pendant 6 secondes, - 6 secondes de repos. Cette séquence est répétée une fois, puis suivie d'un temps de repos de 12 secondes. Cette série d'exercices est répétée trois fois avec un temps de repos de trois minutes. Au terme des trois séries, les données contenues dans la mémoire 34 du dispositif de conditionnement et d'acquisition 13 sont transférées au dispositif de traitement de données 15 pour être mémorisées, analysées et/ou visualisées. Le dispositif de rééducation selon la présente invention est facilement portable puisque le dispositif 13 peut être séparé du dispositif de transfert 14. Un patient qui désire pratiquer la rééducation à domicile emporte le capteur de courbure 11 et le dispositif 13 connecté audit capteur par le câble de liaison 12. Il réalise les exercices prescrits pendant des phases de travail ou phases actives volontairement déclenchées par l'interrupteur 40. Une phase de travail a par exemple une durée de 10 minutes. Le patient peut toutefois l'interrompre à tout moment en actionnant cet interrupteur. Le signal de rétro-information étant généré par ce dispositif 13, le patient est averti par un son différencié chaque fois que le capteur de courbure dépasse une des deux valeurs limites. Ce dispositif 13 peut également travailler de manière masquée, en phase passive, c'est-à-dire qu'il peut enregistrer les dépassements des valeurs limites sans rétro-information. Après un certain nombre de jours d'utilisation à domicile, lorsque le dispositif a atteint sa durée d'autonomie, le patient retourne chez le thérapeute qui le connecte sur le dispositif de transfert 14 et transfère ainsi les informations de la mémoire 34 au micro-ordinateur 15. Ces données sont mémorisées sur la fiche individuelle du patient et peuvent alors être analysées, commentées et/ou visualisées par le thérapeute. Le dispositif de rééducation selon la présente invention permet un contrôle de la position correcte du rachis par le patient lui-même au moyen du signal de rétro-information sonore, ainsi qu'un contrôle objectif de la part du thérapeute, puisque les données sont quantitatives et non qualitatives. De plus, comme ces données peuvent être mémorisées et visualisées, sous réserve du parfait respect du protocole d'application, le patient peut être traité par des thérapeutes différents. Ceci permet également un traitement fiable à long terme puisque les progrès de la rééducation peuvent être visualisés clairement sans faire appel à la mémoire du thérapeute. Finalement, ce dispositif étant portable, il permet au patient de poursuivre une rééducation à domicile, sans qu'il soit nécessaire d'avoir recours aux compétences d'un thérapeute expérimenté pour apprécier la qualité et le respect du protocole d'exercices gymniques prescrits. La présente invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit, mais s'étend à toute modification évidente pour l'homme de l'art. Son application peut être étendue, notamment dans les domaines de la rééducation fonctionnelle, de l' ergonomie, de l' adaptation et du contrôle posturale en situation professionnelle et dans la vie quotidienne. Revendications 1. Dispositif d'aide à la rééducation fonctionnelle, notamment du rachis, comportant un capteur de courbure délivrant une grandeur de sortie dépendant de sa courbure, ce capteur étant placé sur une zone à rééduquer d' un patient, un dispositif de conditionnement et d'acquisition desdites grandeurs de sortie connecté au capteur de courbure par une liaison électrique, un dispositif de transfert de données et un dispositif de traitement de ces données, caractérisé en ce que le dispositif de conditionnement et d'acquisition (13) est un dispositif autonome et portable, et en ce qu'il comporte au moins des moyens d'alimentation autonome, des moyens de contrôle et de stockage en continu des valeurs de la grandeur de sortie du capteur (11), des moyens de rétro-information activés en fonction des dites valeurs et des moyens de communication avec le dispositif de traitement de données (15). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur de courbure (11) comporte des moyens de détection montés sur un support souple plan (19), cesdits moyens comportant au moins un émetteur (16) d'ondes électromagnétiques, un récepteur (17) desdites ondes et un guide d'ondes (18) agencé pour guider lesdites ondes de l'émetteur (16) au récepteur (17). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'émetteur (16) comporte une diode électroluminescente (21) ayant un spectre d'émission avantageusement défini par rapport au récepteur (17). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le récepteur (17) comporte un phototransistor (22) débitant sur un réseau résistif (23), et dont la sensibilité est adaptée au spectre d'émission de l'émetteur (16). 5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le guide d'ondes (18) engendre des pertes de transmission des ondes électromagnétiques dépendant de sa courbure. 6. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le guide d'ondes (18) est concave par rapport au plan du support (19). 7. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le guide d'ondes (18) est formé d'un tube souple creux et lisse (25). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le tube souple creux et lisse (25) comporte du silicone. 9. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'émetteur (16), le récepteur (17) et le réseau résistif (23) sont montés sur un circuit imprimé gravé sur le support souple (19). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le support souple (19) portant le circuit imprimé, l'émetteur (16), le récepteur (17), le réseau résistif (23) et le guide d'ondes (18) sont moulés dans un corps souple (20). 11. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de contrôle et de stockage du dispositif de conditionnement et d'acquisition (13) comportent au moins un micro-contrôleur (33) agencé pour contrôler les valeurs de la grandeur de sortie du capteur (11) par rapport à des valeurs limites fixées par le thérapeute, et une mémoire (34) agencée pour mémoriser un codage desdites valeurs. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens de rétro-information du dispositif de conditionnement et d'acquisition (13) comportent au moins un circuit de commande (35) asservi par le micro-contrôleur (33), et un organe d'avertissement (36) agencé pour délivrer un signal de rétro-information sonore dépendant de la grandeur de sortie du capteur de courbure (11) et des valeurs limites fixées par le thérapeute. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le dispositif de conditionnement et d'acquisition (13) comporte un interrupteur (40) agencé pour désactiver les moyens de rétroinformation (35, 36). 14. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de communication du dispositif de conditionnement et d'acquisition (13) comportent un interface de communication (39) agencé pour transmettre les données mémorisées dans la mémoire (34) au dispositif de traitement de données (15) par l'intermédiaire du dispositif de transfert (14). 15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que le dispositif de transfert (14) comporte des moyens de recharge du dispositif de conditionnement et d'acquisition (13). 16. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de traitement de données (15) est un micro-ordinateur géré par un logiciel spécifique et agencé pour gérer des fiches de patients, initialiser les paramètres de fonctionnement du dispositif de conditionnement et d'acquisition (13) pour un patient donné, relire les données de ce dispositif (13) et analyser ces données.