Brevet FR2721817A1 — publié le 19960105

I La présente invention concerne un appareil notamment pour le diagnostic, la rééducation et l'entretien de la fonction d'équilibre, qui peut être monté sur un dispositif d'exercice déséquilibrant, en particulier destiné aux personnes âgées. Avec le vieillissement, I'équilibre devient plus précaire, ce qui accroit le risque de chute. Des études prouvent qu'une personne âgée peut obtenir, par la pratique d'exercices déstabilisants, une amélioration sensible du contrôle des oscillations de son corps, et une élimination de réactions posturales parasites, non appropriées au rétablissement de l'équilibre. De meilleures performances d'équilibration se traduisent directement par une marche plus sûre donc un gain d'autonomie, les résultats étant d'autant plus significatifs que les exercices se rapprochent de la marche. Le travail de l'équilibre chez la personne âgée présente plusieurs exigences: * Selon l'état physique et les besoins de la personne, les conditions déséquilibrantes à adopter varient. Il peut s'agir simplement de la station debout, d'un entraînement sur plateau déséquilibrant motorisé ou non, ou encore d'un exercice de marche, à même le sol ou sur tapis roulant par exemple. Ces différentes conditions peuvent par ailleurs constituer les étapes d'une progression vers une marche autonome. * La performance d'équilibration de la personne doit être mesurée, pour contrôler les progrès et mobiliser son attention. * La personne doit disposer d'un moyen rassurant pour rétablir son équilibre, le cas échéant. Pour améliorer la fonction d'équilibre, on dispose, d'une part, des plates-formes d'équilibre. Les plus perfectionnées, telles que les stabilomètres, sont motorisées et permettent de mesurer les réactions du sujet aux perturbations de l'équilibre. La personne âgée, debout sur un tel appareil, risque de chuter, et doit être surveillée ou au moins harnachée. Privée d'appui et surélevée par rapport au sol, elle peut manifester des réticences bien compréhensibles. Enfin ces appareils imposent une station debout immobile, et ne permettent pas de travailler l'équilibre dans des situations se rapprochant de la marche. D'autre part il existe des exercices bien connus qui créent des conditions déstabilisantes dues au mouvement des membres inférieurs, à commencer par la marche à même le sol, sur tapis roulant... Dans tous les cas on peut proposer un soutien: barres fixes, déambulateur, assistance du praticien. Ces pratiques ne fournissent aucun moyen objectif de mesurer les performances d'équilibre, et induisent souvent un recours excessif à ces appuis ainsi qu'une accoutumance difficile à éliminer. Pour une personne âgée, les appareils et exercices existants tels que ceux décrits ci-dessus présentent tous au moins un des inconvénients suivants: ils ne permettent de travailler qu'en position debout et immobile; ils ne possèdent pas de moyen de mesure; ils nécessitent le recours a un appui ou une aide à la marche, provoquant souvent une dépendance indésirable Aussi un des buts de la présente invention est-il de pallier ces inconvénients de l'art antérieur. L'appareil selon l'invention est un dispositif qui, durant la plupart des exercices déséquilibrants, permet à l'utilisateur de rétablir son équilibre à l'aide des bras, tout en contrôlant ses performances, ce qui l'incite à s'affranchir de cette aide. L'appareil est équipé d'une poignée de maintien constituée par une tige dont l'extrémité supérieure est libre et munie d'un moyen de préhension tel qu'une boule. Son extrémité inférieure est reliée à un système captant les forces exercées par l'utilisateur pour se rétablir. Un système d'exploitation des signaux électriques provenant du système capteur traite l'information et permet d'indiquer les recours à la poignée. Un système de fixation permet d'attacher la poignée sur toute structure stable par liaison démontable ou permanente. Par exemple cette structure peut être une simple barre fixe pour le travail de la station debout ou le travail sur plateau désequilibrant, il peut être la barre d'appui d'un tapis de marche ou d'un appareil simulant la montée d'escalier. Selon un mode particulier de réalisation, le système capteur de pression peut être un détecteur (information logique de type tout ou rien). Un élément élastique est intercalé entre la poignée et un élément support solidaire du système de fixation. Lorsque l'utilisateur exerce des forces sur la poignée, celle-ci décrit de légères oscillations par rapport au support grâce à la déformation de l'élément élastique. L'élément élastique peut être une gaine en caoutchouc entourant la base de la poignée. L'ensemble est inséré dans un support cylindrique fermé à une extrémité. Un capuchon cylindrique est vissé sur le support. Son fond est percé d'un orifice de diamètre supérieur à celui de la tige de la poignée, qui le traverse. Soumise à une pression suffisante, la poignée vient au contact du capuchon, qui limite l'ampleur des oscillations. Dans une autre version, l'élément élastique forme une pièce intermédiaire entre la base de la poignée et un bloc cylindrique servant de support. La pièce intermédiaire fléchit légèrement sous la force exercée par l'utilisateur. La poignée et l'élément élastique peuvent être fabriqués en une seule pièce, de plastique par exemple. Un manchon de forme circulaire est vissé sur le bloc cylindrique. Le manchon, de même que le capuchon de la version précédente, limite l'ampleur des oscillations. Les zones de contact d'une part de la poignée, d'autre part du capuchon ou du manchon selon la version, représentent les deux bornes d'un interrupteur. Chaque appui de la première sur la seconde provoque la fermeture d'un circuit électrique. En modifiant la hauteur du capuchon ou du manchon sur leur support par vissage, on fait varier l'amplitude possible des mouvements de la poignée et ainsi la force minimale a lui imprimer pour établir le contact. Ce système de vissage constitue donc un moyen de régler la sensibilité de l'appareil aux sollicitations de l'utilisateur. Une graduation sur le support permet de positionner correctement le capuchon ou le manchon pour obtenir la sensibilité désirée. Le circuit électrique est relié à un système d'exploitation des signaux, intégré dans la poignée ou situé dans un boîtier sépare, qui détecte et traite les fermetures du circuit. Le système d'exploitation peut être réalisé dans une version exclusivement électrique. Dans la version la plus simple, il est composé d'une lampe qui s'allume lorsque le circuit se ferme. Le montage peut avantageusement intégrer un condensateur pour obtenir des flash lumineux. Dans une version électronique, le système d'exploitation du signal peut être conçu de la façon suivante: la fermeture du circuit déclenche le fonctionnement d'un temporisateur. Celui-ci, pendant le délai de temporisation, ignore l'effet de rebond au niveau des contacts ainsi que l'éventuel train d'impulsions provoqué par l'utilisateur qui rétablit son équilibre. La sortie du temporisateur est reliée à un système d'avertissement de contact, sonore ou lumineux. Elle est aussi connectée à un compteur d'impulsion commandant un afficheur. Selon un autre mode particulier de réalisation l'appareil permet de quantifier finement les forces auxquelles la poignée est soumise, en sens et intensité. Le système capteur de force est un montage dynamométrique relié à une électronique de traitement avec système d'affichage, selon des technologies couramment employées pour la fabrication de plates-formes de force ou statokinésimètres. De telles plates-formes ont fait l'objet de brevets (cf. par exemple le document US-A-3906931 déposé par Y.V. Terekhov en 1973) et sont produites par plusieurs sociétés (Advanced Medical Technology; Kistler Corporation...). Dans une version préférée, le système capteur comprend un corps d'épreuve flexible reliant la poignée à un bloc cylindrique. Un manchon est solidaire du bloc cylindrique et remonte jusqu'à la base de la poignée. Quatre jauges extensométriques sont disposées à intervalles réguliers autour du corps d'épreuve. Deux jauges situées à l'opposé l'une de l'autre sur le corps d'épreuve sont montées dans deux branches contiguës d'un premier pont de Wheatstone. Les deux autres jauges sont montées de la même façon dans un second pont. Les deux ponts permettent de mesurer les composantes dans un plan perpendiculaire à l'axe du corps d'épreuve au repos, des forces exercées sur la poignée. Les signaux de mesure sont acheminés dans un conditionneur comprenant un amplificateur, lui-même relié à une interface numérisant les signaux analogiques. Un bus relie l'interface à un microprocesseur et des moyens d'entrée/sortie. Dans une autre version les forces exercées sur la poignée sont mesurées à l'aide d'un capteur de type piézoélectrique. L'appareil peut être fixé sur toute structure stable, par liaison démontable ou permanente. Dans une variante de l'appareil, le système de fixation est une pince à trois mors. Le premier est solidaire du système capteur. Les deux autres mors pivotent sur deux axes portés par le premier mors. Une tige de serrage pivote au bout de l'un de ces deux mors et passe dans un étrier au bout de l'autre. Un écrou vient se visser derrière l'étrier sur la tige de serrage pour resserrer la pince. Dans les différentes variantes décrites, le système d'exploitation peut être relié à deux poignées, et traiter les signaux soit séparément, soit globalement. Les dessins annexés illustrent l'invention: La figure 1 est une vue en perspective de l'appareil selon l'invention monté sur un dispositif d'exercice déséquilibrant. La figure 2 représente en coupe verticale une vue partielle de l'appareil dans un premier mode de réalisation, comprenant une poignée, un système de fixation et un système capteur dont l'élément élastique est une gaine recouvrant l'extrémité inférieure de la poignée. La figure 3 représente en coupe verticale une vue partielle de l'appareil dans un second mode de réalisation, comprenant une poignée et un système capteur dont l'élément élastique forme une pièce intermédiaire entre la base de la poignée et un bloc cylindrique. La figure 4 représente le schéma bloc d'un système d'exploitation des signaux pour un système capteur selon les figures 2 ou 3.. La figure 5 représente le schéma d'un ensemble poignée-système capteur dans un mode particulier de réalisation comprenant des jauges extensométriques. La figure 6 représente le schéma d'un mode de réalisation du système d'exploitation des signaux pour un système capteur selon la figure 5. En référence à ces dessins, I'appareil comporte une poignée de maintien (1). Les pressions exercées par l'utilisateur sur la poignée sont détectées par un système capteur (2). L'ensemble est accroché à une structure stable (A), élément d'un dispositif déséquilibrant simulant la montée d'escalier (B), grâce a un système de fixation (3), par liaison démontable ou permanente. Le système capteur est relié à un système d'exploitation des signaux (4) traitant l'information et indiquant les sollicitations de la poignée par l'utilisateur. Dans la forme particulière de réalisation selon la figure 2, la poignée (1) est constituée par une tige (1l) dont l'extrémité supérieure est libre et munie d'un moyen de préhension (1b) telle qu'une boule. Son extrémité inférieure est recouverte d'une gaine élastique (6a), qui peut être en caoutchouc, I'ensemble étant inséré dans un support cylindrique (5a) fermé à une extrémité. Un capuchon (7a), dont le fond est percé d'un orifice de diamètre légèrement supérieur à celui de la tige qui le traverse, vient se visser sur le support cylindrique qui est fileté. Lorsque la poignée est sollicitée par l'utilisateur, la tige s'incline légèrement par rapport au support sous l'effet de la force exercée, grâce à l'élasticité du caoutchouc. Elle peut alors entrer en contact avec le capuchon. Le système de vissage du capuchon sur le support cylindrique permet de régler la sensibilité de l'appareil. Le montage électrique (8a et 8b) représenté sur la figure 2 correspond au cas o la poignée (1), le support (5a) et le capuchon (7a) sont conducteurs, et la gaine élastique (6a) isolante. Un fil électrique (8a) est en contact avec le support cylindrique, qui assure la liaison électrique avec le capuchon. Un fil électrique (8b) est au contact de la poignée et traverse le support, isolé de celui-ci. Le système de fixation de la figure 2 est une pince à trois zones de contact enserrant une barre (14) perpendiculaire à la figure. Un premier mors (9a) est solidaire du support (5a); les deux autres (9b et 9_) pivotent sur deux axes (10a et 10b) portés par le premier. Une tige de serrage (11) pivotant au bout du deuxième mors (9b) passe dans un étrier (12) au bout du troisième mors (9c) et resserre les deux contre la barre grâce à un écrou (13). Les trois zones de contact prennent une configuration triangulaire qui permet de presser aussi la barre contre le premier mors. Dans une autre forme de réalisation selon la figure 3, l'élément élastique du système capteur forme une pièce intermédiaire (6b) entre la poignée (1) et un bloc cylindrique (5) fileté. La poignée, la pièce intermédiaire et éventuellement le bloc cylindrique peuvent constituer une seule et même pièce, en matière plastique moulée par exemple. Un manchon cylindrique (7b) vient se visser sur le bloc cylindrique. La partie interne du manchon est évasée dans sa partie supérieure de manière à éviter l'usure. Dans le mode particulier de réalisation du système d'exploitation des signaux selon la figure 4, celui-ci est relié électriquement à deux poignées et logé dans un boîtier. La fermeture d'un circuit électrique (8 ou 8') provoque le déclenchement d'un temporisateur (15). Le délai de temporisation est réglé de façcon à éviter l'effet de rebond et laisser un laps de temps à la personne pour rétablir son équilibre. Pendant la temporisation, le courant de sortie alimente un témoin lumineux ou sonore (16) ainsi qu'un dispositif de comptage et d'affichage (17) (typiquement deux compteurs d'impulsions étagés, reliés chacun à un afficheur 7 segments). Un compteur de temps (18) complète le montage. Le boîtier est accroché à proximité de l'utilisateur par une attache (19), qui peut être une pince. Dans un mode de réalisation selon la figure 5, le système capteur comporte un corps d'épreuve (6ç) flexible reliant la poignée (1) à un bloc cylindrique (5ç). Un manchon (7c) est solidaire du bloc cylindrique et remonte jusqu'à la base de la poignée dont il limite l'amplitude maximale des oscillations. Quatre jauges extensométriques dont deux sont représentées (20a à 20d) sont disposées à intervalles réguliers autour du corps d'épreuve. Les jauges extensométriques sont montées dans deux ponts de Wheatstone comme représenté dans la figure 6. Deux jauges (20a et 20ç) situées à l'opposé l'une de l'autre sur le corps d'épreuve et dont les résistances varient en sens opposé lors des déformations, sont montées dans deux branches contiguës d'un premier pont (21a). Les deux autres jauges (20b et 20c) sont montées de façon similaires dans un deuxième pont (21b). Une source de tension (22) alimente les deux ponts. Les signaux de mesure sont acheminés dans un conditionneur du signal (23) comportant un amplificateur. Le conditionneur du signal est relié à une interface (24) numérisant les signaux reçus. Un bus de données (25) relie l'interface à un microprocesseur (26) et un ensemble d'entrée/sortie (27) comportant typiquement un système d'affichage, un clavier et une mémoire. REVENDICATIONS 1. Appareil notamment pour le diagnostic, la rééducation et l'entretien de la fonction d'équilibre qui peut être monté sur un dispositif d'exercice déséquilibrant, caractérisé par le fait qu'il comprend, d'une part, un ou deux ensembles constitués chacun par une poignée (1) montée sur un système capteur de force (2), lié par un système de fixation (3) sur ledit dispositif d'exercice déséquilibrant ou sur toute structure stable, et, d'autre part, un système d'exploitation des signaux électriques (4) provenant de chaque système capteur. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la poignée (1) est constituée par une tige (la) dont l'extrémité inférieure est liée au système capteur (2) et l'extrémité supérieure libre et munie d'un moyen de préhension tel qu'une boule (lb). 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le système capteur (2) comprend, d'une part, une gaine élastique (6a) recouvrant l'extrémité inférieure de la tige (la), et, d'autre part, un support cylindrique (5a) fermé à une extrémité et dans lequel est insérée l'extrémité de ladite tige munie de sa gaine. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la paroi latérale du support cylindrique (5a) est filetée, et que le système capteur (2) comprend également un capuchon (7a), se vissant sur ledit support cylindrique, et dont le fond est percé d'un orifice traversé par la tige (la), le diamètre du dit orifice étant légèrement supérieur à celui de ladite tige. 5. Appareil selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le système capteur (2) est constitué, d'une part, par un bloc cylindrique (5b!) fileté, relié à l'extrémité inférieure de la tige (la) par une pièce intermédiaire (60) flexible, et, d'autre part, par un manchon cylindrique (70) se vissant sur ledit bloc cylindrique 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le système d'exploitation des signaux (4) provenant du système capteur (2) comporte, d'une part, un avertisseur lumineux ou sonore (16) et, d'autre part, un dispositif de comptage et d'affichage (17) du nombre de sollicitations significatives. 7. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le système capteur comprend, un corps d'épreuve (6c) reliant la poignée (1) à un bloc cylindrique (5ç), quatre jauges extensométriques (20a à 20c) disposées à intervalles réguliers autour du dit corps d'épreuve, et un manchon cylindrique (7ç) solidaire du dit bloc cylindrique et remontant jusqu'à la base de ladite poignée. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les jauges extensométriques sont montées dans deux ponts de Wheatstone, un premier pont (21fa) comprenant dans deux branches contiguës deux des dites jauges (20a et c) situées à l'opposé l'une de l'autre sur le corps d'épreuve (6_) et un second pont (21) comprenant les deux autres jauges (20b et 20_) dans un montage similaire. 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le système d'exploitation comporte, un conditionneur (23) des signaux électriques provenant des ponts de Wheatstone, relié à une interface (24) qui numérise les signaux analogiques provenant du dit conditionneur, ladite interface communiquant par l'intermédiaire d'un bus (25) avec un microprocesseur (26) et des moyens d'entrée/sortie (27). 10. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le système de fixation (3) est une pince, comportant, d'une part, trois mors, le premier (9a) étant solidaire du système capteur (2), les deux autres (9b et 9c) pivotant sur deux axes portés par le premier, et, d'autre part, une tige de serrage (11) pivotant au bout du deuxième mors (9b) et passant dans un étrier situé au bout du troisième mors (9ç).