Brevet FR2814664A1 — publié le 20020405

PROCEDE ET APPAREIL DE MESURE DES RESERVES LIPIDIQUES La présente invention concerne un procédé et un appareil perfectionnés de mesure des réserves lipidiques d'un sujet vivant et plus particulièrement d'un être humain vivant. La composition du corps et en particulier le pourcentage de réserves lipidiques est une mesure bien connue de la santé physique. Plusieurs procédés de détermination du pourcentage de réserves lipidiques sont actuellement usités y compris les mesures par pied à coulisse, la mesure par déplacement sous l'eau et la mesure par impédance bioélectrique. Dans ce dernier procédé, tel que décrit dans les brevets américains N 5, 415,176 et 5,611, 351, tous deux de Sato et al., un sujet vivant dont les réserves lipidiques doivent être mesurées, se tient debout sur un appareil, semblable à une balance, sur la surface supérieure duquel sont placées quatre électrodes. Un courant électrique de 50 kHz, 800 micro-ampères, est produit par une source de courant électrique continu. Ce courant passe d'abord à travers deux électrodes en contact avec les orteils du sujet, puis à travers deux résistances de référence placées en série avec le corps du sujet et les unes avec les autres. Le courant électrique qui passe à travers le sujet a pour effet qu'un potentiel de tension se développe à travers les talons du sujet. A l'aide d'un réseau de connecteurs commandés par un microprocesseur et un circuit de mesure de tension, la tension de talon à talon est mesurée via deux autres électrodes en contact avec les talons du sujet. Les tensions à travers les résistances de référence sont également mesurées tandis que le courant électrique est appliqué aux orteils du sujet. Une comparaison des tensions mesurées à travers les résistances de référence avec la tension de talon à talon fournit une mesure très précise de l'impédance de talon à talon. Après que certains paramètres tels que l'age, le poids et la taille ont été entrés dans le microprocesseur, ce dernier calcule la densité du corps en utilisant un algorithme mettant en relation l'impédance du corps et les paramètres supplémentaires outre la densité du corps. Une fois que la densité du corps est obtenue, le microprocesseur effectue un second calcul qui convertit la densité du corps en un pourcentage de réserves lipidiques. Les inventeurs de la présente invention ont identifié plusieurs inconvénients dans le procédé de Sato et autres. Premièrement, le courant de 800 micro-ampères produit un champ électrique relativement intense qui est centré sur les électrodes de fourniture de courant. La répartition de ce champ restreint la position des électrodes de fourniture de courant par rapport aux électrodes de détection de tension : les deux jeux d'électrodes doivent être espacés de 5 cm au moins. Cette limitation de distance peut présenter un problème dans la mesure des'réserves lipidiques de jeunes enfants. Deuxièmement, les électrodes du procédé de Sato et autres sont plates et assez larges, pour convenir à des dimensions de pieds d'adultes différentes. La pression du poids du sujet sur ses pieds, qui sont en contact avec la large surface plate des électrodes, restreint la circulation sanguine vers les tissus qui se trouvent au- dessus des électrodes. On suppose que cette constriction provoque une augmentation artificielle de l'impédance mesurée du corps, entraînant une source d'erreur dans la mesure des réserves lipidiques. De plus, les larges électrodes de l'appareil de Sato et autres donnent à l'appareil un aspect plutôt clinique et inesthétique qui n'est absolument pas convivial pour l'utilisateur. Troisièmement, les résistances de référence de l'appareil de Sato et autres sont placées en série les unes avec les autres ainsi qu'avec le corps du sujet. Cette configuration limite la durabilité et la fiabilité de l'appareil dans la mesure où, si la connexion entre l'une quelconque des résistances ou des électrodes de fourniture de courant est accidentellement rompue, l'appareil devient entièrement incapable de fonctionner. En outre, l'appareil est uniquement capable de mesurer des combinaisons de résistances de référence qui sont adjacentes l'une par rapport à l'autre. Cette configuration limite donc la prise de la mesure. Enfin, les électrodes de fourniture de courant dans l'appareil de Sato et autres touchent les orteils du sujet tandis que les électrodes de détection de tension touchent ses talons. Par conséquent, le courant passe des orteils vers les talons puis vers les jambes, en traversant les pieds. L'impédance mesurée du corps comprend alors l'impédance orteil-talon de chaque pied. Comme l'impédance orteil-talon n'est pas incluse comme une variable indépendante dans la plupart des équations en corrélation avec l'impédance du corps et le pourcentage de réserves lipidiques, les variations de taille de pied et d'impédance de pied d'un sujet à un autre introduit une erreur supplémentaire dans le calcul des réserves lipidiques. En conséquence, un des objets de la présente invention est de surmonter les problèmes susmentionnés, ainsi que d'autres problèmes associés à l'art antérieur, et de proposer un appareil précis, robuste et de haute résolution de mesure des réserves lipidiques, qui puisse être utilisé par une grande diversité de sujets. Selon la présente invention, la composition du corps d'un sujet est mesurée au moyen des étapes suivantes qui consistent à : (1) appliquer un courant électrique de 50 kHz, 300 micro-ampères, sur le corps d'un sujet, via une matrice d'électrodes de fourniture de courant qui touchent les talons du sujet ; (2) mesurer la tension à travers une matrice d'électrodes de détection de tension qui touchent les pointes (et/ou les orteils) des pieds du sujet, et à travers une pluralité de résistances de référence internes connectées en parallèle avec le corps du sujet ; et (3) calculer à partir de ces mesures le pourcentage de réserves lipidiques en tant que fonction de l'impédance du corps. Un mode de réalisation préféré de l'invention comprend une source de courant connectée en parallèle avec deux ou plusieurs résistances de référence ainsi qu'avec le corps du sujet. Les résistances et le corps du sujet sont connectés au, ou déconnectés du circuit, et les différentes tensions à travers les résistances et le corps sont détectées par un amplificateur différentiel. La sortie de l'amplificateur différentiel est conditionnée par un rectificateur et un filtre à débit lent, et l'entrée à un convertisseur analogique-numérique (CAN). Les données de sortie du CAN sont transmises à un module de commande à microprocesseur, qui calcule (1) l'impédance du corps d'une personne en se basant sur les différentes mesures de tension, et (2) le pourcentage de réserves lipidiques en tant que fonction de cette impédance et d'autres variables telles que la taille, le poids, l'age et le sexe. De plus, les matrices d'électrodes du procédé selon la présente invention sont conçues comme de petits boutons ronds légèrement proéminents au-dessus de la surface sur laquelle elles sont montées. Les électrodes sont groupées en quatre matrices, deux matrices de fourniture de courant qui touchent les talons droit et gauche, et deux matrices de détection de tension qui touchent les pointes des pieds. Comme le courant employé est de 300 micro-ampères au lieu de 800 micro-ampères, les matrices d'électrodes de fourniture de courant et les matrices d'électrodes de détection de tension peuvent être assez proches les unes des autres. Dans un mode de réalisation préféré, les électrodes sont séparées par une distance de 1 cm environ. Cette configuration de matrices d'électrodes présente un certain nombre d'avantages par rapport à l'art antérieur. Premièrement, les électrodes peuvent être placées suffisamment près les unes des autres pour permettre même à des enfants ayant des petits pieds d'utiliser l'appareil. Deuxièmement, le sujet a une grande flexibilité quant à la position de ses pieds sur l'appareil. Enfin, comme le pied du sujet touche un certain nombre de petites électrodes réparties sur la surface du pied, la circulation sanguine dans chaque pied est améliorée, en comparaison avec les électrodes plates telles que décrites dans l'arrière-plan ci-dessus, et la mesure peut de ce fait être mieux reproduite. La Fig. 1 est un schéma de principe illustrant un appareil de mesure des réserves lipidiques selon la présente invention. La Fig. 2A est une vue du dessus des matrices d'électrodes montées sur la face supérieure d'un appareil de mesure des réserves lipidiques selon la présente invention. La Fig. 2B est une vue en coupe de l'appareil représenté sur la Fig. 2A. Un appareil selon le mode de réalisation préféré de la présente invention représenté sur la Figure 1 comprend une source de courant continu 10 de 50 kHz, 300 microampères, connectée en parallèle avec une pluralité de résistances de référence Ri (RI, R2 et R3 illustrées comme exemple sur la Figure 1) et avec le corps du sujet 60. Les résistances Ri et le corps du sujet 60 sont activés au, et désactivés du circuit par des connecteurs Sj (SI à S8 dans le mode de réalisation représenté sur la Figure 1), qui sont contrôlés par un module de commande à microprocesseur (MCU) 120. Dans le mode de réalisation représenté sur la Figure 1, les différentes tensions à travers les résistances et le corps sont connectées en séquence à un appareil de mesure de baisse de tension 70, via les connecteurs S9 à S12, également contrôlés par le MCU 120. Par exemple, pour mesurer la tension développée à travers le corps 60, les connecteurs S7, S8, Sll et S12 sont fermés, tandis que les connecteurs Sl à S6, S9 et S10 sont ouverts. De cette manière, le courant traverse la matrice d'électrodes de fourniture de courant 20, qui est en contact avec un des talons du sujet, traverse le corps 60 et la matrice d'électrodes de fourniture de courant 30 qui est en contact avec l'autre talon du sujet. Dans le même temps, la tension développée entre les pointes des pieds du sujet traverse les matrices d'électrodes de détection de tension 40 et 50, qui sont en contact avec les pointes des pieds du sujet, jusqu'aux entrées de l'appareil de mesure de baisse de tension 70. De la même manière, pour mesurer la tension développée à travers la résistance R1, les connecteurs SI, S2, S9 et S10 sont fermés tandis que les connecteurs S3 à S8, Sll et S12 sont ouverts. De cette façon, la tension peut être mesurée à travers l'une quelconque des résistances ou à travers le corps du sujet. En outre, les combinaisons des résistances de référence Ri (RI, R2 et R3 sur la Figure 1) et du corps 60 peuvent être activées et la tension peut être mesurée à travers la combinaison. Par exemple, les résistances R1 et R2 peuvent être activées en fermant les connecteurs SI, S2, S3, S4, S9 et S10, et en ouvrant les autres connecteurs. De cette façon, un grand nombre de points de données de tension/résistance avec une étroite résolution des valeurs de résistance peut être obtenu. De plus, le nombre de points de données potentiel peut instantanément être augmenté en augmentant le nombre de résistances de référence Ri en parallèle avec le corps 60. La résolution des points de données est déterminée par les valeurs des résistances de référence et les résistances équivalentes des groupes de résistance ; les résistances de référence sont sélectionnées de telle sorte que l'amplitude totale de l'impédance du corps, qui est typiquement comprise entre 0 et 1000 ohms, puisse être prise en compte. Comme les tensions transmises à l'appareil de mesure de baisse de tension 70 sont des tensions AC faibles, l'appareil de mesure de baisse de tension 70 comprend un amplificateur différentiel 80 destiné à amplifier le signal de tension AC, un circuit de rectification 90 et un filtre à débit lent (LPF) 100. L'appareil de mesure de baisse de tension 70 transmet ainsi une tension CC correspondant à l'amplitude du signal de tension AC au convertisseur analogique-numérique (CAN) 110, qui à son tour transmet la mesure de tension numérique au MCU 120. Le MCU 120 interpole ensuite l'impédance du corps en comparant la tension mesurée du corps aux résistances de référence mesurées. De cette façon, les erreurs de mesure de tension causées par le contact des résistances ou les sections non-linéaires de l'amplificateur sont éliminées. Ensuite, le MCU 120 utilise des formules connues pour calculer le pourcentage de réserves lipidiques à partir de l'impédance mesurée du corps. Dans le brevet américain N 5, 415,176, Sato et autres nous enseignent une telle formule, qui est un procédé de calcul en deux étapes dans lequel la densité du corps est calculée tout d'abord en tant que fonction de l'impédance du corps, et dans lequel le pourcentage de réserves lipidiques est ensuite calculé en tant que fonction de la densité du corps. La formule décrite pour la première étape du calcul est la suivante : BD = 1, 1144-0, 0976 * W * Z + 0, 00084 * Z H dans laquelle BD désigne la densité du corps, W désigne le poids en kilogrammes, Z désigne l'impédance du corps et H désigne la taille en centimètres. La formule décrite pour la seconde étape est la suivante : % BF = 4, 57-4, 142 * 100 BD dans laquelle % BF désigne le pourcentage de réserves lipidiques et BD désigne la densité du corps. Cependant, toute formule qui rapporte l'impédance du corps aux réserves lipidiques du corps peut être employée. Après que le MCU 120 a calculé les réserves lipidiques du sujet, il affiche les résultats sur un écran d'affichage 130. Les Figures 2A et 2B illustrent la configuration de la matrice d'électrodes selon un mode de réalisation préféré de la présente invention. Lorsque le sujet se tient debout sur l'appareil de mesure des réserves lipidiques, les pieds 270,280 reposent sur les discrètes électrodes. Dans le mode de réalisation spécifique représenté, les électrodes sont réparties en quatre sections 230,240, 250 et 260. Les matrices 230 et 240 sont des matrices d'électrodes de détection de tension tandis que les matrices 250 et 260 sont des matrices d'électrodes de fourniture de courant. Comparées aux larges électrodes plates, ces matrices d'électrodes à géométrie discrète stimulent les pieds du sujet, améliorant la circulation sanguine et permettant à la mesure d'impédance du corps d'être mieux reproduite. En outre, le sujet n'est pas limité dans le placement de ses pieds 270,280 tant que le talon du pied, 280 par exemple, touche au moins une des électrodes de la matrice d'électrodes de fourniture de courant 260 et tant que la pointe du pied 280 touche au moins une des électrodes de la matrice d'électrodes de détection de tension 230. Dans un mode de réalisation, les électrodes des matrices de détection de tension 230,240 et les électrodes des matrices de fourniture de courant 250,260 sont séparées par une distance de 1 cm, de sorte que des enfants comme des adultes peuvent utiliser l'appareil. Sont également représentés sur la Fig. 2A le panneau d'affichage 220 et un clavier 210 permettant la saisie de paramètres tels que la taille, le poids et le sexe dans le MCU. La Fig. 2B est une vue en coupe de l'appareil de mesure des réserves lipidiques représenté sur la Fig. 2A. Pour un pied donné 280, les électrodes de détection de tension 300 touchent la pointe et les orteils du pied tandis que les électrodes de fourniture de courant 310 touchent le talon. On peut voir sur la Fig. 2B que les électrodes de détection de tension 300 sont connectées électriquement et que les électrodes de fourniture de courant 310 sont connectées électriquement. De préférence, une surface non-conductrice 320 est assez rigide pour supporter le poids du sujet sans se déformer et peut être fabriquée dans n'importe quel matériau sensiblement rigide et non-conducteur, tel que du verre. Alternativement, des matériaux conducteurs, tels que l'aluminium, peuvent également être employés, tant qu'un écart ou une isolation sont ménagés entre les électrodes et la surface 320. Bien que l'invention soit décrite en référence à un mode de réalisation spécifique, les hommes du métier apprécieront que des modifications puissent être apportées à la structure et à la forme de l'invention sans en affecter pour autant ni l'esprit ni le champ d'application. Par exemple, on peut remarquer que la matrice d'électrodes peut être appliquée instantanément aux appareils de mesure des réserves lipidiques en utilisant un procédé de mesure de l'impédance à deux points plutôt que le procédé à quatre points décrit cidessus. Ainsi, là encore, on peut remarquer que la disposition des résistances de référence en parallèle peut également être appliquée aux systèmes de mesure à deux points. Par conséquent, le champ d'application de l'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits ci-dessus mais elle est définie exclusivement en référence aux revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Appareil destiné à la mesure du pourcentage de réserves lipidiques du corps (60) d'un sujet, caractérisé en ce qu'il comprend : a. un carter ; b. deux matrices d'électrodes de fourniture de courant et deux matrices d'électrodes de détection de tension, montées sur ledit carter et disposées de sorte à toucher ledit corps (60), dans lesquelles les électrodes de fourniture de courant sont connectées électriquement entre elles et les électrodes de détection de courant sont connectées électriquement entre elles ; c. une source de courant (10) connectée auxdites matrices, grâce à laquelle le courant peut être fourni au dit corps (60) par l'intermédiaire d'au moins quelquesunes des électrodes, entraînant un développement de la tension à travers le corps (60) ; d. un amplificateur de tension (80) connecté auxdites matrices, dans lequel la tension qui traverse le corps (60) peut être reçue et amplifiée ; et e. un microprocesseur, connecté au dit amplificateur (80), et configuré pour calculer la composition du corps (60) du sujet en se basant sur la tension amplifiée. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que : a. les électrodes de fourniture de courant (20) sont connectées à ladite source de courant (10) ; et b. les électrodes de détection de tension sont connectées au dit amplificateur de tension (80). 3. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que chacune des électrodes de fourniture de courant est montée à au moins un centimètre de chacune des électrodes de détection de tension. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit carter comprend quatre quartiers, et chaque matrice d'électrodes est montée sur l'un desdits quartiers. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdites matrices sont disposées sur ledit carter de telle manière que lorsque le sujet se tient debout sur ledit carter : a. lesdites matrices (230,240) touchent les talons des pieds (270,280) du sujet ; et b. lesdites matrices (250,260) touchent les pointes des pieds (270,280) du sujet. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la source de courant (10) génère un courant d'une intensité de 300 micro-ampères. 7. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la surface dudit carter est de structure rigide. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que la surface dudit carter est du verre. 9. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite source de courant est connectée en parallèle avec une pluralité de résistances de référence internes et avec le corps (60) du sujet. 10. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend des connecteurs contrôlés par ledit microprocesseur qui sont reliés aux résistances internes et au corps (60) du sujet pour les activer au circuit ou les désactiver du circuit. Il. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que tout ou partie desdits connecteurs sont également reliés à un appareil de mesure de baisse de tension (70). 12. Procédé de mesure des réserves lipidiques du corps (60) d'un sujet, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : a. Appliquer un courant électrique sur le corps (60) d'un sujet au moyen d'une matrice d'électrodes de fourniture de courant qui touchent une extrémité dudit corps (60), ladite matrice étant alimentée par une source de courant (10) b. Recevoir, mesurer et amplifier la tension via une matrice d'électrodes de détection de tension qui touchent ladite extrémité à un endroit qui se trouve à une distance proximale plus éloignée du centre dudit corps (60) que les électrodes de fourniture de courant ; et c. Calculer le pourcentage de réserves lipidiques du corps (60) d'un sujet en se basant sur la tension reçue et amplifiée. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes suivantes : a. Appliquer un courant électrique sur deux ou plusieurs résistances de référence (Ri) disposées en parallèle par rapport au corps (60) du sujet, en même temps que sur le corps (60) d'un sujet et b. recevoir et amplifier une tension développée à travers une ou plusieurs des résistances de référence (Ri). 190