Brevet FR2959422A1 — publié le 20111104

La présente invention a trait aux appareils utilisés pour la rééducation fonctionnelle, aux appareils utilisés pour la proprioception et le postural ainsi qu'aux appareils de maintien en forme utilisés dans les salles de gymnastique entre autres. Elle concerne en particulier un appareil de rééducation à plaque vibrante et/ou oscillante muni de vérins électromagnétiques. Dans les salles de gymnastique ou de fitness, il existe aujourd'hui des appareils disposant d'une plaque vibrante qui génèrent des vibrations unidirectionnelles verticales. Quand un individu se positionne sur la plaque vibrante en fonctionnement, son corps subit un léger déséquilibre. Le cerveau recevant une information en retour, il transmet alors un signal aux muscles pour provoquer des contractions musculaires réflexes afin de procéder au rééquilibrage. Certains appareils à plaque vibrante sont équipés d'un amortissement par des ressorts ou des plaques de matériau élastique. Mais ce type d'amortissement ne permet pas d'avoir un réglage optimal et adapté au poids de l'utilisateur. La demande de brevet WO 2005/0001888 décrit un appareil de ce type dans lequel il est possible de modifier l'épaisseur du matériau élastique. Cependant, d'une part il n'est pas aisé de procéder à cette modification pour chaque utilisateur et, d'autre part, le peu de possibilités offertes ne permet pas d'ajuster l'amortissement selon le poids exact de l'utilisateur. Il existe aussi des appareils à plaque vibrante dont l'amortissement est réalisé au moyen de suspensions pneumatiques telles que des coussins d'air. Ce type d'amortissement pallie les inconvénients cités ci-dessus mais présente un inconvénient majeur. En effet, outre le fait que les coussins se dégonflent au cours du temps, la température a provoqué la dilatation de l'air contenu, ce qui entraîne une variation de pression indésirable. En outre, les appareils à plaque vibrante actuels disposant de coussins d'air tels que l'appareil à plaque vibrante décrit dans la demande PCT FR2008/000258 sont adaptés pour les utilisateurs nécessitant une tonification ou un recrutement musculaire. L'inconvénient majeur de ces appareils à coussins d'air est le temps de réponse ou de réaction important des coussins d'air lorsqu'ils reçoivent une commande pour augmenter ou diminuer la pression de l'air. En outre, ils ne présentent pas de possibilités d'adaptation aux besoins des personnes âgées ou très jeunes ou encore présentant des pathologies de l'appareil locomoteur. Un appareil à plaque vibrante et/ou oscillante disposant d'un amortissement obtenu au moyen de coussins d'air associés à des vérins, est décrit dans la demande de brevet français 09/05855. Dans cet appareil, un vérin est disposé entre le socle de l'appareil et chacun des coussins d'air, chaque vérin étant connecté à un capteur-contrôleur relié à une unité de commande. Chaque capteur-contrôleur est adapté pour capter en permanence la pression de l'air dans le coussin d'air associé au vérin et commander un mouvement alternatif du vérin en fonction de cette pression selon une fréquence déterminée sous la commande de l'unité de commande de façon à obtenir un mouvement oscillant et tournant de la plaque vibrante et/ou oscillante. Malheureusement, l'appareil décrit dans cette demande de brevet présente le même inconvénient que les autres appareils à coussins d'air, à savoir un temps de réponse important à toute sollicitation. En outre, le fait d'utiliser des vérins et des coussins d'air superposés augmente grandement la hauteur de la plaque, ce qui pose un problème aux personnes âgées pour se placer sur la plaque. C'est pourquoi le but principal de l'invention est de fournir un appareil de rééducation à plaque vibrante et/ou oscillante muni de vérins électromagnétiques présentant un temps de réponse très court et donc particulièrement adapté à la rééducation fonctionnelle. L'objet de l'invention est donc un appareil de rééducation comprenant une plaque vibrante et/ou oscillante sur laquelle se place l'utilisateur, des moyens de vibration et/ou oscillation adaptés pour faire vibrer la plaque, un ordinateur comportant un écran tactile et un clavier adaptés pour entrer les programmes de fonctionnement de l'appareil et une unité de commande adaptée pour transformer les paramètres définis par un programme enregistré dans l'ordinateur en signaux de commande des moyens de vibration. Cet appareil est caractérisé en ce que les moyens de vibration sont constitués d'au moins trois vérins électromagnétiques fixés au socle de l'appareil et adaptés pour soulever la plaque, chacun des vérins étant commandé indépendamment des autres par des signaux électriques reçus de l'unité de commande de façon à faire osciller et/ou vibrer la plaque. Les buts, objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit faite en référence aux dessins dans lesquels : la figure 1 représente un appareil de rééducation selon l'invention ; la figure 2 représente schématiquement la plaque vibrante et/ou oscillante avec deux vérins à des hauteurs différentes ; la figure 3 est un bloc diagramme montrant l'agencement des éléments de l'appareil de rééducation selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention ; la figure 4 est un diagramme des déplacements déphasés des trois vérins lorsqu'ils sont soumis à une oscillation permettant un mouvement oscillant rotatif de la plaque; et la figure 5 est un diagramme du déplacement d'un vérin soumis simultanément à un mouvement de vibration et à un mouvement d'oscillation. En référence à la figure 1, un appareil de rééducation selon l'invention comprend un socle 10 supportant une plaque vibrante et/ou oscillante 12 en position horizontale sur laquelle monte l'utilisateur qui est généralement un patient. Bien que la plaque puisse avoir des dimensions quelconques, il est préférable qu'elle ait au minimum une longueur d'environ 1m et une largeur d'environ 60cm de sorte qu'un utilisateur de forte corpulence puisse se placer dessus en position couchée sans problème. L'utilisateur qui est debout sur la plaque 12 se maintient dans cette position en tenant les poignées 14 et 16 d'un volant fixé au montant 18 fixé lui-même au socle 10. Comme on va le voir, des vérins qui sont sous-jacents à la plaque 12 et donc pas visibles sur la figure, permettent le soulèvement de la plaque verticalement selon une amplitude comprise de préférence entre 50 mm et 100 mm. Les vérins utilisés dans l'invention sont des vérins électromagnétiques. Ce sont des moteurs linéaires en position verticale dont les déplacements linéaires sont réalisés sans avoir recours à des réducteurs mécaniques et donc sans pièce d'usure. Le moteur est composé de deux pièces, la partie mobile (slider) et la partie fixe (stator). La partie mobile comprend des aimants montés dans un tube. La partie fixe comprend les bobinages du moteur, le guidage de la partie mobile et un microprocesseur intégré assurant les fonctions de mesure de position et de commutation. Ce type de vérins présente l'avantage de ne pas comporter de pièce mécanique pour encaisser les efforts longitudinaux qui sont uniquement dus aux champs magnétiques. En outre, ils fournissent des accélérations importantes (quelques dizaines de g), ce qui permet d'obtenir un temps de réponse très court lorsqu'une commande est reçue. A noter que la plaque 12 comporte principalement une plaque d'acier d'une épaisseur comprise entre 1cm et 1,5cm suffisante pour éviter sa déformation lorsqu'elle est soumise à des accélérations importantes comme il a été mentionné précédemment. La plaque 12 comporte de préférence une couche supérieure en matière plastique souple destinée à procurer un amortissement bénéfique pour l'utilisateur, et une couche inférieure rigide également en matière plastique du même type mais comportant des nervures pour accroître sa rigidité. Selon un mode de réalisation préféré, 3 vérins sont utilisés. Dans ce cas, ils forment un triangle isocèle dont un des côtés relie deux vérins placés à l'avant de la plaque 12. Il va de soi qu'un nombre de vérins supérieur à 3 pourrait être utilisé. Il est ainsi possible d'utiliser 4 vérins disposés selon un rectangle. La position des deux vérins à l'avant de la plaque est illustrée schématiquement sur la figure 2. Le vérin 20 a sa partie mobile (slider) plus sortie de sa partie fixe (stator) que le vérin 22, ce qui permet d'obtenir une position inclinée de la plaque 12. La commande du déplacement de la partie mobile à l'extérieur puis à l'intérieur de la partie fixe du vérin 20 selon une certaine fréquence, par exemple 30 hertz, permet de faire vibrer la plaque 12 à cette fréquence Un bloc diagramme général de l'appareil selon l'invention est illustré sur la figure 3. Un ordinateur 30 comportant un écran tactile 32 et un clavier 34 est à la disposition de l'opérateur qui peut être un kinésithérapeute. A noter que l'opérateur peut commander le fonctionnement de l'ordinateur à l'aide d'une télécommande. L'ordinateur 30 est relié à une unité de commande 36. Celle-ci transforme les signaux qu'elle reçoit de l'ordinateur 30 en signaux électriques qui sont transmis aux 3 vérins 20, 22 et 24. Ces signaux électriques, en commandant le déplacement des parties mobiles des vérins à des fréquences déterminées, permettent le soulèvement de la plaque 12 de façon à obtenir une oscillation et/ou une vibration de la plaque comme on le verra par la suite. A noter que l'ordinateur 30 permet de multiples fonctions, en particulier de sélectionner les différentes fréquences utilisables, la durée de chaque exercice, le temps de pause entre deux exercices. Il permet également de changer les fréquences ou les amplitudes en cours d'exercice. Comme mentionné précédemment, la caractéristique essentielle de l'invention est l'utilisation de vérins électromagnétiques. Ce type de vérins permet d'obtenir un soulèvement de la plaque 12 d'une amplitude déterminée et selon une fréquence déterminée. En outre, chaque vérin étant commandé indépendamment des autres, il est possible d'obtenir n'importe quel mouvement de vibration ou d'oscillation de la plaque 12. De façon générale, chaque vérin peut être commandé de manière à soulever la plaque dans le but d'obtenir un mouvement d'oscillation de la plaque. Ce mouvement est défini comme un mouvement de soulèvement de la plaque suivi de son abaissement selon une fréquence très faible inférieure à 1 Hz. Par exemple, avec une fréquence égale à 1/3, chaque vérin se soulève et s'abaisse ensuite en 3 secondes. Dans ce cas, si le mouvement de chaque vérin est déphasé de 120° par rapport au mouvement de chacun des deux autres, la plaque a un mouvement d'oscillation rotatif d'une période de 3 secondes. Les mouvements des vérins sont illustrés sur la figure 4 par les 3 sinusoïdes A, B et C. A noter que l'amplitude de soulèvement des vérins est comprise entre 50mm et 100 mm et de préférence égale à 70 mm. Un autre mouvement du vérin est un mouvement de vibration qui consiste à faire soulever et abaisser le vérin d'une très faible amplitude selon une fréquence comprise entre 20 Hz et 40 Hz, de façon à ce que la plaque soit soumise à ce même mouvement de vibration. Ce mouvement de vibration peut être combiné au mouvement d'oscillation précédent. Dans ce cas, le mouvement du vérin pour une fréquence de vibration de 30 Hz et une amplitude de 70mm, est illustré sur la figure 5. Une particularité du vérin électromagnétique utilisé dans la présente invention est le fait qu'il dispose d'un capteur de position permettant à l'unité de commande 36, non seulement de connaître à tout instant la position de la partie mobile du vérin, mais également de déterminer l'intensité du courant à envoyer au vérin. En effet, lorsqu'une charge est appliquée sur un vérin par l'intermédiaire de la plaque, par exemple quand un patient monte sur la plaque, la partie mobile a tendance à s'abaisser sous l'action de la force appliquée à la plaque. Mais cet abaissement est infinitésimal grâce à la régulation mise en jeu du fait qu'instantanément le capteur de position capte cette variation infinitésimale de position et la transmet à l'unité de commande 36 qui accroît instantanément l'intensité du courant fourni au vérin de manière à ce que la plaque 12 ne s'abaisse pas. A noter que l'intensité du courant est proportionnelle à la force appliquée au vérin. L'opérateur, généralement un kinésithérapeute, règle alors l'amplitude de mouvement et la fréquence de vibration de chaque vérin de façon indépendante en fonction du travail que doit effectuer l'utilisateur pour corriger son problème. L'amplitude de mouvement de chaque vérin étant ainsi réglée, les vérins sont alors relevés et descendus sous la commande de l'unité de commande 36 selon une fréquence déterminée par l'opérateur en fonction du traitement à appliquer de façon à ce que la plaque 12 effectue un mouvement vibrant et/ou oscillant. Ainsi, dans le cas d'un patient ayant une jambe malade, 2 des 3 vérins restent immobiles et le troisième vérin au dessus duquel le patient a placé sa jambe à rééduquer est soumis à une vibration comprise entre 25 et 40 Hz. Dans le cas d'un patient ayant besoin de rééduquer ses chevilles, un vérin reste immobile et les 2 autres vérins sont soumis à un mouvement d'oscillation déphasé de 180° l'un par rapport à l'autre. Enfin, dans le cas d'un travail de proprioception d'un patient, les 3 vérins sont soumis à la combinaison d'un mouvement d'oscillation et d'un mouvement de vibration pour que la plaque effectue un mouvement oscillant rotatif en même temps qu'elle est soumise à une vibration. A noter que l'amortissement de la plaque est un paramètre important dans la mise en oeuvre de l'invention. Dans la mesure où le temps de réponse du mouvement du vérin à la suite d'une commande est très faible comme il a été mentionné précédemment, cet amortissement est réalisé simplement. Il suffit en effet que les signaux de commande, générés par l'unité de commande 36 et transmis aux vérins 20, 22 et 24, soient de forme sinusoïdale, ce qui est facile à obtenir pour l'homme du métier. Selon la caractéristique principale de l'invention, l'appareil qui vient d'être décrit permet la rééducation fonctionnelle des patients présentant des problèmes de l'appareil locomoteur Dans ce but, l'opérateur, généralement un kinésithérapeute, règle alors le mouvement de chaque vérin, c'est-à-dire son amplitude et sa fréquence de déplacement, de façon indépendante en fonction du travail que doit effectuer l'utilisateur pour corriger son problème. Ainsi, dans le cas d'un patient ayant une jambe malade, il est important de contrôler la façon dont le patient reporte son poids sur la jambe valide. Le moyen envisagé pour observer ce transfert de charge consiste à imposer au patient la position des pieds et à déterminer la position du centre de gravité de l'ensemble « plaque + patient ». En effet, si le patient reporte son poids sur une jambe, il rapproche le centre de gravité de celle-ci. Il est donc important de déterminer la position du centre de gravité. Comme le courant nécessaire à un vérin pour maintenir une charge en position est proportionnel à la force que le vérin déploie comme il a été mentionné précédemment, chaque vérin est donc capable de « peser » grâce à la mesure du courant nécessaire à maintenir la charge en position. Par conséquent, en mesurant l'intensité du courant nécessaire à chaque vérin pour équilibrer la charge qui lui est directement appliquée par l'intermédiaire de la plaque, il est facile de déterminer la position instantanée du centre de gravité et donc la façon dont le patient effectue le transfert de son poids d'une jambe sur l'autre. L'opérateur peut voir immédiatement sur son écran que le centre de gravité de l'utilisateur n'est pas au centre de la cible. Il peut ainsi visionner la force d'appui des jambes, et dire à l'utilisateur quelle est la jambe à rééduquer et sur laquelle il doit fournir ses efforts pour rétablir de bons appuis et ramener le centre de gravité au centre de la cible. A noter que, lorsque la plaque 12 est mise en action selon un mouvement oscillant rotatif, l'utilisateur est déséquilibré et doit, par ~la pression de ses jambes, travailler en contractions musculaires afin de rester en équilibre au centre de la plaque alors que son centre de gravité est déporté quelque peu à cause de son problème Par conséquent, l'inclinaison de la plaque vibrante et/ou oscillante peut être réglée avec précision. Il en est également de la vitesse du mouvement rotatif de la plaque. Ainsi, un utilisateur en début de rééducation supportera une inclinaison très faible, avec une vitesse de rotation faible. Ces données seront augmentées au fur et à mesure de l'évolution de la rééducation de l'utilisateur. Normalement, en fin de traitement, si celui-ci a été efficace, l'utilisateur se mettra facilement debout en équilibre sur la plaque, et les capteurs indiqueront un centre de gravité revenu au centre de la plaque. L'ordinateur 30 peut faire l'analyse de la capacité du muscle à se contracter de chaque utilisateur, afin de régler exactement la force de vibration nécessaire en fonction de la réceptivité musculaire propre à chaque individu (biofeedback). Ainsi, avec une fréquence de 35 hertz, le muscle de la cuisse d'un individu X se contractera très fortement (il est alors inutile d'augmenter la fréquence sous peine de tétanisation du muscle), alors que pour la même fréquence, le muscle de la cuisse d'un autre individu ne se contractera que faiblement, d'où la nécessité d'augmenter pour lui la fréquence pour obtenir un travail optimal. L'ordinateur permet d'analyser les masses corporelles de chaque utilisateur (bio-impédancemétrie) : masse grasse, masse maigre (les muscles), masse d'eau. Cette fonction permet à l'utilisateur de suivre, au fur et à mesure des séances, les progrès qu'il fait (perte de graisse et gain de masse musculaire, etc.). A noter que des vérins électromagnétiques, par exemple deux vérins, tels que ceux décrits ci-dessus, pourraient être également fixés au socle de l'appareil, mais de façon décalée par rapport aux vérins destinés à faire vibrer et/ou osciller la plaque (12) de manière à faire vibrer et/ou osciller le montant 18 de l'appareil. Le patient se tenant aux poignées 14 et 16, il sera ainsi soumis à des oscillations et/ou vibrations par l'intermédiaire de ses mains dans le but de rééduquer le haut du corps. De la même façon que précédemment, chaque vérin sera commandé indépendamment des autres. Des vérins électromagnétiques, tels que ceux décrits ci-dessus, pourraient également être adaptés sur un tapis de course ou un vélo de salle, associé à une projection en 3D sur un écran, pour simuler, en réalité virtuelle, le relief du terrain censé être parcouru. Revendications1. Appareil de rééducation comprenant une plaque vibrante et/ou oscillante (12) sur laquelle se place l'utilisateur, des moyens de vibration adaptés pour faire vibrer et/ou osciller ladite plaque vibrante et/ou oscillante, un ordinateur (30) comportant un écran tactile (32) et un clavier (34) adaptés pour entrer les programmes de fonctionnement dudit appareil et une unité de commande adaptée pour transformer les paramètres définis par un programme enregistré dans ledit ordinateur en signaux de commande desdits moyens de vibration et/ou d'oscillation ; ledit appareil étant caractérisé en ce que lesdits moyens de vibration et/ou d'oscillation sont constitués d'au moins trois vérins électromagnétiques (20, 22, 24) fixés au socle de l'appareil et adaptés pour soulever ladite plaque, la position en hauteur de chacun desdits vérins étant commandé indépendamment des autres par des signaux électriques reçus de ladite unité de commande de façon à faire osciller et/ou vibrer ladite plaque. 2. Appareil selon la revendication 1, dans lequel lesdits signaux électriques commandant chacun desdits vérins électromagnétiques ont pour fonction de faire osciller ladite plaque (12) selon une fréquence inférieure à 1 et/ou de faire vibrer ladite plaque à une fréquence comprise entre 20 Hz et 40 Hz. 3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, dans lequel chacun desdits vérins électromagnétiques (20, 22, 24) comprend un capteur de position déterminant à tout instant la position en hauteur de chacun desdits vérins de manière à la transmettre continuellement à ladite unité de commande (36). 4. Appareil selon la revendication 3, dans lequel l'intensité du courant fourni à chacun desdits vérins électromagnétiques (20, 22, 24) est accrue instantanément par ladite unité de commande (36) lorsque la charge appliquée auditcapteur par l'intermédiaire de ladite plaque vibrante (12) s'accroît suite à une charge plus importante due au patient se trouvant sur ladite plaque. 5. Appareil selon la revendication 4, dans lequel l'intensité du courant fourni à chacun desdits vérins électromagnétiques (20, 22, 24) est proportionnelle à la force qui lui est appliquée pour équilibrer la charge à laquelle il est soumis par l'intermédiaire de ladite plaque vibrante et/ou oscillante (12) de sorte que les intensités des courants fournis à chacun desdits vérins électromagnétiques permet de déterminer le centre de gravité des charges appliquées sur ladite plaque par le patient de manière à pouvoir déterminer la rééducation suivie par le patient dans le but de ramener le centre de gravité au centre de ladite plaque. 6. Appareil selon la revendication 5, dans lequel une cible est affichée sur l'écran (32) dudit ordinateur (30) à la disposition d'un kinésithérapeute, le centre de ladite cible représentant le centre de gravité des charges appliquées sur ladite plaque vibrante et/ou oscillante (12) par le patient permettant ainsi au kinésithérapeute de visionner la force d'appui des jambes et d'indiquer au patient sur quelle jambe il doit fournir ses efforts pour rétablir de bons appuis et ramener le centre de gravité au centre de la cible.