Brevet FR3072016A1 — publié le 20190412

Système de mesure en direct d'un poids appliqué par un patient sur son pied La présente invention concerne un système de mesure en direct d'un poids appliqué par un patient sur son pied. Le domaine de l'invention est celui des systèmes de baropodométrie, utilisés notamment pour la rééducation des patients suite à une blessure aux membres inférieurs, ou tout problème neurologique entraînant une perte de sensibilité des membres inférieurs. Dans ce domaine, il est connu un système « Alter-G » comprenant un tapis de course et une chambre à réduction de pesanteur. Ce système est décrit notamment dans le document US2011098615A1. Toutefois, ce système est complexe et coûteux, de sorte qu'il est généralement réservé aux sportifs de haut niveau et n'est pas accessible au plus grand nombre. Le but de la présente invention est un de proposer un système simple, pratique et performant. A cet effet, l'invention a pour objet un système de mesure en direct d'un poids appliqué par un patient sur son pied, le système comprenant : - une semelle prévue pour recevoir le pied en appui ; - au moins un capteur de force intégré à la semelle ; - une unité de traitement calculant une valeur de poids appliqué par le patient sur son pied à partir des mesures réalisées par l'au moins un capteur de force ; et - une interface homme-machine informant le patient en direct de la valeur de poids calculée par l'unité de traitement. Ainsi, l'invention permet de mesurer la baropodométrie du patient en direct, de manière simple et pratique. Le système est peu coûteux, tout en offrant une grande réactivité de mesure et une faible consommation énergétique. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention, prises isolément ou en combinaison : - Le système comprend un dispositif de réglage des signaux fournis par l'interface homme-machine en fonction de la valeur de poids calculée. 2 - L'au moins un capteur de force est une jauge de contrainte. - Le système comprend trois capteurs de force, incluant un premier capteur disposé dans une partie arrière de la semelle, un deuxième capteur disposé dans une partie centrale de la semelle, et un troisième capteur disposé dans une partie avant de la 5 semelle. - L'au moins un capteur de force est connecté à un pont de Wheatstone également intégré à la semelle. - L'interface homme-machine émet un signal visuel en affichant la valeur de poids sur un écran. 10 - L'interface homme-machine émet un signal visuel sous forme de signaux lumineux. - L'interface homme-machine émet un signal sonore. - L'interface homme-machine émet un signal tactile sous forme de vibrations. - Au moins deux plages de valeur sont définies au sein de l'unité de traitement par 15 rapport à une valeur de consigne. Les signaux fournis par l'interface homme-machine dépendent de la plage de valeur où se trouve la valeur de poids calculée. - Deux plages de valeur sont définies, de part et d'autres de la valeur de consigne. - Trois plages de valeur sont définies par rapport à la valeur de consigne. - Quatre plages de valeur sont définies par rapport à la valeur de consigne. 20 - Le dispositif de réglage modifie la valeur de consigne, et donc les signaux fournis par l'interface homme-machine en fonction de la valeur de poids calculée. - Le dispositif de réglage est déporté à distance de la semelle. - L'interface homme-machine est déportée à distance de la semelle. - Le dispositif de réglage et l'interface homme-machine sont intégrés à un même 25 appareil. - Le système comprend un terminal mobile qui est muni d'une application dédiée et qui intègre au moins l'interface homme-machine. - Le terminal mobile intègre l'interface homme-machine et le dispositif de réglage, au sein de l'application dédiée. 30 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'un patient équipé d'un système 35 conforme à l'invention ; 3 - la figure 2 est une représentation schématique d'un os de fémur présentant une fracture transversale ; - les figures 3 et 4 sont des vues de dessus d'un système conforme à l'invention ; - la figure 5 est un schéma de principe illustrant le fonctionnant du système des 5 figures 3 et 4 ; et - les figures 6, 7 et 8 sont des vues de face d'un terminal mobile, montrant différents écrans sur une application dédiée au système. Sur la figure 1 est représenté un patient 2 équipé de béquilles 8, en raison d'une 10 blessure d'un ou des membres inférieurs. Par exemple, comme montré à la figure 2, le patient 2 peut avoir été victime d'une fracture transversale 5 du fémur 4. Le patient 2 a au moins un pied 3 équipé d'un système 1 conforme à l'invention, conçu pour mesurer en direct un poids P appliqué par le patient 2 sur ce pied 3. En 15 d'autres termes, le système 1 permet de mesurer la baropodométrie du patient 2. Selon les besoins, le patient 2 peut avoir un seul pied 3 ou chaque pied 3 équipé d'un système 1. Le système 1 permet notamment de détecter si l'appui sur le pied 3 est satisfaisant, ou trop important, lorsque le patient 2 pose ce pied 3 au sol. Ainsi, le patient 20 2 peut adapter sa démarche afin de favoriser sa guérison. En particulier, les praticiens ont constaté que l'appui du pied 3 au sol pouvait être bénéfique pour la guérison, en comparaison avec l'absence d'appui, dans une certaine mesure. Sur les figures 3 à 5 est représenté un mode de réalisation du système 1 conforme 25 à l'invention, correspond à un prototype. Le système 1 peut présenter des constructions différentes sans sortir du cadre de l'invention. Le système 1 comprend un article chaussant 10 pourvu d'une semelle 20, des capteurs de force 30 intégrés à la semelle 20, une unité de traitement 40, une interface homme-machine 50 et un dispositif de réglage 60. 30 Sur l'exemple des figures, l'article chaussant 10 est une sandale comprenant une partie supérieure 12 souple solidaire de la semelle 20. La partie 12 est prévue pour recouvrir le pied 3 équipé de l'article 10. La partie 12 comprend des sangles 14 pour son ouverture et sa fermeture. Une sandale présente l'avantage d'être facile à chausser et à 35 enlever, notamment pour un patient 2 en cours de rééducation. 4 En alternative, l'article chaussant 10 peut être de tout type sans sortir du cadre de l'invention. La semelle 20 comporte une partie arrière 21 au niveau du talon, une partie 5 centrale 22 au niveau de la voûte plantaire, et une partie avant 23 au niveau des phalanges. Les capteurs 30 sont répartis dans les différentes parties 21, 22 et 23, comme détaillé ci-après. La semelle 20 comporte une couche supérieure 24 et une couche inférieure 25. La partie supérieure 12 de l'article 10 est solidaire de la couche inférieure 25. Les capteurs 10 30 sont logés dans la couche inférieure 25. La couche supérieure 24 est amovible par rapport à la couche inférieure 25, pour recouvrir ou découvrir les capteurs 30. La couche supérieure 24 est plus fine que la couche inférieure 25. Les capteurs de force 30 sont conçus pour mesurer chacun une valeur de force, 15 exercée par le pied 3 appuyant sur la semelle 20. Les capteurs de force 30 sont de préférence des jauges de contrainte, logées dans la couche inférieure 25 de la semelle 20. Un appui du pied 3 sur la semelle 20 sollicite les jauges en compression, selon une direction verticale. Les jauges de contrainte présentent de nombreux avantages : faibles déformations et donc résistance dans la 20 durée, précision d'étalonnage, précision de mesure, compacité importante, coût réduit. En alternative, les capteurs de force 30 peuvent être construits différemment sans sortir du cadre de l'invention. Les capteurs de force 30 sont distincts des capteurs de pression, en regard notamment des grandeurs physiques mesurées et des technologies mises en oeuvre à cet effet. 25 Avantageusement, le système 1 comprend trois capteurs de force 30, incluant un premier capteur 31 disposé dans la partie arrière 21 de la semelle 20, un deuxième capteur 32 disposé dans la partie centrale 22 de la semelle 20, et un troisième capteur 33 disposé dans la partie avant 23 de la semelle 20. Cela améliore la précision de calcul du 30 poids P exercé sur le pied 3. En alternative, le système 1 peut comprendre un unique capteur 30, disposé de préférence en partie 21, au niveau du talon. Selon d'autres alternatives, le système 1 peut comprendre deux capteurs 30, ou plus de trois capteurs 30. 5 L'unité de traitement 40 est conçue pour calculer une valeur de poids P appliqué par le patient 2 sur son pied 3, à partir des mesures réalisées par les capteurs de force 30. L'unité 40 comprend trois ponts de de Wheatstone 41, 42 et 43, trois 5 amplificateurs opérationnels 44, 45 et 46, un convertisseur analogique-numérique 47, un microcontrôleur 48 et une tare 49. Les ponts 41, 42 et 43 sont connectés respectivement aux capteurs 31, 32 et 33 d'une part, et aux amplificateurs 44, 45 et 46 d'autre part. Avantageusement, les ponts 41-43 peuvent être intégrés à la semelle 20, dans la couche 25, chacun à côté de la jauge 31-33 correspondante. De préférence, la couche 25 10 comprend une cavité pour chacun des éléments 31-33 et 41-43. Des fils électriques s'étendent à travers la couche 25, entre les différentes cavités, et jusqu'aux amplificateurs 44-46. Chaque pont 41-43 permet de mesurer les variations de résistance électrique dans la jauge 31-33 correspondante. Ces variations analogiques sont amplifiées par les 15 amplificateurs 44-46, converties en numérique par le convertisseur 47, et analysées par le microcontrôleur 48 pour calculer la valeur de poids P appliqué par le patient 2 sur son pied 3. Le microcontrôleur 48 est configuré pour effectuer un calcul de comparaison de la valeur de poids P calculée avec une valeur de consigne. Cette valeur de consigne peut 20 être réglée par le dispositif de réglage 60, en l'espèce un potentiomètre 61. En fonction des résultats du calcul, le microcontrôleur 48 active l'interface homme-machine 50 d'une certaine manière, comme détaillé ci-après. Le dispositif de réglage 60 permet d'adapter les signaux fournis par l'interface 50 en fonction de la valeur de poids P calculée par l'unité 40. 25 La tare 49 permet de réinitialiser l'unité 40, lorsqu'aucun d'appui n'est exercé sur la semelle 20. A titre d'exemple, l'échelle de mesure du poids P exercé par le patient 2 sur son pied 3 peut être de 5 à 100 kg, avec une précision de 1 à 2 kg. 30 L'interface homme-machine 50 constitue un dispositif indicateur essentiel au fonctionnement de l'invention. L'interface 50 permet d'informer le patient 2 en direct de la valeur de poids P calculée par l'unité de traitement 40. A cet effet, l'interface 50 peut émettre des signaux visuels, sonores et/ou tactiles. 6 Sur l'exemple des figures, l'interface 50 comprend deux diodes électroluminescentes 51 et 52 de couleurs différentes, par exemple verte et rouge, ainsi qu'un avertisseur sonore 53. Le potentiomètre 61 permet de régler une valeur de consigne à ne pas dépasser. 5 Différentes plages de valeur prédéterminées sont définies au sein de l'unité de traitement par rapport à cette valeur de consigne. Le but est que les signaux fournis par l'interface homme-machine 50 varient en direct en fonction de la plage de valeur dans laquelle se situe la valeur de poids P calculée par l'unité 40. Par exemple, pour un patient 2 particulier, on paramètre une valeur de consigne 10 de 20 kg, avec une plage de 18 à 20 kg, une plage de 16 à 18kg, et une plage inférieure à 16kg. Lorsque le poids P calculé par l'unité 40 est inférieur à 16kg, l'interface ne transmet pas de signal particulier. Lorsque le poids P est compris entre 16 et 18kg, la diode verte 51 s'allume, indiquant que le poids P est satisfaisant. Lorsque le poids P est compris entre 18 et 20kg, la diode rouge 52 s'allume, indiquant que le poids P est légèrement trop 15 élevé. Lorsque le poids P est supérieur à 20kg, l'avertisseur 53 émet un bruit alors que la diode rouge 52, indiquant que le poids P est trop élevé à un niveau néfaste pour la guérison. Ainsi, le patient 2 peut adapter sa démarche afin de favoriser sa guérison. 20 Le système 1 comprend également des moyens d'alimentation en énergie, non représentés dans un but de simplification_A titre d'exemple non limitatif, ces moyens d'alimentation peuvent être constitués par une pile plate. Le système 1 présente l'avantage d'une faible consommation d'énergie. 25 Sur les figures 6 à 8 est représenté un terminal mobile 70, du type téléphone intelligent (« smartphone » en anglais), comportant une application dédiée au système 1. Cette application permet de mettre en oeuvre un programme de rééducation adaptée au patient 2. La figure 6 montre le réglage d'une valeur de consigne, directement sur l'écran du 30 terminal 70 constituant le dispositif de réglage 60, ainsi que le réglage d'une durée d'exercice La figure 7 montre une barre 54 présentant différentes couleurs (vert, orange, rouge), correspondant à différentes plages de valeurs de poids P calculé par l'unité 40. L'écran du terminal 70 constitue ainsi l'interface homme-machine 50, émettant un signal 35 visuel. En complément, un haut-parleur du terminal 70 peut émettre un signal sonore. 7 La figure 8 montre un compte-rendu de séance incluant le nombre de cycles, le temps écoulé, le poids P maximal calculé. Par ailleurs, le système 1 peut être conformé différemment des figures 1 à 8 sans 5 sortir du cadre de l'invention. En variante non représentée, l'interface homme-machine 50 peut émettre un signal tactile, sous forme de vibrations transmises au patient 2. Selon une autre variante non représentée, le dispositif de réglage 60 peut être fixé au poignet, à la ceinture, ou sur une béquille. Il en est de même pour l'interface homme- 10 machine 50. Selon une autre variante non représentée, l'application installée sur le terminal 70 peut mettre en oeuvre d'autres paramètres. En outre, les caractéristiques techniques des différents modes de réalisation et 15 variantes mentionnés ci-dessus peuvent être, en totalité ou pour certaines d'entre elles, combinées entre elles. Ainsi, le système 1 peut être adapté en termes de coût, de fonctionnalités et de performance. 1. 5 10 2. 15 3. 20 4. 25 5. 30 6. 8