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WO2016079452A1 - Procédé et système pour la mesure, le suivi, le contrôle et la correction d'un mouvement ou d'une posture d'un utilisateur - Google Patents

Procédé et système pour la mesure, le suivi, le contrôle et la correction d'un mouvement ou d'une posture d'un utilisateur Download PDF

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Publication number
WO2016079452A1
WO2016079452A1 PCT/FR2015/053157 FR2015053157W WO2016079452A1 WO 2016079452 A1 WO2016079452 A1 WO 2016079452A1 FR 2015053157 W FR2015053157 W FR 2015053157W WO 2016079452 A1 WO2016079452 A1 WO 2016079452A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
user
movement
posture
mobile terminal
values
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2015/053157
Other languages
English (en)
Inventor
Nicolas Vuillerme
Céline FRANCO
Bruno Diot
Quentin MOURCOU
Anthony FLEURY
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
INFORMATIQUE DE SECURITE
Association pour la Recherche et le Developpement des Methodes et Processus Industriels
Universite Grenoble Alpes
Original Assignee
INFORMATIQUE DE SECURITE
Association pour la Recherche et le Developpement des Methodes et Processus Industriels
Universite Grenoble Alpes
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by INFORMATIQUE DE SECURITE, Association pour la Recherche et le Developpement des Methodes et Processus Industriels, Universite Grenoble Alpes filed Critical INFORMATIQUE DE SECURITE
Priority to EP15804910.6A priority Critical patent/EP3220804A1/fr
Priority to US15/527,171 priority patent/US10576326B2/en
Publication of WO2016079452A1 publication Critical patent/WO2016079452A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • A63B24/0003—Analysing the course of a movement or motion sequences during an exercise or trainings sequence, e.g. swing for golf or tennis
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/45—For evaluating or diagnosing the musculoskeletal system or teeth

Definitions

  • the present invention relates to the field of measurement, monitoring, control and correction of a movement or posture performed by a user (human or animal),
  • the term “movement” refers to the displacement of a body relative to a reference frame of space and at a given moment, this displacement being able to be zero (immobile body) or non-zero (body mobile).
  • the present invention relates to a method and system for the evaluation, monitoring, correction, rehabilitation and training of proprioceptive and / or postural and / or locomotor and / or motor and / or orientation capabilities. space of a user.
  • the term "movement” refers to the movement of a point (or set of points), of one (or more) segment (s) of the user's body (s). (Trunk, femur, foot, tibia / fibula, hip, arm, forearm, etc.) in space over time, this displacement can be zero (still) or non-zero (moving point).
  • such a movement can be defined by a succession of positions in space taken over time, and by a series of speeds of movement between two successive positions of the sequence of positions.
  • a movement is represented by a set of vectors (for example “velocity vector” or “orientation vector”) which each define the displacement of a point with respect to a fixed repository of space and at a given instant .
  • vectors for example "velocity vector” or "orientation vector”
  • the invention advantageously has many applications, especially in the specialties associated with rehabilitation:
  • the present invention makes it possible to assist a user by correcting his movements in order to:
  • WO 2008/132324 discloses a device for measuring and correcting the postural vertical of a human being. This device consists of a camera, a display screen and processing means. The operating principle of such a device is as follows:
  • the camera is installed behind the user so as to acquire images of his back
  • the display screen is installed in front of the user so that he can observe the images displayed on said screen
  • the processing means are connected to the camera and the display screen.
  • the camera is activated to acquire images of the user's back. These images are transmitted to the processing means for estimating an inclination of the patient's back relative to the vertical.
  • the processing means then control the display on the display screen:
  • Such a device has many disadvantages. On the one hand, the installation of the device as a whole is laborious and can not be implemented by the user himself. Indeed, the installation of markers in the back of the user and the positioning of the camera requires the presence of a person to assist the user.
  • Another disadvantage of this device is that the information displayed on the display screen is not intuitive enough to enable it to properly correct his posture.
  • the observation of its inclination relative to the vertical may encourage the user to force his muscles excessively to align his back on the vertical.
  • studies have shown that the level of difficulty of rehabilitation exercises should be progressive and that excessive re-education could have harmful consequences. For example knee flexion exercises at too large an angle after cruciate ligament surgery can induce irreversible degradation of ligament properties.
  • Another disadvantage of this device is that the information displayed on the screen does not allow the user to understand his progress during his rehabilitation. Indeed, even if the display of a deviation angle value is relevant information for a treating physician, it is not for a neophyte user.
  • US 201 1/0021318 describes a device for driving the motor control of a user.
  • US 7,867,140 discloses a device for correcting the motor coordination of a user. These devices have the same disadvantages as the device described in WO 2008/132324.
  • An object of the present invention is to provide a device and a method for overcoming at least one of the aforementioned drawbacks.
  • the invention proposes a method for measuring, monitoring, controlling, evaluating and / or correcting proprioceptive and / or postural and / or locomotor and / or motor and / or spatial orientation abilities. a user, said method being implemented in a mobile terminal, the method comprising the following steps:
  • the invention relates to a method for measuring, monitoring, controlling, evaluating and / or correcting capabilities (proprioceptive and / or postural and / or locomotor and / or motor and / or orientation space) of a user during the execution of an exercise, the method comprising steps:
  • the step of sending to the user of an item of information comprises, for each deviation, transmission of at least one stimulus by means of alarm of the terminal if said deviation exceeds a tolerance threshold, the stimulus alerting the that the actual movement or posture is too different from the desired movement or posture, and giving it an indication of changes to the actual movement or posture to reduce the correspondence gap,
  • the mobile terminal comprises three triaxial sensors consisting of a magnetometer, an accelerometer and a gyroscope, the step of measuring a plurality of groups of values constituting for each group of values to be measured:
  • At least one linear acceleration with the accelerometer and preferably three linear accelerations along three orthogonal axes, at least one angular velocity with the gyroscope, and preferably three angular velocities along the three orthogonal axes, where at least one magnetic field with the magnetometer, and preferably three magnetic fields along the three orthogonal axes,
  • the step of determining an estimated datum comprises determining a vector for orienting the mobile terminal from each group of values derived from the measurements of the accelerometer, and / or the magnetometer and / or the gyroscope ,
  • the method comprises, prior to the determining step, a step of filtering the groups of values using a Kalman filter so as to eliminate from said values the disturbances due to noise and measurement errors, the filtering step comprises, for each group of values, the substeps consisting of:
  • the method further comprises a step of transmitting the calculated score
  • the estimated data comprises information relating to positions and / or orientations of at least one point of the user at the respective instants of the period of time, and
  • the at least one theoretical data item comprises information relating to a theoretical position and / or theoretical maximum and / or minimum orientation for said point
  • the estimated data comprises information relating to speeds of movement and / or accelerations of at least one point of the user at given times of the period of time, and
  • the at least one theoretical data item comprises information relating to a speed of displacement and / or a maximum and / or minimum acceleration of said point.
  • the invention also relates to a computer program product comprising program code recorded on a computer readable data medium for executing the method according to any one of the preceding claims when the computer program is applied to a computer to be executed.
  • the invention also relates to a mobile terminal comprising at least one processor, at least one sensor and at least one alarm means, to enable measurement, monitoring, control, evaluation and / or correction of proprioceptive capabilities and / or postural and / or locomotor and / or motor and / or spatial orientation of a user, characterized in that the processor is programmed to: receiving a plurality of groups of values measured by at least one sensor, each group including values measured at a respective instant of a period of time,
  • FIG. 1 schematically illustrates an exemplary method for controlling, correcting and evaluating the postural, locomotor or motor abilities of a user
  • FIG. 2 illustrates an example of use of a mobile terminal programmed to implement the method illustrated in FIG. 1.
  • the method according to the invention is dedicated to the evaluation, monitoring and rehabilitation of proprioceptive and / or postural and / or locomotor and / or motor and / or spatial orientation abilities of a user. It can be implemented in the form of a downloadable application that can be implemented in a mobile terminal 1, including:
  • processing means such as a processor
  • measurement means such as sensors, and especially an accelerometer, and / or a magnetometer and / or a gyroscope and / or a camera and / or a camera and / or a microphone and / or any other sensor known to the skilled in the art and likely to be contained for example in a mobile phone,
  • tactile and / or visual and / or auditory alarm such as a vibrator and / or a display screen and / or a loudspeaker
  • means for transmitting / receiving signals such as an antenna for communicating with other fixed or mobile terminals in order to exchange information with third parties.
  • the mobile terminal 1 also includes storage means such as a memory for storing predefined exercises for re-educating the user.
  • the various means for the implementation of the method are embedded in a single device such as a mobile terminal 1 facilitates the implementation of the method for the user. Indeed, the only operation to be performed for the user is to fix the mobile terminal 1 on him, for example using a belt including a case for receiving the mobile terminal 1.
  • the mobile terminal 1 is for example a mobile phone including Smartphone type, a personal assistant (or "PDA", acronym of the English expression “Personal Digital Assistant”), or any type of mobile terminal known to man of the trade, such as an iWatch® connected watch.
  • PDA personal assistant
  • iWatch® connected watch any type of mobile terminal known to man of the trade, such as an iWatch® connected watch.
  • the mobile terminal can be fixed on a mobile platform on which the user is standing while trying to be stationary; the terminal then measures the movement of the platform: the less the platform oscillates, the better the user's performance.
  • the mobile terminal may be attached to a region of the user.
  • the region in which the mobile terminal is attached depends on the body segment, or more broadly the ability to re-educate.
  • the mobile terminal will be fixed on the chest of the user.
  • the mobile terminal will be attached to the forearm of the user, etc.
  • the region in which the mobile terminal is fixed may vary according to the exercise performed.
  • the mobile terminal in the case of a rehabilitation of sensorimotor and functional knee capabilities, the mobile terminal can be fixed:
  • a first phase of the method may consist in informing the user of a mode of operation helping him to set up the terminal and to select an exercise.
  • This information phase may for example consist of editing a visual and / or auditory tutorial to the user.
  • a visual and / or auditory description of the exercise to be performed can be provided to the user.
  • the mobile terminal 1 executes different phases:
  • the method comprises measuring by sensors of the mobile terminal 1, a plurality of groups of values.
  • Each value of a group comes from a respective sensor.
  • a mobile terminal including a 3D accelerometer, a 3D magnetometer and a 3D gyroscope:
  • three values correspond to magnetic fields along the same three orthogonal axes.
  • the present invention is not limited to the use of 3D accelerometer, 3D magnetometer and 3D gyroscope, but concerns the use of any type of accelerometer, magnetometer and gyroscope (1 D, 2D in particular).
  • the method may also include an optional step of filtering the groups of values measured from the sensors of the mobile terminal. This eliminates disturbances due to noise and measurement errors.
  • the filtering of groups of values can be implemented using a Kalman filter.
  • This type of filter is particularly suitable for estimating parameters of a system evolving over time from noisy measurements, which is the case in the context of the present invention since the different groups of values are representative signals of a movement made by the user.
  • each group of values carries information on:
  • the method comprises determining one (or more) data (s) estimated from each group of values.
  • the processor of the mobile terminal processes the groups of values to extract the information relating to the position, and / or the orientation and / or the speed and / or the acceleration of displacement of the mobile terminal at different times of measurement. the period of time.
  • a series of estimated data is thus obtained at different times of the time period, this sequence being representative of the actual movement of the user during the period of time.
  • this sequence being representative of the actual movement of the user during the period of time.
  • only certain parameters of the movement performed by the user may require control. For example, for some exercises, the speed of movement of the body segment is not a determining factor of rehabilitation. In this case, no estimated velocity data will be determined from the groups of values. This limits:
  • the estimated data suite is compared to theoretical data. These theoretical data are representative of a desired movement that the user should realize during the execution of the exercise.
  • the comparison step makes it possible to obtain a plurality of correspondence gaps.
  • the differences are not necessarily related to an inability of the user to correctly perform the "ideal" movement, but may be due to the fact that the user has difficulty in assessing some constraints difficult to quantify his movement such as the speed of movement .
  • the invention proposes to provide him with an indication enabling him to correct his actual movement so as to best match it to the "ideal" movement.
  • the biological feedback can consist in the emission of stimuli of different types depending on the nature of the error to be corrected (in the movement made by the patient) and / or according to the preferences or capabilities of its user: by For example, a hard-of-hearing user may choose visual and / or tactile stimulus (stimuli).
  • the feedback can consist of the emission of an auditory stimulus
  • the feedback will consist of the emission of an auditory stimulus (if the angulation is too weak) or tactile (if the angulation is too great) .
  • more or less rapid successions (or more or fewer) of stimuli of the same nature can be used to indicate to the user that a parameter of his movement is incorrect.
  • a rapid (respectively slow) succession of auditory stimuli may be used to indicate a slow (or too fast) rate of movement of the forearm (or vice versa).
  • the method includes calculating a score associated with the execution of the exercise by the user.
  • the calculation of this score has many advantages. Indeed, it allows the user to evaluate his progress in the execution of the exercises, and thus the benefits of his rehabilitation.
  • the method includes a step 70 of transmitting the score (s)
  • the calculation of the score allows a third party to monitor the progress of the user in his rehabilitation.
  • Proprioceptive Capacity Rehabilitation is for a mobile application dedicated to the evaluation, monitoring and rehabilitation of a user's proprioceptive capabilities. It consists of an integrated solution of angulation measurements of at least one joint or at least one body segment (eg, ankle, knee, hip, spine, wrist, arm, shoulder, neck) during predefined exercises.
  • This application allows both the measurement and improvement of proprioceptive capabilities through visual and / or auditory and / or tactile (eg vibratory) biological feedback.
  • the communicating nature of the mobile terminal can be used to transmit the results obtained to the third parties concerned (doctor, physiotherapist, etc.).
  • the application makes it possible to quantify the movements of the articulation based on measurements taken from the sensors embedded in the mobile terminal, and in particular:
  • a 3D magnetometer for measuring magnetic fields along the same three orthogonal axes.
  • the app is designed to be used independently and includes pre-programmed workout exercises. Part of these exercises is dedicated to rehabilitation and is based on the principle of perceptual substitution. To do this, an auditory or vibratory feedback has been programmed to alert the user of an excessive inclination with respect to the expected state and to induce him to reposition himself correctly.
  • One of the original features of this exemplary embodiment relies on the integration of the information from the gyroscope and the magnetometer which makes it possible to improve the quality in the estimation of the movement carried out by the user.
  • Another originality of this exemplary embodiment is based on the design of a mobile application dedicated to the evaluation and rehabilitation with a mobile terminal as sole support.
  • a smartphone including three types of tri-axis sensors: an accelerometer, a magnetometer and a gyroscope.
  • the measurements obtained are subject to the biases specific to each of these three types of sensors (noise, magnetic disturbance, drift due to integration).
  • the angles of inclination ( ⁇ , ⁇ ) are estimated from measurements from the accelerometer.
  • the direction ( ⁇ ) is estimated from the measurements from the magnetometer. This gives a first estimate of the orientation vector ( ⁇ , ⁇ , ⁇ ).
  • the different disturbances of the gyro measurements are corrected by comparing the two estimates obtained for the orientation vector.
  • the difference (c diff, Gdiff, ijJdiff) between the first and second orientation vectors estimated is then used to update the coefficients of the Kalman filter that will be applied to the next iteration.
  • the fusion of the data from the different sensors provides an estimation of the angles of rotation ((p es t, ⁇ ⁇ 8 ⁇ , ⁇ 8 representing the angulation of the mobile terminal relative to its average position on the "n" (for example five ) first seconds of the test (reference ( ⁇ , ⁇ , ⁇ )) - Perceptual substitution and biofeedback
  • the application offers, in addition to the evaluation, rehabilitation exercises based on the implementation and use of sensory biological feedback.
  • the biological feedback can consist in the emission of stimuli whose type (for example, sensory, auditory, tactile) can vary according to the sensitivity, the capacities and / or the preferences of the user. For example, visual stimuli for blind or visually impaired patients, etc., will be avoided.
  • the biological feedback can consist of the combination of different types of stimuli: for example visual / audio and audio / tactile etc.
  • biological feedback can be:
  • the user has a continuous feedback of the current positions of his articulation, or
  • the user receives information relating to the deviation (or the error in direction and / or amplitude) between the current position of its articulation and that which should be obtained with regard to the proposed exercise. In other words, if there is no error, there is no sensory feedback.
  • a level of tolerance called "white zone” 2, parameterizable is proposed in order to adapt the level of difficulty to the motor skills of the user and its progression, in particular.
  • At least two variants of biological feedback control can for example be proposed:
  • a first variant in which the user is instructed to mobilize his trunk towards the vibration; for example, if the spine is on the left with respect to a white zone (position referenced 5 in FIG. 2), the right vibrator is activated; the user moves his trunk to the right; the vibration stops when the inclination of the trunk is again inside the white zone 2 (for example positions referenced 3 and 4 in FIG.
  • the advantage of the invention is to have an all-in-one device, combining measurement, analysis, storage, correction, sensory feedback and adaptation.
  • This device because of its communicating nature, makes it possible to trace information very quickly to a third party (for example a medical team), to verify the results and exercises performed, and ultimately, to adapt the proposed sessions to the 'user.
  • Another feature of the invention lies in the secure transmission of the measured and analyzed data and in their comparison to a database.
  • the following example is for a mobile application dedicated to the evaluation, monitoring, training and rehabilitation of posture control, balance and walking skills.
  • This application consists of an integrated solution of measurements and feedback of positions and / or speeds and / or accelerations and / or orientations of one or more body segments (for example the angulation of the trunk with respect to the vertical) in tasks postural, motor and locomotive that the user can advantageously achieve in his place of life (and not only in a medical office or paramedical).
  • this solution can also incorporate relevant complementary measures (such as kinematic measurements and / or kinetic measurements and / or physiological measurements) via wired or wireless sensors connected to the mobile terminal (such as sensors). heart rate and / or respiration and / or pressure and / or oculometry and / or electromyography and / or GPS location, etc.).
  • relevant complementary measures such as kinematic measurements and / or kinetic measurements and / or physiological measurements
  • the mobile terminal such as sensors.
  • Assessment tasks and / or training or rehabilitation exercises may for example consist of standing as still as possible under different postural conditions (eg on different types of stable or unstable supports, and / or in different environments sensory).
  • Other conditions can be implemented through wireless actuators connected to the mobile terminal (eg, fatigue effect or vibrator disturbance, changing visual conditions with augmented reality connected glasses such as Google Glasses). (or "Google glasses ®” according to the English terminology), movements induced by a platform).
  • biological feedback type For example, biological feedback type
  • This biological feedback can, for example, be triggered in real time as soon as a situation of postural instability is established, with reference to a predefined model or to the user's capacities determined during a learning phase.
  • trunk movements can for example be triggered from the measurements of trunk movements to alert the user of too much inclination of his bust from its initial state and encourage him to reposition correctly.
  • a biological feedback is activated as soon as the actual movement of the user differs from the theoretical movement (or a reference value such as a maximum inclination not to be exceeded, or a maximum speed, etc.),
  • a biological feedback is activated when the actual movement of the user differs from the theoretical movement to a tolerance margin (predefined thresholds).
  • the difficulty of each exercise is configurable to take into account the capabilities of the user.
  • the level of difficulty can be updated (especially increased) to keep progress of the user during his rehabilitation.
  • One of the original features of the present invention is based on the design of a mobile application dedicated to evaluation and rehabilitation with a mobile terminal as sole support.
  • Actuators can be connected to vary the conditions of use and be activated directly from the mobile terminal depending on the exercise and the degree of difficulty sought.
  • additional tools may depend on and be modulated by the responsiveness of the subject to the different stimulations relative to the data captured by the mobile terminal.
  • additional sensors provides access to additional information that when merged becomes high-level information.
  • the proposal of exercises and the modulation of their degree of difficulty are generated automatically by the mobile terminal according to the current state of the user and its progression.
  • the communicating nature of the mobile terminal can be used to transmit results obtained to third parties concerned (doctor, physiotherapist, coach, social networks, etc.).
  • the mobile terminal used in the example described below is a smartphone including three types of tri-axis sensors: an accelerometer, a magnetometer and a gyroscope.
  • the measurements obtained are subject to the biases specific to each of these types of sensor (eg noise, magnetic disturbance, drift due to integration). These measurements are used in a complementary way with a Kalman filter to correct the gyroscope biases and reliably estimate the orientation of the support on which the user stands (for example, unstable platform or Freeman plateau) and / or a body segment of the user (for example, the bust or the lower or upper limb).
  • a Kalman filter to correct the gyroscope biases and reliably estimate the orientation of the support on which the user stands (for example, unstable platform or Freeman plateau) and / or a body segment of the user (for example, the bust or the lower or upper limb).
  • the filter used is an extended Kalman filter.
  • the fusion of the data from the various sensors provides an estimation of the angles of rotation representing the angulation of the smartphone relative to its average position on the "n" first seconds of the test ("n" being a natural integer greater than or equal to zero ).
  • the application offers in addition to the evaluation of proprioceptive abilities, posture control, balance and locomotion, rehabilitation exercises based on the use of visual and / or auditory biological feedback and / or touch.
  • a sensory signal is sent to the corresponding actuator on the offending side.
  • this sensory signal may be sent to the actuator opposite the offending side, depending on the user's preferences and / or medical prescriptions, etc.
  • this signal constitutes additional sensory information on which the user can rest.
  • the tolerance level of the "white" zone is an adjustable parameter from the smartphone interface to adapt the level of difficulty to the physical condition of the user (in this case, proprioceptive abilities) and to the progression of this physical condition (and / or medical prescriptions).

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Abstract

L'invention concerne un procédé de mesure, de suivi, de contrôle, d'évaluation et/de correction de capacités proprioceptives et/ou posturales et/ou locomotrices et/ou motrices et/ou d'orientation spatiale d'un utilisateur, le procédé comprenant des étapes: -de mesure et de traitement (10, 20, 30) pour détecter un mouvement effectif ou une posture effective de l'utilisateur, -de comparaison (40) du mouvement effectif ou de la posture effective à un mouvement ou une posture théorique, -de rétrocontrôle biologique (50) pour permettre à l'utilisateur de corriger son mouvement effectif ou sa posture effective par rapport au mouvement ou à la posture théorique, -de calcul et de stockage (60) d'un score, -de transmission (70) du score à un tiers pour lui permettre de suivre les performances de l'utilisateur, et -de mise à jour automatique ou non automatique (80) d'un niveau de difficulté.

Description

PROCEDE ET SYSTEME POUR LA MESURE, LE SUIVI, LE CONTROLE ET LA CORRECTION D'UN MOUVEMENT OU D'UNE POSTURE D'UN UTILISATEUR
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne le domaine de la mesure, du suivi, du contrôle et de la correction d'un mouvement ou d'une posture effectué par un utilisateur (humain ou animal),
On entend, dans le cadre de la présente invention, par « mouvement » le déplacement d'un corps par rapport à un référentiel de l'espace et à un moment déterminé, ce déplacement pouvant être nul (corps immobile) ou non nul (corps mobile).
Plus précisément, la présente invention concerne un procédé et un système pour l'évaluation, le suivi, la correction, la rééducation et l'entraînement de capacités proprioceptives et/ou posturales et/ou locomotrices et/ou motrices et/ou d'orientation spatiale d'un utilisateur.
On entend, dans le cadre de la présente invention par « mouvement », le déplacement d'un point (ou d'un ensemble de points), d'un (ou plusieurs) segment(s) corporel(s) de l'utilisateur (tronc, fémur, pied, tibia/péroné, hanche, bras, avant-bras etc.) dans l'espace au cours du temps, ce déplacement pouvant être nul (point immobile) ou non nul (point mobile).
Dans le cas d'un point, un tel mouvement peut se définir par une suite de positions dans l'espace prises au cours du temps, et par une suite de vitesses de déplacement entre deux positions successives de la suite de positions.
Communément, un mouvement est représenté par un ensemble de vecteurs (par exemple « vecteur vitesse » ou « vecteur d'orientation ») qui définissent chacun le déplacement d'un point par rapport à un référentiel fixe de l'espace et à un instant déterminé.
L'invention trouve avantageusement de nombreuses applications, notamment dans les spécialités associées à la rééducation :
- de personnes âgées et/ou en situation de handicap,
- de personnes ayant subi un traumatisme ou une intervention chirurgicale.
Elle peut également être utilisée dans des applications plus ludiques telles que les entraînements sportifs ou des activités de bien-être. PRESENTATION DE L'ART ANTERIEUR
Que ce soit dû au vieillissement, un accident, une blessure ou à un traumatisme, la présente invention permet d'assister un utilisateur en corrigeant ses mouvements afin :
- de l'aider à récupérer une fonction corporelle qui s'est altérée (par exemple afin de retrouver l'usage d'une main après une chirurgie réparatrice), ou du moins
- de lui apprendre à s'adapter à un nouvel état (apprendre à une personne amputée d'un membre inférieur à marcher avec une prothèse, personne victime d'un accident vasculaire cérébral, etc.).
On connaît des dispositifs et des procédés supposés aider un utilisateur à récupérer une fonction corporelle. Le document WO 2008/132324 décrit un dispositif de mesure et de correction de la verticale posturale d'un être humain. Ce dispositif se compose d'une caméra, d'un écran de visualisation et de moyens de traitement. Le principe de fonctionnement d'un tel dispositif est le suivant :
- l'utilisateur est installé sur une assise sans dossier,
- deux marqueurs sont positionnés dans son dos le long de sa colonne vertébrale,
- la caméra est installée derrière l'utilisateur de sorte à acquérir des images de son dos,
- l'écran de visualisation est installé face à l'utilisateur de sorte qu'il puisse observer les images affichées sur ledit écran, enfin
- les moyens de traitement sont connectés à la caméra et à l'écran d'affichage.
Une fois l'installation terminée, la caméra est activée pour acquérir des images du dos de l'utilisateur. Ces images sont transmises aux moyens de traitements permettant d'estimer une inclinaison du dos du patient par rapport à la verticale. Les moyens de traitement commandent alors l'affichage sur l'écran de visualisation :
- d'une représentation schématique de l'utilisateur,
- de son inclinaison par rapport à la verticale, modélisée par le segment de droite entre les deux marqueurs, et
- d'une valeur d'angle de déviation de ladite inclinaison. Un tel dispositif présente de nombreux inconvénients. D'une part, l'installation du dispositif dans son ensemble est laborieuse et ne peut pas être mise en œuvre par l'utilisateur lui-même. En effet, l'installation des marqueurs dans le dos de l'utilisateur et le positionnement de la caméra nécessite la présence d'une personne pour assister l'utilisateur.
En outre, la complexité de mise en place du dispositif rend l'utilisation de celui-ci rédhibitoire. Les exercices de rééducation étant généralement pénibles à réaliser pour l'utilisateur, la mise en place des dispositifs supposés l'assister doit être la plus simple possible pour ne pas le décourager et permettre un observance de la rééducation prescrite et requise.
Un autre inconvénient de ce dispositif est que les informations affichées sur l'écran de visualisation ne sont pas suffisamment intuitives pour lui permettre de corriger correctement sa posture. Notamment, l'observation de son inclinaison par rapport à la verticale peut inciter l'utilisateur à forcer sur ses muscles de manière excessive pour aligner son dos sur la verticale. Or des études ont montré que le niveau de difficulté des exercices de rééducation devait être progressif et qu'une rééducation excessive pouvait avoir des conséquences néfastes. Par exemple des exercices de flexion du genou selon un angle trop important après une chirurgie des ligaments croisés peuvent induire une dégradation irréversible des propriétés des ligaments.
Un autre inconvénient encore de ce dispositif est que les informations affichées sur l'écran ne permettent pas à l'utilisateur d'appréhender sa progression au cours de sa rééducation. En effet, même si l'affichage d'une valeur d'angle de déviation est une information pertinente pour un médecin traitant, elle ne l'est pas pour un utilisateur néophyte.
Enfin, le dispositif décrit dans WO 2008/132324 ne permet pas d'adapter les exercices de rééducation en fonction de l'utilisateur.
Le document US 201 1/0021318 décrit un dispositif d'entraînement du contrôle moteur d'un utilisateur. Le document US 7 867 140 décrit un dispositif pour corriger la coordination motrice d'un utilisateur. Ces dispositifs présentent les mêmes inconvénients que le dispositif décrit dans WO 2008/132324.
Un but de la présente invention est de proposer un dispositif et un procédé permettant de pallier au moins l'un des inconvénients précités. RESUME DE L'INVENTION
A cet effet, l'invention propose un procédé de mesure, de suivi, de contrôle, d'évaluation et/ou de correction des capacités proprioceptives et/ou posturales et/ou locomotrices et/ou motrices et/ou d'orientation spatiale d'un utilisateur, ledit procédé étant mis en œuvre dans un terminal mobile, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- la réception d'une pluralité de groupes de valeurs mesurées par des capteurs, chaque groupe incluant des valeurs mesurées à un instant respectif d'une période de temps,
- la détermination par des moyens de traitement du terminal mobile, d'une donnée estimée pour chaque groupe de valeurs, de sorte à obtenir une suite de données estimées aux différents instants de la période de temps, ladite suite étant représentative d'un mouvement effectif ou d'une posture effective de l'utilisateur pendant la période de temps,
- la comparaison de chaque donnée estimée à au moins une donnée théorique, de sorte à obtenir une pluralité d'écarts de correspondance représentatifs de variations au cours du temps entre le mouvement effectif ou la posture effective de l'utilisateur et un mouvement désiré ou une posture désirée que l'utilisateur aurait dû réaliser,
- l'envoi à l'utilisateur d'une information concernant son mouvement effectif ou sa posture effective,
- le calcul d'un score en fonction de la pluralité d'écarts obtenus, et
- la modification de ladite et au moins une donnée théorique en fonction du score calculé.
En d'autres termes, l'invention concerne un procédé de mesure, de suivi, de contrôle, d'évaluation et/ de correction de capacités (proprioceptives et/ou posturales et/ou locomotrices et/ou motrices et/ou d'orientation spatiale) d'un utilisateur lors de l'exécution d'un exercice, le procédé comprenant des étapes :
- de mesure et de traitement pour détecter un mouvement effectif (respectivement une posture effective) réalisé(e) par l'utilisateur,
- de comparaison du mouvement effectif (respectivement de la posture effective) à un mouvement théroique (respectivement à une posture théorique),
- de rétrocontrôle biologique pour permettre à l'utilisateur de corriger son mouvement effectif (respectivement sa posture effective) de sorte à le (respectivement à la) faire correspondre au mieux au mouvement théorique (respectivement à la posture théorique),
- de calcul d'un score en fonction du résultat de la comparaison, et de stockage du score calculé,
- de transmission éventuelle du score à un tiers pour lui permettre de suivre l'évolution de les performances de l'utilisateur, et
- de mise à jour automatique ou non automatique d'un niveau de difficulté de l'exercice.
Des aspects préférés mais non limitatifs du procédé selon l'invention sont suivants :
- l'étape d'envoi à l'utilisateur d'une information comprend, pour chaque écart, émission d'au moins un stimulus par des moyens d'alarme du terminal si ledit écart dépasse un seuil de tolérance, le stimulus alertant l'utilisateur que le mouvement effectif ou la posture effective est trop différent du mouvement désiré ou de la posture désirée, et lui donnant une indication sur des modifications à apporter au mouvement effectif ou à la posture effective pour réduire l'écart de correspondance,
- le terminal mobile comprend trois capteurs tri-axes consistant en un magnétomètre, un accéléromètre et un gyroscope, l'étape de mesure d'une pluralité de groupes de valeurs consistant pour chaque groupe de valeurs à mesurer :
o au moins une accélération linéaire avec l'accéléromètre, et de préférence trois accélérations linéaires selon trois axes orthogonaux, o au moins une vitesse angulaire avec le gyroscope, et de préférence trois vitesses angulaires selon les trois axes orthogonaux, o au moins un champ magnétique avec le magnétomètre, et de préférence trois champs magnétiques selon les trois axes orthogonaux,
- l'étape de détermination d'une donnée estimée comprend la détermination d'un vecteur d'orientation du terminal mobile à partir de chaque groupe de valeurs issues des mesures de l'accéléromètre, et/ou du magnétomètre et et/ou du gyroscope,
le procédé comprend préalablement à l'étape de détermination, une étape de filtrage des groupes de valeurs en utilisant un filtre de Kalman de sorte à éliminer desdites valeurs les perturbations dues aux bruits et aux erreurs de mesure, - l'étape de filtrage comprend, pour chaque groupe de valeurs, les sous- étapes consistant à :
o estimer un premier vecteur d'orientation à partir des mesures de l'accéléromètre et du magnétomètre,
o estimer un deuxième vecteur d'orientation à partir des mesures du gyroscope,
o comparer les premier et deuxième vecteurs d'orientation estimés et utiliser leur différence pour remettre à jour le filtre de Kalman.
- le procédé comprend en outre une étape de transmission du score calculé,
- dans le procédé :
o les données estimées comprennent des informations relatives à des positions et/ou des orientations d'au moins un point de l'utilisateur aux instants respectifs de la période de temps, et
o l'au moins une donnée théorique comprend une information relative à une position théorique et/ou une orientation théorique maximale et /ou minimale pour ledit point,
- dans procédé :
o les données estimées comprennent des informations relatives à des vitesses de déplacement et/ou des accélérations d'au moins un point de l'utilisateur à des instants donnés respectifs de la période de temps, et
o l'au moins une donnée théorique comprend une information relative à une vitesse de déplacement et/ou à une accélération maximale et /ou minimale dudit point.
L'invention concerne également un produit programme d'ordinateur comportant un code programme enregistré sur un support de données lisible par un ordinateur pour exécuter le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes lorsque le programme d'ordinateur est appliqué à un ordinateur pour être exécuté.
L'invention concerne également un terminal mobile comprenant au moins un processeur, au moins un capteur et au moins moyen d'alarme, pour permettre la mesure, le suivi le contrôle, l'évaluation et/ou la correction de capacités proprioceptives et/ou posturales et/ou locomotrices et/ou motrices et/ou d'orientation spatiale d'un utilisateur, caractérisé en ce que le processeur est programmé pour : - recevoir une pluralité de groupes de valeurs mesurées par au moins un capteur, chaque groupe incluant des valeurs mesurées à un instant respectif d'une période de temps,
- déterminer une donnée estimée pour chaque groupe de valeurs, de sorte à obtenir une suite de données estimées aux différents instants de la période de temps, ladite suite étant représentative d'un mouvement effectif ou d'une posture effective de l'utilisateur pendant la période de temps,
- comparer chaque donnée estimée à au moins une donnée théorique, de sorte à obtenir une pluralité d'écarts de correspondance représentatifs de variations au cours du temps entre le mouvement effectif ou la posture effective de l'utilisateur et un mouvement désiré ou une posture désirée que l'utilisateur aurait dû réaliser,
- commander l'émission à l'utilisateur d'une information concernant son mouvement effectif ou sa posture effective,
- calculer un score en fonction de la pluralité d'écarts obtenus, et
- modifier ladite et au moins une donnée théorique en fonction du score calculé.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description qui va suivre de plusieurs variantes d'exécution, données à titre d'exemples non limitatifs, à partir des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 illustre schématiquement un exemple de procédé permettant de contrôler, de corriger et d'évaluer des capacités posturales, locomotrices ou motrices d'un utilisateur,
- la figure 2 illustre un exemple d'utilisation d'un terminal mobile programmé pour mettre en œuvre le procédé illustré à la figure 1 . DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
On va maintenant décrire plus en détails des aspects préférés mais non limitatifs de la présente invention en référence aux figures 1 et 2. 1. Principes généraux
Le procédé selon l'invention est dédié à l'évaluation, au suivi et à la rééducation de capacités proprioceptives et/ou posturales et/ou locomotrices et/ou motrices et/ou d'orientation spatiale d'un utilisateur. Il peut être implémenté sous forme d'une application téléchargeable apte à être mise en œuvre dans un terminal mobile 1 incluant :
- des moyens de traitement tels qu'un processeur,
- des moyens de mesure tels que des capteurs, et notamment un accéléromètre, et/ou un magnétomètre et/ou un gyroscope et/ou une caméra et/ou un appareil photo et/ou un microphone et/ou tout autre capteur connu de l'homme du métier et susceptible d'être contenu par exemple dans un téléphone portable,
- des moyens d'alarme tactile et/ou visuelle et/ou auditif, tels qu'un vibreur et/ou un écran d'affichage et/ou un haut-parleur
- des moyens d'émission/réception de signaux tels qu'une antenne pour communiquer avec d'autres terminaux fixes ou mobiles afin d'échanger des informations avec des tiers.
Le terminal mobile 1 comprend également des moyens de stockage tels qu'une mémoire pour le stockage d'exercices prédéfinis permettant de rééduquer l'utilisateur.
Le fait que les différents moyens pour l'implémentation du procédé soient embarqués dans un dispositif unique tel qu'un terminal mobile 1 facilite la mise en œuvre du procédé pour l'utilisateur. En effet, la seule opération à réaliser pour l'utilisateur est de fixer le terminal mobile 1 sur lui, par exemple à l'aide d'une ceinture incluant un étui destiné à recevoir le terminal mobile 1 .
Le terminal mobile 1 est par exemple un téléphone portable notamment de type Smartphone, un assistant personnel (ou « PDA », sigle de l'expression anglo- saxonne « Personal Digital Assistant »), ou tout type de terminal mobile connu de l'homme du métier, tel qu'une montre connectée de type iWatch®.
Ainsi, on propose une solution intégrée pour contrôler, corriger et évaluer des capacités motrices d'un utilisateur et permettre ainsi sa rééducation à partir d'un terminal mobile disposé :
- sur le patient ou
- à distance du patient,
notamment en fonction des exercices à réaliser. Par exemple pour la mise en œuvre de certains exercices, le terminal mobile peut être fixé sur une plateforme mobile sur laquelle l'utilisateur se tient debout en essayant d'être immobile ; le terminal mesure alors le mouvement de la plateforme : moins la plateforme oscille, meilleure est la performance de l'utilisateur.
Pour la mise en œuvre d'autres exercices, le terminal mobile peut être fixé sur une région de l'utilisateur.
Bien entendu, la région dans laquelle le terminal mobile est fixé dépend du segment corporel, ou plus largement de la capacité à rééduquer. Par exemple, pour une rééducation des capacités sensorimotrices et fonctionnelles du rachis lombaire le terminal mobile sera fixé sur la cage thoracique de l'utilisateur. Pour une rééducation des capacités sensorimotrices et fonctionnelles du coude, le terminal mobile sera fixé sur l'avant-bras de l'utilisateur, etc.
Par ailleurs pour la rééducation d'un segment corporel donné, la région dans laquelle est fixé le terminal mobile peut varier en fonction de l'exercice effectué. Par exemple dans le cas d'une rééducation des capacités sensorimotrices et fonctionnelles du genou, le terminal mobile pourra être fixé :
- sur la cuisse de l'utilisateur lors de la réalisation d'un premier exercice, et
- sur le mollet de l'utilisateur lors de la réalisation d'un deuxième exercice, etc.
2. Procédé
Nous allons maintenant décrire un exemple de procédé en référence à la rééducation de l'articulation du coude d'un utilisateur.
On suppose que l'utilisateur a préalablement fixé le terminal mobile sur son avant-bras, et a sélectionné un exercice. Avantageusement, l'utilisateur peut être accompagné lors de ces étapes de mise en place du terminal et de sélection d'un exercice. Par exemple, une première phase du procédé peut consister à informer l'utilisateur d'un mode opératoire l'aidant à mettre en place le terminal et à sélectionner un exercice. Cette phase d'information peut par exemple consister en l'édition d'un tutoriel visuel et/ou auditif à l'utilisateur. De même, un descriptif visuel et/ou auditif de l'exercice à réaliser peut être fourni à l'utilisateur.
Une fois l'exercice sélectionné, le terminal mobile 1 exécute différentes phases :
- pour détecter le mouvement effectif réalisé par l'utilisateur, - le comparer à un mouvement théorique que l'utilisateur devrait « idéalement » réaliser,
- éventuellement émettre des alarmes pour permettre à l'utilisateur de corriger son mouvement effectif de sorte à le faire correspondre au mieux au mouvement théorique,
- calculer un score pour l'exercice, notamment en fonction de l'écart entre les mouvements effectif et théorique,
- mettre à jour le niveau de difficulté de l'exercice et/ou ajouter ou supprimer un exercice, et
- éventuellement envoyer le score calculé à un tiers pour lui permettre de suivre l'évolution de la rééducation ou de l'entraînement et/ou s'assurer de l'observance du traitement ou de la prise en charge.
Ainsi, non seulement l'utilisateur est assisté pour lui permettre de réaliser correctement une série d'exercices prescrits, mais en plus il peut évaluer ses progrès grâce à la quantification associée à l'exercice réalisé. Cette quantification permet en outre de mettre à jour les niveaux de difficulté des exercices afin d'optimiser les effets de la rééducation et d'informer des tiers de l'observance du traitement et de l'évolution de cette rééducation.
Ces différentes phases vont maintenant être décrites plus en détail en référence au procédé illustré à la figure 1 .
2.1 Mesure de groupes de valeurs
Dans une étape, le procédé comprend la mesure 10 par des capteurs du terminal mobile 1 , d'une pluralité de groupes de valeurs.
Chaque valeur d'un groupe est issue d'un capteur respectif. Par exemple, dans le cas d'un terminal mobile incluant un accéléromètre 3D, un magnétomètre 3D et un gyroscope 3D :
- trois valeurs correspondent à des accélérations linéaires selon trois axes orthogonaux,
- trois valeurs correspondent à des vitesses angulaires selon les mêmes trois axes orthogonaux, et
- trois valeurs correspondent à des champs magnétiques selon les mêmes trois axes orthogonaux.
Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à l'utilisation d'accéléromètre 3D, de magnétomètre 3D et de gyroscope 3D, mais concerne l'utilisation de tout type d'accéléromètre, magnétomètre et gyroscope (1 D, 2D notamment).
L'utilisation de groupes de valeurs composés chacun de mesures issues d'un accéléromètre, d'un magnétomètre et d'un gyroscope permet d'améliorer la précision dans l'estimation du mouvement effectif réalisé par l'utilisateur.
2.2. Filtrage des valeurs mesurées
Le procédé peut également comprendre une étape optionnelle de filtrage 20 des groupes de valeurs mesurés à partir des capteurs du terminal mobile. Ceci permet d'éliminer les perturbations dues aux bruits et aux erreurs de mesure.
Avantageusement, le filtrage des groupes de valeurs peut être mis en œuvre en utilisant un filtre de Kalman.
Ce type de filtre est particulièrement adapté à l'estimation de paramètres d'un système évoluant dans le temps à partir de mesures bruitées, ce qui est le cas dans le cadre de la présente invention puisque les différents groupes de valeurs sont des signaux représentatifs d'un mouvement effectué par l'utilisateur.
Ainsi, chaque groupe de valeurs porte une information sur :
- la position du terminal mobile à un instant donné,
- l'orientation du terminal mobile à l'instant donné, et
- la vitesse de déplacement du terminal mobile à l'instant donné.
A partir de ces informations relatives au terminal mobile, il est possible de déduire le mouvement d'un (ou plusieurs) point(s) du segment corporel considéré (ici l'avant-bras de l'utilisateur).
2.3. Détermination de données estimées
Lors d'une autre étape, le procédé comprend la détermination 30 d'une (ou plusieurs) donnée(s) estimée(s) à partir de chaque groupe de valeurs.
Plus précisément, le processeur du terminal mobile traite les groupes de valeurs pour extraire les informations relatives à la position, et/ou l'orientation et/ou la vitesse et/ou l'accélération de déplacement du terminal mobile aux différents instants de mesure de la période de temps.
On obtient ainsi une suite de données estimées aux différents instants de la période de temps, cette suite étant représentative du mouvement effectif de l'utilisateur pendant la période de temps. En fonction du type d'exercice, seuls certains paramètres du mouvement réalisé par l'utilisateur peuvent nécessiter un contrôle. Par exemple, pour certains exercices, la vitesse de déplacement du segment corporel n'est pas un critère déterminant de la rééducation. Dans ce cas, aucune donnée estimée relative à une vitesse de déplacement ne sera déterminée à partir des groupes de valeurs. Ceci permet de limiter :
- les ressources matérielles utilisées (espace mémoire notamment),
- l'énergie consommée
par le terminal mobile pour mettre en œuvre le procédé.
2.4. Comparaison des données estimées à des données théoriques
Dans une autre étape, la suite de données estimées est comparée 40 à des données théoriques. Ces données théoriques sont représentatives d'un mouvement désiré que l'utilisateur devrait réaliser lors de l'exécution de l'exercice.
En fonction du type d'exercice et de son niveau de difficulté, la nature des données théoriques peut varier.
Par exemple si l'on considère un exercice consistant pour l'utilisateur à poser son coude sur un support stable et à déplacer son avant-bras entre une position horizontale et une position verticale, alors la suite de données estimées peut être comparée :
- à une unique donnée théorique correspondant à une vitesse maximale de déplacement de l'avant-bras de l'utilisateur,
- à deux données théoriques correspondant respectivement à une vitesse minimale et une vitesse maximale de déplacement de l'avant-bras de l'utilisateur,
- à trois données théoriques correspondant à des vitesses minimale et maximale de déplacement et à une angulation supérieure à 90° entre les positions extrêmes occupées par l'avant-bras de l'utilisateur, etc.
L'étape de comparaison permet d'obtenir une pluralité d'écarts de correspondance.
2.5. Rétrocontrôle Chaque écart de correspondance calculé est représentatif d'une variation, à un instant donnée, entre le mouvement effectif de l'utilisateur et le mouvement désiré que l'utilisateur devrait réaliser. On compare 50 donc chacun des écarts calculés à un seuil de tolérance (qui dépend notamment du niveau de difficulté de l'exercice) pour déterminer si l'utilisateur doit ou non être alerté que son mouvement est incorrect.
Les écarts ne sont pas forcément liés à une incapacité de l'utilisateur à réaliser correctement le mouvement « idéal », mais peuvent tenir au fait que l'utilisateur a du mal à évaluer certaines contraintes difficilement quantifiables de son mouvement tel que la vitesse de déplacement.
C'est pourquoi outre le fait d'alerter l'utilisateur que son mouvement effectif est incorrect, l'invention propose de lui fournir une indication lui permettant de corriger son mouvement effectif afin de le faire correspondre au mieux au mouvement « idéal ».
Cette indication est fournie à l'utilisateur grâce à l'émission d'un (ou plusieurs) stimulus (stimuli) visuel(s) et/ou auditif(s) et/ou tactile(s). Avantageusement, le rétrocontrôle biologique peut consister en l'émission de stimuli de différents types en fonction de la nature de l'erreur à corriger (dans le mouvement effectué par le patient) et/ou en fonction des préférences ou capacités de son utilisateur : par exemple un utilisateur malentendant pourra choisir un (ou des) stimulus (stimuli) visuel et/ou tactile.
Par exemple :
- si l'utilisateur effectue le mouvement selon la bonne angulation mais à une vitesse trop importante, le rétrocontrôle peut consister en l'émission d'un stimulus auditif, alors que
- si l'utilisateur effectue le mouvement à la bonne vitesse mais avec une mauvaise angulation, le rétrocontrôle consistera en l'émission d'un stimulus auditif (si l'angulation est trop faible) ou tactile (si l'angulation est trop grande).
De même des successions plus ou moins rapides (ou plus ou moins nombreuses) de stimuli de même nature peuvent être utilisées pour indiquer à l'utilisateur qu'un paramètre de son mouvement est incorrect. Par exemple, une succession rapide (respectivement lente) de stimuli auditifs peut être utilisée pour indiquer une vitesse de déplacement trop lente (respectivement trop rapide) de l'avant-bras (ou inversement).
2.6. Calcul d'un score, mise à jour et transmission
Dans une autre étape, le procédé comprend le calcul 60 d'un score associé à l'exécution de l'exercice par l'utilisateur. Le calcul de ce score présente de nombreux avantages. En effet, il permet à l'utilisateur d'évaluer sa progression dans l'exécution des exercices, et donc les bénéfices de sa rééducation.
Il permet également de mettre à jour 80 la rééducation de l'utilisateur, notamment par une mise à jour du seuil de tolérance (augmentation du seuil si le score est faible ou diminution du seuil si le score est élevé), et donc une mise à jour du niveau de difficulté des exercices à exécuter.
Enfin lorsque le procédé comprend une étape de transmission 70 du (ou des) score(s), le calcul du score permet à un tiers de suivre les progrès de l'utilisateur dans sa rééducation.
3. Exemples d'utilisation
3.1. Rééducation de capacités proprioceptives L'exemple suivant concerne une application mobile dédiée à l'évaluation, au suivi et à la rééducation de capacités proprioceptives d'un utilisateur. Elle consiste en une solution intégrée de mesures de l'angulation d'au moins une articulation ou d'au moins un segment corporel (par exemple, cheville, genou, hanche, colonne vertébrale, poignet, bras, épaule, cou) au cours d'exercices prédéfinis.
Cette application permet à la fois la mesure et l'amélioration des capacités proprioceptives grâce à un rétrocontrôle biologique visuel et/ou auditif et/ou tactile (par exemple, vibratoire). Le caractère communicant du terminal mobile peut être utilisé pour transmettre les résultats obtenus aux tiers concernés (médecin, kinésithérapeute, etc.).
Fonctionnalité
L'application permet de quantifier les mouvements de l'articulation à partir de mesures issues des capteurs embarqués dans le terminal mobile, et notamment :
- un accéléromètre 3D pour la mesure d'accélérations linéaires selon trois axes orthogonaux,
- un gyroscope 3D pour la mesure de vitesses angulaires selon les mêmes trois axes orthogonaux, et
- un magnétomètre 3D pour la mesure de champs magnétiques selon les mêmes trois axes orthogonaux. L'application a été conçue pour être utilisée en autonomie et inclut des exercices d'entraînement préprogrammés. Une partie de ces exercices est dédiée à la rééducation et repose sur le principe de suppléance perceptive. Pour ce faire, un rétrocontrôle auditif ou vibratoire a été programmé pour alerter l'utilisateur d'une inclinaison trop importante par rapport à l'état attendu et pour l'inciter à se repositionner correctement.
L'une des originalités de cet exemple de réalisation repose sur l'intégration des informations issues du gyroscope et du magnétomètre qui permettent d'améliorer la qualité dans l'estimation du mouvement effectué par l'utilisateur, Une autre originalité de cet exemple de réalisation repose sur la conception d'une application mobile dédiée à l'évaluation et à la rééducation avec un terminal mobile comme unique support.
Évaluation
On suppose dans la suite l'utilisation d'un smartphone incluant trois types de capteurs tri axes: un accéléromètre, un magnétomètre et un gyroscope.
Les mesures obtenues sont soumises aux biais propres à chacun de ces trois types de capteurs (bruit, perturbation magnétique, dérive due à l'intégration).
C'est pourquoi elles sont utilisées de manière complémentaire dans un filtre de Kalman étendu pour corriger les biais du gyroscope et estimer de manière fiable des orientations.
Les angles d'inclinaison (θ, φ) sont estimés à partir des mesures issues de l'accéléromètre. La direction (ψ) est estimée à partir des mesures issues du magnétomètre. On obtient ainsi une première estimation du vecteur d'orientation (φ, θ, ψ).
En parallèle, une estimation de ces mêmes angles est obtenue depuis le gyroscope donnant lieu à une seconde estimation du vecteur d'orientation (cpg, θ9,
Ψ9)-
Les différentes perturbations des mesures gyroscopiques sont corrigées en comparant les deux estimations obtenues pour le vecteur d'orientation. La différence (c diff, Gdiff, ijJdiff) entre les premier et deuxième vecteurs d'orientation estimés est alors utilisée pour remettre à jour les coefficients du filtre de Kalman qui sera appliqué à l'itération suivante.
Finalement, la fusion des données issues des différents capteurs fournit une estimation des angles de rotation ((pest, θβ8ι, ψβ8 représentant l'angulation du terminal mobile relativement à sa position moyenne sur les « n » (par exemple cinq) premières secondes de l'essai (référence (φο, θο, ψο))- Suppléance perceptive et biofeedback
L'application propose, en plus de l'évaluation, des exercices de rééducation basés sur la mise en œuvre et l'utilisation de rétrocontrôle biologique sensoriel.
Avantageusement, le rétrocontrôle biologique peut consister en l'émission de stimuli dont le type (par exemple, sensoriel, auditif, tactile) peut varier en fonction de la sensibilité, des capacités et/ou des préférences de l'utilisateur. Par exemple, on évitera les stimuli visuels pour les patients aveugles ou malvoyants, etc. En variante, le rétrocontrôle biologique peut consister en la combinaison de différents types de stimuli : par exemple visuel/audio et audio/tactile etc.
Par ailleurs, le principe de fonctionnement du rétrocontrôle biologique peut varier en fonction de l'utilisateur. Par exemple le rétrocontrôle biologique peut être :
- continu ; dans ce cas, l'utilisateur a un retour en continu des positions actuelles de son articulation, ou
- intermittent (répulsif ou attractif) ; dans ce cas, l'utilisateur reçoit des informations relatives à l'écart (ou l'erreur en direction et/ou amplitude) entre la position actuelle de son articulation et celle qui devrait être obtenue au regard de l'exercice proposé. Autrement dit dans ce cas, s'il n'y a pas d'erreur, il n'y a pas de retour sensoriel.
Avantageusement, un niveau de tolérance dit « zone blanche » 2, paramétrable, est proposé afin d'adapter le niveau de difficulté aux capacités motrices de l'utilisateur et à sa progression, notamment.
On considère dans la suite une application dédiée à la rééducation du rachis lombaire. L'utilisateur est muni de 4 vibreurs positionnés sur son corps, sur les faces avant, arrière, droite et gauche. Il doit mobiliser son buste dans les quatre directions, suivant un programme d'exercices proposés.
Deux variantes de rétrocontrôle biologique, au moins, peuvent par exemple être proposées :
i) une première variante (dite « attractive cuing » selon la terminologie anglo- saxonne) dans laquelle l'utilisateur a pour consigne de mobiliser son tronc en direction de la vibration ; par exemple si le rachis est à gauche par rapport à une zone blanche (position référencée 5 sur la figure 2), le vibreur droit est activé ; l'utilisateur déplace son tronc vers la droite ; la vibration s'arrête quand l'inclinaison du tronc est de nouveau à l'intérieur de la zone blanche 2 (par exemples positions référencées 3 et 4 sur la figure 2), c'est- à-dire quand l'inclinaison du tronc est celle « demandée » par l'exercice ; ii) une deuxième variante (dite « répulsive cuing » selon la terminologie anglo- saxonne) dans laquelle l'utilisateur a pour consigne de mobiliser son tronc dans la direction opposée de la vibration ; par exemple, si le tronc de l'utilisateur est à gauche par rapport à une zone morte, le vibreur gauche est activé ; l'utilisateur mobilise son tronc vers la droite ; la vibration s'arrête quand l'inclinaison du tronc est de nouveau à l'intérieur de la zone blanche, c'est-à-dire quand l'inclinaison du tronc est celle « demandée » par l'exercice.
Bien entendu, l'homme du métier aura compris que d'autres variantes de rétrocontrôle biologique sont possibles.
En définitive, tout l'intérêt de l'invention est de disposer d'un dispositif tout- en-un, regroupant des fonctionnalités de mesure, d'analyse, de stockage, de correction, de retour sensoriel et d'adaptation. Ce dispositif, de par son caractère communicant, permet de remonter de manière très rapide des informations à un tiers (par exemple une équipe médicale), de vérifier les résultats et les exercices réalisés, et à terme, d'adapter les sessions proposées à l'utilisateur. Une autre fonctionnalité de l'invention réside dans la transmission sécurisée des données mesurées et analysées et dans leur comparaison à une base de données. 3.2. Rééducation de capacités de contrôle de la posture, de l'équilibre et de la marche
L'exemple suivant concerne une application mobile dédiée à l'évaluation, au suivi, à l'entraînement et à la rééducation des capacités de contrôle de la posture, de l'équilibre et de la marche.
Cette application consiste en une solution intégrée de mesures et de rétroaction de positions et/ou vitesses et/ou accélérations et/ou orientations d'un ou plusieurs segments corporels (par exemple l'angulation du tronc par rapport à la verticale) dans des tâches posturales, motrices et locomotrices que l'utilisateur peut avantageusement réaliser sur son lieu de vie (et non uniquement dans un cabinet médical ou paramédical).
Selon les besoins, cette solution peut également intégrer des mesures complémentaires pertinentes (telles que des mesures cinématiques et/ou des mesures cinétiques et/ou des mesures physiologiques) par le biais de capteurs filaires ou sans fil connectés au terminal mobile (tels que des capteurs de fréquence cardiaque et/ou de respiration et/ou de pressions et/ou d'oculométrie et/ou d'électromyographie et/ou de localisation GPS, etc.). La centralisation des données par le terminal mobile permet de coordonner et synchroniser les acquisitions et de fusionner ces informations individuelles pour accéder à des informations de plus haut niveau.
Les tâches d'évaluation et/ou les exercices d'entraînement ou de réadaptation peuvent par exemple consister a se tenir debout le plus immobile possible dans différentes conditions posturales (par exemple sur différents types de supports stables ou instables, et/ou dans différents environnements sensoriels).
D'autres conditions peuvent être mises en œuvre par le biais d'actuateurs sans fil connectés au terminal mobile (ex. effet de fatigue ou perturbation par vibreur, changement des conditions visuelles avec des lunettes connectées à réalité augmentée telles que les « Lunettes Google » (ou « Google glasses ® » selon la terminologie anglo-saxonne), mouvements induits par une plateforme).
Cette application permet à la fois :
i) l'acquisition d'une mesure objective, quantitative et automatique des capacités proprioceptives de contrôle de la posture, de l'équilibre et de la locomotion et de l'orientation spatiale et
ii) l'amélioration de ces capacités grâce à l'utilisation d'un rétrocontrôle biologique (ou « biofeedback » selon la terminologie anglo-saxonne).
Par exemple, un rétrocontrôle biologique de type
- auditif (via des écouteurs), et/ou
- visuel (via des lunettes connectées ou un écran d'affichage) et/ou encore
- tactile (via un système oscillant mécanique tel qu'un vibreur)
peut être fourni à l'utilisateur en temps réel pour l'informer de son état postural actuel ; en variante, la fourniture du rétrocontrôle biologique à l'utilisateur peut être différée, par exemple à la fin d'un exercice.
Ce rétrocontrôle biologique peut par exemple se déclencher en temps réel dès qu'une situation d'instabilité posturale est établie, en référence à un modèle prédéfini ou aux capacités de l'utilisateur déterminées au cours d'une phase d'apprentissage.
Il peut par exemple se déclencher à partir des mesures de déplacements du tronc pour alerter l'utilisateur d'une inclinaison trop importante de son buste par rapport à son état initial et l'inciter à se repositionner correctement.
Plusieurs paramétrages peuvent être utilisés par le système de rétrocontrôle biologique en fonction des besoins de l'utilisateur et/ou de prescriptions d'un praticien (médecin, kinésithérapeute, rééducateur etc.). En fonction du niveau de difficulté de chaque exercice, le déclenchement du rétrocontrôle biologique peut se faire :
- en continu ; dans ce cas, un rétrocontrôle biologique est activé dès que le mouvement effectif de l'utililsateur diffère du mouvement théorique (ou d'une valeur de référence telle qu'une inclinaison maximale à ne pas dépasser, ou une vitesse maximale, etc.),
- en discontinu ; dans ce cas, un rétrocontrôle biologique est activé lorsque le mouvement effectif de l'utilisateur diffère du mouvement théorique à une marge de tolérance près (seuils prédéfinis).
Dans tous les cas, la difficulté de chaque exercice est paramétrable pour tenir compte des capacités de l'utilisateur. Avantageusement, le niveau de difficulté peut être actualisé (notamment augmenté) pour tenir des progrès de l'utilisateur au cours de sa rééducation.
L'une des originalités de la présente invention repose sur la conception d'une application mobile dédiée à l'évaluation et à la rééducation avec un terminal mobile comme unique support.
L'acquisition, le traitement, l'analyse des données, la génération d'un rétrocontrôle biologique et l'activation d'actuateurs sont entièrement commandés et gérés par le terminal mobile.
En effet, celui-ci est utilisé comme une plateforme de contrôle permettant de recevoir des signaux, les traiter, les stocker et d'émettre des informations. Des actuateurs peuvent être connectés pour faire varier les conditions d'usage et être activés directement depuis le terminal mobile en fonction de l'exercice et du degré de difficulté recherché.
L'activation de ces outils supplémentaires peut dépendre et être modulé par la réactivité du sujet aux différentes stimulations relativement aux données captées par le terminal mobile. L'emploi de capteurs supplémentaires permet d'accéder à des informations complémentaires qui lorsqu'elles sont fusionnées deviennent des informations de haut niveau.
La centralisation, la fusion et l'activation de certains actuateurs en réponse à ce nouveau flux d'informations sont là encore effectués à partir du seul terminal mobile.
La proposition d'exercices et la modulation de leur degré de difficulté sont générées automatiquement par le terminal mobile en fonction de l'état actuel de l'utilisateur et de sa progression. Avantageusement, le caractère communicant du terminal mobile peut être utilisé pour transmettre des résultats obtenus à des tiers concernés (médecin, kinésithérapeute, entraîneur, réseaux sociaux etc.). Évaluation posturale et locomotrice
Le terminal mobile utilisé dans l'exemple décrit ci-après est un smartphone incluant trois types de capteurs tri-axes : un accéléromètre, un magnétomètre et un gyroscope.
Les mesures obtenues sont soumises aux biais propres à chacun de ces types de capteur (ex. bruit, perturbation magnétique, dérive due à l'intégration). Ces mesures sont utilisées de manière complémentaire avec un filtre de Kalman pour corriger les biais du gyroscope et estimer de manière fiable l'orientation du support sur lequel se tient l'utilisateur (par exemple, plateforme instable ou plateau de Freeman) et/ou d'un segment corporel de l'utilisateur (par exemple, le buste ou le membre inférieur ou supérieur).
Le filtre utilisé est un filtre de Kalman étendu. La fusion des données issues des différents capteurs fournit une estimation des angles de rotation représentant l'angulation du smartphone relativement à sa position moyenne sur les « n » premières secondes de l'essai (« n » étant un entier naturel supérieur ou égale à zéro).
Entraînement/rééducation fondée sur l'utilisation de biofeedback
L'application propose en plus de l'évaluation des capacités proprioceptives, de contrôle de la posture, de l'équilibre et de la locomotion, des exercices de rééducation fondés sur la l'utilisation de rétrocontrôle biologique visuel et/ou auditif et/ou tactile.
Différents procédés de génération du rétrocontrôle biologique sont possibles et paramétrables.
Par exemple, dans le cas de la rééducation des capacités proprioceptives du tronc, dès lors que l'utilisateur présente une angulation trop importante et sort d'une zone de tolérance ou « zone blanche », un signal sensoriel est envoyé vers l'actuateur correspondant, du côté incriminé. En variante, ce signal sensoriel peut être envoyé vers l'actuateur à l'opposé du côté incriminé, selon les préférences de l'utilisateur et/ou de prescriptions médicales, etc.
Dans tous les cas, ce signal constitue une information sensorielle supplémentaire sur laquelle l'utilisateur peut se reposer. Le niveau de tolérance de la zone « blanche » est un paramètre réglable depuis l'interface du smartphone pour adapter le niveau de difficulté à la condition physique de l'utilisateur (dans ce cas, capacités proprioceptives) et à la progression de cette condition physique (et/ou aux prescriptions médicales).

Claims

REVENDICATIONS
Procédé de mesure, de suivi, de contrôle, d'évaluation et/ou de correction des capacités proprioceptives et/ou posturales et/ou locomotrices et/ou motrices et/ou d'orientation spatiale d'un utilisateur, ledit procédé étant mis en œuvre dans un terminal mobile, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- La réception d'une pluralité de groupes de valeurs mesurées (10) par des capteurs, chaque groupe incluant des valeurs mesurées à un instant respectif d'une période de temps,
- La détermination (30) par des moyens de traitement du terminal mobile, d'une donnée estimée pour chaque groupe de valeurs, de sorte à obtenir une suite de données estimées aux différents instants de la période de temps, ladite suite étant représentative d'un mouvement effectif ou d'une posture effective de l'utilisateur pendant la période de temps,
- La comparaison (40) de chaque donnée estimée à au moins une donnée théorique, de sorte à obtenir une pluralité d'écarts de correspondance représentatifs de variations au cours du temps entre le mouvement effectif ou la posture effective de l'utilisateur et un mouvement désiré ou une posture désirée que l'utilisateur aurait dû réaliser,
- L'envoi à l'utilisateur d'une information concernant son mouvement effectif ou sa posture effective,
- Le calcul (60) d'un score en fonction de la pluralité d'écarts obtenus, et
- La modification (80) de ladite et au moins une donnée théorique en fonction du score calculé.
Procédé selon la revendication 1 , dans lequel l'étape d'envoi à l'utilisateur d'une information comprend, pour chaque écart, l'émission (50) d'au moins un stimulus par des moyens d'alarme du terminal si ledit écart dépasse un seuil de tolérance, le stimulus alertant l'utilisateur que le mouvement effectif ou la posture effective est trop différent du mouvement désiré ou de la posture désirée, et lui donnant une indication sur des modifications à apporter au mouvement effectif ou à la posture effective pour réduire l'écart de correspondance. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel l'étape de mesure d'une pluralité de groupes de valeurs consiste pour chaque groupe de valeurs à mesurer :
- au moins une accélération linéaire au moyen d'un accéléromètre tri-axes du terminal mobile (1 ), et de préférence trois accélérations linéaires selon trois axes orthogonaux,
- au moins une vitesse angulaire au moyen d'un gyroscope tri-axes du terminal mobile (1 ), et de préférence trois vitesses angulaires selon les trois axes orthogonaux,
- au moins un champ magnétique au moyen d'un magnétomètre tri-axes du terminal mobile (1 ), et de préférence trois champs magnétiques selon les trois axes orthogonaux.
Procédé selon la revendication 3, dans lequel l'étape de détermination (30) d'une donnée estimée comprend la détermination d'un vecteur d'orientation du terminal mobile à partir de chaque groupe de valeurs issues des mesures de l'accéléromètre, et/ou du magnétomètre et et/ou du gyroscope.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, lequel comprend préalablement à l'étape de détermination, une étape de filtrage (20) des groupes de valeurs en utilisant un filtre de Kalman de sorte à éliminer desdites valeurs les perturbations dues aux bruits et aux erreurs de mesure.
Procédé selon la revendication 5, dans lequel l'étape de filtrage (20) comprend, pour chaque groupe de valeurs, les sous-étapes consistant à :
- estimer un premier vecteur d'orientation à partir des mesures de l'accéléromètre et du magnétomètre,
- estimer un deuxième vecteur d'orientation à partir des mesures du gyroscope,
- comparer les premier et deuxième vecteurs d'orientation estimés et utiliser leur différence pour remettre à jour le filtre de Kalman.
Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, lequel comprend en outre une étape de transmission (70) du score calculé.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel :
- les données estimées comprennent des informations relatives à des positions et/ou des orientations d'au moins un point de l'utilisateur aux instants respectifs de la période de temps, et
- l'au moins une donnée théorique comprend une information relative à une position théorique et/ou une orientation théorique maximale et /ou minimale pour ledit point.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel :
- les données estimées comprennent des informations relatives à des vitesses de déplacement et/ou des accélérations d'au moins un point de l'utilisateur à des instants donnés respectifs de la période de temps, et
- l'au moins une donnée théorique comprend une information relative à une vitesse de déplacement et/ou à une accélération maximale et /ou minimale dudit point.
10. Produit programme d'ordinateur comportant un code programme enregistré sur un support de données lisible par un ordinateur pour exécuter le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes lorsque le programme d'ordinateur est appliqué à un ordinateur pour être exécuté.
1 1 . Dispositif pour la mise en œuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend un terminal mobile (1 ).
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