EP3352649A1 - Systeme d'orthese active - Google Patents

Systeme d'orthese active

Info

Publication number
EP3352649A1
EP3352649A1 EP16784138.6A EP16784138A EP3352649A1 EP 3352649 A1 EP3352649 A1 EP 3352649A1 EP 16784138 A EP16784138 A EP 16784138A EP 3352649 A1 EP3352649 A1 EP 3352649A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
active
active orthosis
angles
human body
inertial sensors
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.)
Withdrawn
Application number
EP16784138.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Hugo CRIMERSMOIS
Ming Shi
Matthieu CRIMERMOIS
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.)
Individual
Original Assignee
Individual
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 Individual filed Critical Individual
Publication of EP3352649A1 publication Critical patent/EP3352649A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/107—Measuring physical dimensions, e.g. size of the entire body or parts thereof
    • A61B5/1071—Measuring physical dimensions, e.g. size of the entire body or parts thereof measuring angles, e.g. using goniometers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/1116—Determining posture transitions
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/1126—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb using a particular sensing technique
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/74—Details of notification to user or communication with user or patient ; user input means
    • A61B5/742—Details of notification to user or communication with user or patient ; user input means using visual displays
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/74—Details of notification to user or communication with user or patient ; user input means
    • A61B5/742—Details of notification to user or communication with user or patient ; user input means using visual displays
    • A61B5/744—Displaying an avatar, e.g. an animated cartoon character
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/74—Details of notification to user or communication with user or patient ; user input means
    • A61B5/746—Alarms related to a physiological condition, e.g. details of setting alarm thresholds or avoiding false alarms
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61D—VETERINARY INSTRUMENTS, IMPLEMENTS, TOOLS, OR METHODS
    • A61D19/00—Instruments or methods for reproduction or fertilisation
    • A61D19/02—Instruments or methods for reproduction or fertilisation for artificial insemination
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F5/00—Orthopaedic methods or devices for non-surgical treatment of bones or joints; Nursing devices; Anti-rape devices
    • A61F5/01—Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces
    • A61F5/0102—Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces specially adapted for correcting deformities of the limbs or for supporting them; Ortheses, e.g. with articulations
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0219—Inertial sensors, e.g. accelerometers, gyroscopes, tilt switches
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/04—Arrangements of multiple sensors of the same type
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/1121—Determining geometric values, e.g. centre of rotation or angular range of movement
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/6813—Specially adapted to be attached to a specific body part
    • A61B5/6823—Trunk, e.g., chest, back, abdomen, hip
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801—Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/6813—Specially adapted to be attached to a specific body part
    • A61B5/6824—Arm or wrist
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F5/00—Orthopaedic methods or devices for non-surgical treatment of bones or joints; Nursing devices; Anti-rape devices
    • A61F5/01—Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces
    • A61F5/0102—Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces specially adapted for correcting deformities of the limbs or for supporting them; Ortheses, e.g. with articulations
    • A61F2005/0132—Additional features of the articulation
    • A61F2005/0165—Additional features of the articulation with limits of movement

Definitions

  • the present invention relates generally to the assistance to professionals whose job involves holding postures, making repetitive or blind gestures, risking causing joint trauma. More specifically, the present invention relates to an active orthosis system for the purpose of helping these professionals to optimize their work postures so that the angular degrees of their joints remain in non-traumatic "comfort zones" for said joints.
  • a particular example is the exercise of the profession of technician of artificial insemination of cattle.
  • MSDs Musculoskeletal Disorders
  • periarticular conditions such as the wrists, elbows, shoulders, knees, intervertebral joints, etc.
  • the present invention derives from the idea of developing a tool for reconstructing the possibility of a visualization, by the technician, gestures and postures adopted, through an active orthosis system, carried by said technician, and his digital avatar, corresponding to a virtual representation, on a screen, gestures and postures adopted by the technician, in real time.
  • the technician artificial insemination thus carries the active orthosis and makes the act of insemination, while the digital avatar performs in real time the same gestures and adopt the same postures as the technician. Therefore, through the use of the active orthosis system according to the invention, the criterion of success of the insemination gesture no longer coincides only with the success of insemination as such, but lies in the success of insemination with a gesture made in the joint comfort zone indicated by the active orthosis.
  • the subject of the invention is an active orthosis system, comprising a plurality of inertial sensors intended to be distributed over an upper limb, a lower limb, or any other part of the human body comprising at least one joint.
  • the active orthosis system according to the invention is particularly remarkable in that said inertial sensors are configured to allow the determination of at least one angle formed by segments of said part of the human body, around said at least one joint and in that the active orthosis system includes an alerting device to warn the user of the active orthosis system that said at least one angle has a value outside a predetermined range of comfort values.
  • the active orthosis system comprises software means for representing on a computer screen at least said part of the human body, in the form of an avatar, presenting, in real time, said at least one an angle of said at least one hinge, as determined.
  • the active orthosis system may comprise means for presenting the user with visual and / or sound indications adapted to cause him to correct his posture so as to maintain said at least one angle in the range of comfort values. predetermined.
  • the active orthosis system comprises means for generating vibrations felt by the user when said at least one angle comes out of the range of predetermined comfort values.
  • the active orthosis system may comprise wireless communication means, for example compliant with the Bluetooth standard, so as to communicate data from the plurality of sensors to a computer or to communicate information to the user. .
  • the plurality of inertial sensors comprises at least one sensor of at least one of the following types: accelerometer; gyroscope; magnetometer.
  • each inertial sensor of the plurality of inertial sensors consists of a nine-axis detection module comprising at the same time a three-axis accelerometer, a three-axis gyroscope and a three-axis magnetometer.
  • the active orthosis system comprises a microcontroller.
  • the part of the human body is an upper limb, the system comprising four active orthosis inertial sensors respectively arranged in the middle of the arm, in the middle of the forearm, on the back of the hand and at the level of the plexus, to determine the angles of the shoulder, the elbow and the wrist.
  • the active orthosis system may advantageously comprise software means able to transfer to the active orthosis system a set of parameters, as well as to collect and process information from the plurality of inertial sensors of statistically.
  • results of the processing of said information by said software means allow in particular the representation of these information graphically, to a user, as well as an interpretation of said information, comprising for example an indication of the number of times the angular extent of a joint is out of the range of comfort values.
  • This information and its interpretation can be presented so that it can be viewed by a user on a computer screen, for example.
  • the active orthosis system is a tool for gestural measurements
  • the developed software means form a communication interface between the user and the active orthosis system used.
  • the present invention also provides a method for determining a recommended value for at least two angles corresponding to at least two joints of a portion of the human body, such as an upper limb, depending on the determination, by an active orthosis system as briefly described above, said at least two angles, formed by segments of said portion of the human body, respectively around each of said at least two joints.
  • FIG. 1 corresponds to the schematic representation of an example of hardware configuration of the active orthosis system according to the invention
  • the active orthosis system according to the invention is more particularly described in the context of an implementation in the field of artificial insemination of cattle.
  • the active orthosis is thus described, subsequently, as being carried by an animal insemination technician.
  • the wearing of the active orthosis system according to the invention in the arm will serve to help said technician to adopt the correct posture and gestures to prevent the occurrence of joint disorders in the shoulder, elbow or wrist.
  • any implementation of the active orthosis system according to the invention in a different context is also covered by the present invention. Since repeated and / or blind gestures, or delicate postures, are necessary, the wearing of the active orthosis system according to the invention makes it possible to alert the operator during gestures or postures that solicit improper one of his joints.
  • an implementation of the active orthosis system according to the invention for use by supermarket cashiers is particularly envisaged and targeted by the present invention.
  • the operation of the active orthosis system according to the invention, and in particular the statistical interpretation of data resulting from its use also allow experience feedback and optimal training of the operator. In a theoretical way, in order to describe the angular movements of a rigid body in space, the attitude of this body can be estimated by the mixed formalism of the angles of Euler and quaternions.
  • the purpose of the latter is, ultimately, to determine the angular degree of the joints followed by the active orthosis system, in the application under consideration.
  • the attitude in space of a rigid body which must be determined in real time, in order to determine the angle formed followed by an articulation of the human body (typically the wrist, the elbow, or the shoulder), is achieved through the use of a plurality of accelerometer / gyrometer / magnetometer type inertial sensors, allowing motion capture along nine axes, in order to detect the vectors corresponding to the North and the Earth's gravity in relation to the locates sensors that perform these measurements.
  • the inertial sensors used are MPU-9150 sensors, offered by InvenSense.
  • the MPU-91 50 is a module for detecting orientation on neutral degrees of freedom. It consists of an MPU-6050 sensor, which includes a three-axis gyroscope and a three-axis accelerometer, and an AK 8975 sensor, which is a three-axis magnetometer.
  • the three-axis accelerometer measures the linear acceleration along the three axes of a direct orthogonal reference x, y and z. In concrete terms, the associated measure is given in g.
  • the three-axis gyroscope measures the angular velocity around said three axes x, y and z.
  • the measurement is performed in ° / s.
  • the three-axis magnetometer measures the magnetic field, always on three axes x, y and z.
  • the measurement is given in ⁇ .
  • the many registers available make it possible to configure the MPU-9150 to the needs of the application, whether in terms of accuracy of the gyroscope, the accelerometer, or the magnetometer.
  • the active orthosis system also comprises a microcontroller P, in particular able to perform the calculations necessary for the processing of data from these sensors.
  • the system implements a communication bus according to the protocol i2c.
  • the active orthosis system implements a multiplexer X capable of providing multiplexing, on the communication bus, data from the plurality of sensors.
  • a multiplexer X capable of providing multiplexing, on the communication bus, data from the plurality of sensors.
  • a multiplexer X capable of providing multiplexing, on the communication bus, data from the plurality of sensors.
  • Suitable multiplexing means X are therefore provided to allow the routing of data from these different sensors on the communication bus.
  • an expansion card may also be provided to reduce the size of the device
  • conductive traces with four channels can be used and inserted in a sleeve enveloping the arm (or any other part of the body comprising at least one hinge to be monitored), thereby forming an electrical wiring T for the implementation of the system.
  • These four conductors for example flexible silver, are preferably isolated in a polyester strip before being inserted.
  • a suitable housing and power supply are also provided, their choice being within the reach of those skilled in the art.
  • the orthosis system makes it possible not only to determine the value of said angles in degrees, but also the angular velocities and the frequency of the movements made by the joints corresponding to said angles.
  • the shoulder is articulated between the scapula (scapula) and the humerus. This joint is part of the scapular girdle.
  • FIG. 2A shows the different degrees of freedom of this limb and the three angles that can for example be used to model the movements of these joints.
  • the first shoulder angle E1 describes the rotation about the transverse axis XE 1, as extension and bending.
  • the second shoulder angle E2 describes the rotation around the sagittal axis XE2, allowing in particular to describe two movements: the adduction e ⁇ abduction.
  • the third shoulder angle E3 describes the rotation around the longitudinal axis XE3, via two angular movements: the internal rotation (medical rotation) and the external rotation (lateral rotation).
  • the elbow is
  • the elbow is articulated between the humerus on the one hand, and the ulna (the ulna) and the radius on the other hand.
  • the hand is articulated between the ulna (the ulna) and the radius on the one hand, and the carpal bones on the other hand.
  • a plurality of inertial sensors 1, 2, 3, 4 are distributed in a suitable manner for this part of the body. human.
  • Each sensor 1, 2, 3, 4 is thus disposed according to a preferred embodiment, on both sides of each hinge (shoulder, elbow, wrist), as shown in Figure 3.
  • the axes of the sensors 1, 2, 3, 4 are aligned with anatomical axes: sagittal axis X, anteroposterior axis Y and medial-lateral axis Z.
  • the unit vectors xj, yi, z> correspond to the unit vectors of the direct orthonormal coordinate system associated with the sensor 1, and expressed in the reference system of the laboratory.
  • the unit vectors X2, y2, ⁇ 2 correspond to the unit vectors of the direct orthonormal coordinate system associated with the sensor 2, and expressed in the lab benchmark
  • the unit vectors correspond to the unit vectors of the direct orthonormal coordinate system associated with the sensor 3, and expressed in the reference of the laboratory
  • the unit vectors correspond to the unit vectors of the direct orthonormal coordinate system associated with the sensor 4, and expressed in the reference system of the laboratory.
  • the orientation of the sensor 2 relative to the reference sensor that is to say, sensor 1 calculates the three shoulder angles.
  • the first shoulder angle E 1 is easily obtained:
  • the second shoulder angle E2 can thus be obtained indirectly, via two vector products:
  • the third shoulder angle E3 corresponds to the angle between two vectors where
  • the third shoulder angle E3 is then expressed as:
  • the same methodology can be used to calculate the angles of the elbow and wrist.
  • the orientation of the sensor 3 with respect to the sensor 2 will give the two angles of the elbow.
  • the first angle of elbow C l is obtained by:
  • the second elbow angle C2 is calculated via two vectors x 2 and is the new vector after a rotation associated with the first angle
  • the second angle of elbow C2 is equal to:
  • the angles of the wrist PI, P2 can be obtained directly by calculating the inner product:
  • any disturbances that interfere with measurements made with inertial sensors 1, 2, 3, 4 may, if necessary, be corrected by specific electronic and software means.
  • the operation of the active orthosis system according to the invention is furthermore intended to be optimized by means of the use of a suitable software, making it possible to perform the calculations in a real-time, on-board way, and to carry out the storage. said values in a memory space, if any.
  • standard C ++ libraries can be exploited to access data from inertial sensors and communicate on a data bus via the i2c communication protocol.
  • angles E1, E2, E3, C1, C2, PI, P2 of the upper limb joints (shoulder, elbow, wrist) have been calculated, these values can be sent in real time on a connected communication bus. to a network connected to a workstation.
  • the values corresponding to said angles may also be measurements of angles as such, in degrees, that the angular velocities from the evolution over time of the value of said angles, or measures frequency, otherwise repetitiveness, of a given gesture.
  • an avatar is displayed, representing all or part of a person corresponding to the operator using the active orthosis.
  • the values of the angles of the joints, as calculated, allow a real time update of the same angles on the avatar displayed on the screen.
  • This avatar can for example be made in OpenGL-ES.
  • a backup phase may preferably be provided.
  • the successive values of the angles E1, E2, E3, C1, C2, P1, P2 of the articulations of the upper limb may for example be stored in a text file.
  • the recording frequency of the data backup may typically be of the order of 25 Hz, allowing for further interpretation in the form of a video reconstruction.
  • the frequency of calculation of angles and performing update values for the Avatar is in the order of 100 Hz.
  • the ability to display in real time, via an avatar, the movements made by the technician is a great advantage, including providing a direct view of the actions performed.
  • the recording of data at a frequency of the order of 25 Hz allows a fluid movement during a video reconstitution of the technician's performance, for statistical analysis and interpretation purposes, for example.
  • visual and / or audible warning means are triggered when at least one of the angles of the joints exceed a certain angular degree, c that is to say out of a range of predetermined comfort values, said values being configurable.
  • the active orthosis system may also comprise means for generating vibrations directly on the body part, so as to alert the operator by these vibrations.
  • comfort zones in terms of gestures and postures are known and help preserve physiological health. If the degree of angulation of the joints induced movement exceeds the level of the comfort zone, the movement is considered to be detrimental to the joint. As soon as the angle of articulation exceeds the angle of the comfort zone, the warning system is triggered. The operator carrying the active orthosis is therefore prompted to correct posture, correct his actions, so as to bring all the angles in the comfort zone, that is to say in the range of predetermined values considered safe from the physiological point of view.
  • alerting means For a visual perception of the triggering of the alert, light-emitting diodes can be installed on the system active orthosis. In addition, indicator lights or specific messages may be displayed on the computer screen. For example, when the hand bends too much, the hand of the avatar may be displayed in red.
  • the emission of a sound signal or a specific voice message For example, according to a particular embodiment, the installation of piezoelectric buzzers is provided.
  • a tactile perception of the triggering of the alert can also be implemented, according to another embodiment, through means capable of generating vibrations, installed on the active orthosis in contact with the body.
  • the various warning means used are adapted to give the operator guidance to bring it, if necessary, to correct his posture so as to maintain each of the angles adopted by his joints in ranges predetermined comfort values.
  • the results of measurements and calculations of angles of the joints can be the subject of a statistical analysis to monitor the progress and performance of the operator. After an intervention, it is for example possible to replay, offline, on the computer screen displaying the avatar, a video representing the actions performed by the operator and the triggering of any alerts. Thus, the operator is able to perfect his practice.
  • the present invention provides the exploitation of the data from the angle measurements on at least two joints of an individual.
  • MSDs consisting solely in training users to individually maintain each of the joints requested for a task, in a so-called "comfort" angle, so that said task is the least traumatic possible for anatomical structures articular and peri-articular (mainly the tendon that holds the muscle by insertion on the bone), may be non-optimal.
  • this "univalent" approach to the cause of periarticular lesions does not take into account the muscular synergy that occurs on nearby joints when performing a movement. For example, if prevention merely maintains the elbow joint in the "comfort" angle zone when the forearm flexes on the arm, which primarily involves the biceps, it will not take into account the contraction of the muscle deltoid. This, although the shoulder joint may be in a "comfort” angle, will act on the periarticular elements of the rotator cuff, and, when this movement is repeated at the elbow, lesions may appear on the shoulder.
  • the prevention of periarticular affections aims, globally, all the joints of a limb, or at least the joint or the joints close to that which make a movement.
  • the present invention also relates to a method advantageously based on the use of an active orthosis system as described above and a calculator.
  • a posture is recommended to a technician, said recommended stance for a member of said technician, for example an upper limb, based on measurements of angles of at least two joints of said limb, said measurements being made by means of said system active orthosis.
  • said calculator determines, from measured values, thanks to the active orthosis, angles formed by at least two joints of a member of the user, typically the shoulder and the elbow, the optimal position of the patient. entire arm to limit the risk of injury while performing the gesture desired by the user.
  • the invention thus relates to a method for determining an optimum between the angles of at least two joints of a limb to minimize the risk of TMS, as a function of angles of said at least two joints measured by means of the orthosis. active previously described.
  • the active orthosis system according to the invention is particularly applicable in many technical fields, and can not be limited to the field of the gesture made by animal insemination technicians.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Nursing (AREA)
  • Reproductive Health (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
  • Rehabilitation Tools (AREA)

Abstract

La présente invention concerne un système d'orthèse active, comprenant une pluralité de capteurs inertiels destinés à être répartis sur un membre supérieur, un membre inférieur, ou toute autre partie du corps humain comprenant au moins une articulation, lesdits capteurs inertiels (1, 2, 3, 4) étant configurés pour permettre la détermination d'au moins un angle formée par des segments de ladite partie du corps humain, autour de ladite au moins une articulation. De façon remarquable, ledit système d'orthèse active comprend un dispositif d'alerte pour avertir l'utilisateur du système d'orthèse active que ledit au moins un angle présente une valeur située en dehors d'une fourchette de valeurs de confort prédéterminée.

Description

SYSTEME DORTHESE ACTIVE
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL ET ART ANTERIEUR La présente invention concerne, de façon générale, l'assistance aux professionnels dont le métier implique la tenue de postures, la réalisation de gestes répétitifs ou en aveugle, risquant de provoquer des traumatismes articulaires. Plus précisément, la présente invention a pour objet un système d 'orthèse active ayant pour but d 'aider ces professionnels à optimiser leurs postures de travail de manière à ce que les degrés angulaires de leurs articulations restent dans des « zones de confort » non traumatisantes pour lesdites articulations.
De nombreuses professions sollicitent fortement les articulations des professionnels, au point de pouvoir provoquer traumatismes et blessures induisant des interruptions de travail pour raison de santé et parfois des interventions chirurgicales réparatrices.
Un exemple particulier réside dans l'exercice du métier de technicien d'insémination artificielle de bovin.
L'une des particularités de ce métier est que les techniciens d'insémination artificielle réalisent l 'acte d 'insémination sans être en capacité de visualiser directement les gestes qu 'ils réalisent à l'intérieur des vaches pour les inséminer. Pour le technicien, le seul critère pour évaluer l'efficacité de son geste réside dans la réussite de l'acte d'insémination en lui-même. En effet, le technicien n'est aujourd' hui pas en capacité de tenir compte des gestes et des postures adoptées par son bras pour réussir cet acte.
Les conséquences sur la santé des techniciens d 'insémination sont fréquentes et relèvent d'une certaine gravité. En effet, un technicien d 'insémination sur deux en moyenne se fait opérer de la coiffe des rotateurs au bout de 20 ans à 25 ans de pratique professionnelle.
D'autres professions sont concernées par des problèmes similaires, en raison de la nécessité de réaliser des gestes répétitifs et/ou en aveugle, ou encore d'adopter des postures particulières. Un autre exemple de métier dans lequel les professionnel (le)s peuvent se trouver confrontées à des problèmes articulaires est celui d' hôtesse de caisse, en supermarché. Les gestes répétés pour faire passer un produit de part et d'autre de la caisse enregistreuse peut engendrer des douleurs et des traumatismes articulaires, au niveau des poignets, des coudes ou des épaules, ou encore des problèmes au niveau de la colonne vertébrale ou des vertèbres cervicales. Aucune solution technique satisfaisante n'existe, dans l'état de l'art, pour permettre la mesure en temps réel de l'état d'un geste ou d'une posture en vue d'alerter un technicien qui sollicite dangereusement une articulation, afin de lui permettre de corriger le geste ou la posture. II est seulement connu, aujourd'hui, de définir des « zones de confort », consistant à déterminer des fourchettes de valeurs de confort, à l'intérieur desquelles il est conseillé de maintenir les angles formés au niveau des articulations, afin de minimiser le risque de blessures et de traumatismes. A travers des séances de formation et d'entraînement, les techniciens peuvent être entraînés à adopter des gestes et des postures leur permettant d'apprendre à maintenir les angles formés au niveau de leurs articulations à l'intérieur desdites fourchettes de valeurs prédéterminées. De telles formations ne sont cependant pas suffisantes, notamment parce que, en temps réel, il existe généralement un décalage entre le geste que le technicien pense effectuer et celui qu'il effectue en réalité, ses gestes étant réalisés en aveugle.
De ce fait, il est fréquent que des techniciens appelés à réaliser des gestes répétés, en particulier avec des vitesses angulaires variables ou stables mais rapides, souffrent de Troubles Musculo-Squelettiques, connus sous l'acronyme de TMS. Les TMS sont des lésions acquises, suite à des traumatismes répétés, qui siègent essentiellement au niveau des articulations. Ces troubles sont également qualifiés d'affections péri- articulaires, et touchent par exemple les poignets, les coudes, les épaules, les genoux, les articulations intervertébrales, etc. Ce sont des maladies à caractère essentiellement professionnel.
Il est donc apparu un besoin pour un outil permettant d'éduquer les gestes et les mouvements des techniciens d'insémination artificielle de bovin, de manière à ce qu'ils puissent réaliser l'acte d'insémination tout en évitant des postures péjoratives pour leurs articulations. Or, en physiologie du travail, des zones de confort en matière de gestes et de postures ont bien été définies et permettent de préserver la santé ostéo-articulaires des techniciens, et ainsi prévenir les Troubles Musculo-Squelettiques du membre supérieur. Par exemple, il est recommandé de ne pas réaliser de façon répétée une extension du poignet supérieure à 30 degrés.
Dans ce contexte, une première approche pourrait consister à imaginer concevoir une sorte d 'orthèse ou d ' exosquelette articulé présentant des butées pour empêcher le technicien d 'adopter des gestes et des postures faisant sortir les angles formés au niveau de ses articulations des zones de confort prédéterminées. Cependant, cette solution « rigide » n 'est pas envisageable dans de nombreuses applications, car bien trop encombrante et gênante, notamment pour les techniciens d 'insémination artificielle. Ainsi, ce dispositif entrave l 'activité des opérateurs et ne leur permet plus de réaliser leur travail dans des conditions satisfaisantes.
Il existe donc bien un besoin pour un système d 'alerte, fonctionnant en temps réel, permettant d 'avertir un technicien qu 'il est en train de solliciter ses articulations de façon dangereuse, et lui donnant les moyens de corriger son geste ou sa posture.
Dans ce contexte, la présente invention découle de l 'idée de développer un outil permettant de reconstituer la possibilité d 'une visualisation, par le technicien, des gestes et des postures adoptés, par l 'intermédiaire d ' un système d 'orthèse active, portée par ledit technicien, et de son avatar numérique, correspondant à une représentation virtuelle, sur un écran, des gestes et postures adoptés par le technicien, en temps réel.
Le technicien d 'insémination artificielle, par exemple, porte donc l 'orthèse active et réalise l 'acte d 'insémination, tandis que l 'avatar numérique effectue en temps réel les mêmes gestes et adopte les mêmes postures que le technicien. Dès lors, à travers l ' utilisation du système d 'orthèse active selon l 'invention, le critère de réussite du geste d 'insémination ne coïncide plus uniquement avec la réussite de l 'insémination en tant que telle, mais réside dans la réussite de l 'insémination avec un geste réalisé dans la zone de confort articulaire indiquée par l 'orthèse active.
PRESENTATION GENERALE DE L'INVENTION
A cet effet, l 'invention a pour objet un système d 'orthèse active, comprenant une pluralité de capteurs inertiels destinés à être répartis sur un membre supérieur, un membre inférieur, ou toute autre partie du corps humain comprenant au moins une articulation. Le système d'orthèse active selon l'invention est en particulier remarquable en ce que lesdits capteurs inertiels sont configurés pour permettre la détermination d'au moins un angle formé par des segments de ladite partie du corps humain, autour de ladite au moins une articulation, et en ce que le système d'orthèse active comprend un dispositif d'alerte pour avertir l'utilisateur du système d'orthèse active que ledit au moins un angle présente une valeur située en dehors d'une fourchette de valeurs de confort prédéterminée.
Ce système d'orthèse active permet notamment à un opérateur la mettant en oeuvre de repérer les gestes et les postures à éviter. Par l'intermédiaire du dispositif d'alerte, l'opérateur sait s'il réalise des gestes et des postures qui ne sont pas préjudiciables pour ses articulations, ou si, au contraire, il réalise des gestes et des postures péjoratifs pour ses articulations. Selon un mode de réalisation préféré, le système d'orthèse active comprend des moyens logiciels pour représenter sur un écran d'ordinateur au moins ladite partie du corps humain, sous la forme d'un avatar, présentant, en temps réel, ledit au moins un angle de ladite au moins une articulation, tel que déterminé. Avantageusement, le système d'orthèse active peut comprendre des moyens pour présenter à l'utilisateur des indications visuelles et/ou sonores adaptées pour l'amener à corriger sa posture de façon à maintenir ledit au moins un angle dans la fourchette de valeurs de confort prédéterminée. Selon un mode de réalisation, le système d'orthèse active comprend des moyens pour générer des vibrations ressenties par l'utilisateur lorsque ledit au moins un angle sort de la fourchette de valeurs de confort prédéterminée.
Avantageusement, le système d'orthèse active peut comprendre des moyens de communication sans fil, par exemple conforme au standard Bluetooth, de façon à communiquer des données issues de la pluralité de capteurs à un calculateur ou de façon à communiquer des informations à l'utilisateur.
Avantageusement, la pluralité de capteurs inertiels comprend au moins un capteur d'au moins l'un des types suivants : accéléromètre ; gyroscope ; magnétomètre. De manière préférée, chaque capteur inertiel de la pluralité de capteurs inertiels consiste en un module de détection neuf axes comportant à la fois un accéléromètre trois axes, un gyroscope trois axes et un magnétomètre trois axes. Avantageusement, le système d'orthèse active comprend un microcontrôleur.
Selon une application particulière du système d'orthèse selon l 'invention, la partie du corps humain est un membre supérieur, le système d 'orthèse active comprenant quatre capteurs inertiels disposés respectivement au milieu du bras, au milieu de l'avant-bras, au dos de la main et au niveau du plexus, permettant de déterminer les angles de l'épaule, du coude et du poignet.
Par ailleurs, le système d'orthèse active selon l'invention peut avantageusement comprendre des moyens logiciels aptes à transférer au système d 'orthèse active un ensemble de paramètres, ainsi qu 'à collecter et traiter des informations issues de la pluralité de capteurs inertiels de manière statistique.
Les résultats du traitement desdites informations par lesdits moyens logiciels permettent notamment la représentation de ces informations sous forme graphique, à destination d'un utilisateur, ainsi qu 'une interprétation desdites informations, comprenant par exemple une indication du nombre de fois où le degré angulaire d'une articulation est sorti de la fourchette de valeurs de confort. Ces informations et leur interprétation peuvent être présentées de façon à pouvoir être visualisées par un utilisateur sur un écran d 'ordinateur, par exemple. Dans ce cas de figure, le système d'orthèse active constitue un outil de mesures gestuelles, et les moyens logiciels développés forment une interface de communication entre l 'utilisateur et le système d 'orthèse active mis en oeuvre.
De plus, la présente invention vise aussi un procédé de détermination d 'une valeur recommandée pour au moins deux angles correspondant à au moins deux articulations d 'une partie du corps humain, tel qu 'un membre supérieur, en fonction de la détermination, par un système d 'orthèse active tel que brièvement décrit précédemment, desdits au moins deux angles, formés par des segments de ladite partie du corps humain, respectivement autour de chacune desdites au moins deux articulations. PRESENTATION DE$ FIQURES
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et se référant aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 correspond à la représentation schématique d'un exemple de configuration matérielle du système d'orthèse active selon l'invention ;
- la figure 2 A montre la définition des angles de l'épaule ;
- la figure 2B montre la définition des angles du coude ;
- la figure 2C montre la définition des angles du poignet ;
- la figure 3 la disposition de la pluralité de capteurs inertiels autour d'un membre supérieur.
Il faut noter que la description qui suit expose l'invention de manière détaillée, les figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l'invention le cas échéant.
DESCRIPTION D'UN OU PLUSIEURS MODES DE REALISATION ET DE MISE EN OEUVRE
Dans ce qui suit, le système d'orthèse active selon l'invention est plus particulièrement décrit dans le contexte d'une mise en oeuvre dans le domaine de l'insémination artificielle de bovins. L'orthèse active est ainsi décrite, par la suite, comme étant portée par un technicien d'insémination animalière. Le port du système d'orthèse active selon l'invention au niveau du bras aura pour fonction d'aider ledit technicien à adopter la posture et les gestes adéquates afin d'éviter la survenance de troubles articulaires au niveau de l'épaule, du coude ou du poignet.
Cependant, toute mise en oeuvre du système d'orthèse active selon l'invention dans un contexte différent est également couverte par la présente invention. Dès lors que des gestes répétés et/ou réalisés en aveugle, ou des postures délicates, sont nécessaires, le port du système d'orthèse active selon l'invention permet d'alerter l'opérateur lors des gestes ou des postures qui sollicitent de façon impropre l'une de ses articulations. Par exemple, une mise en oeuvre du système d'orthèse active selon l'invention pour une utilisation par des hôtesses de caisse en supermarché est notamment envisagée et visée par la présente invention. En outre, l 'exploitation du système d 'orthèse active selon l 'invention, et notamment l'interprétation statistique de données issues de son utilisation, permettent par ailleurs un retour d'expérience et une formation optimale de l 'opérateur. De façon théorique, afin de décrire les mouvements angulaires d 'un corps rigide dans l'espace, l 'attitude de ce corps peut être estimée par le formalisme mixte des angles d' Euler et des quaternions.
Une des difficultés réside dans l 'estimation de l 'état d'un système dynamique, typiquement l 'orientation dans l'espace d'un corps en mouvement, à partir d'une série de mesures potentiellement incomplètes ou bruitées, et d 'origines et de natures très différentes.
Dans le cadre de la présente invention, il a donc été mis au point une méthode de détection avec un algorithme de filtrage récursif, fondé sur un principe de fusion de données, pour la détermination de l'attitude dans l 'espace d 'un corps rigide en temps réel. Cette méthode de détermination de l'attitude dans l 'espace d 'un corps rigide en temps réel est détaillée plus loin.
Cette dernière a pour objectif, in fine, la détermination du degré angulaire des articulations suivies par le système d 'orthèse active, dans l'application considérée. L'attitude dans l'espace d'un corps rigide, qui doit être déterminée en temps réel, en vue de déterminer l 'angle formé suivi par une articulation du corps humain (typiquement le poignet, le coude, ou l 'épaule), est atteinte à travers l 'utilisation d'une pluralité de capteurs inertiels, de type accéléromètre / gyromètre / magnétomètre, permettant une capture de mouvement selon neuf axes, afin de détecter les vecteurs correspondant au Nord et à la gravité de la Terre par rapport au repère des capteurs réalisant ces mesures.
Exemple de configuration matérielle
En référence à la figure 1 , un exemple d 'architecture matérielle du système d'orthèse active selon l 'invention est présenté.
Capteurs Dans un exemple de mode de réalisation du système d'orthèse active selon l 'invention, les capteurs inertiels utilisés sont des capteurs MPU-9150, proposés par la société InvenSense. Le MPU-91 50 est un module permettant de détecter l'orientation sur neut degrés de liberté. Il est composé d'un capteur MPU-6050, qui comprend un gyroscope trois axes et un accéléromètre trois axes, et d 'un capteur AK 8975, qui est un magnétomètre trois axes. L'accéléromètre trois axes mesure l'accélération linéaire suivant les trois axes d'un repère orthogonal direct x, y et z. Concrètement, la mesure associée est donnée en g. Le gyromètre trois axes mesure la vitesse angulaire autour desdits trois axes x, y et z. La mesure est effectuée en °/s. Le magnétomètre trois axes mesure le champ magnétique, toujours sur trois axes x, y et z. La mesure est donnée en μΤ. Les nombreux registres accessibles permettent de configurer le MPU-9150 aux besoins de l 'application, que ce soit en termes de précision du gyroscope, de l'accéléromètre, ou du magnétomètre.
Il peut bien entendu être envisagé d 'utiliser toute autre référence de capteurs permettant de déterminer leur attitude dans l'espace en temps réel, de préférence selon neuf axes.
Microcontrôleur
Sur le plan matériel, selon un mode de réalisation préféré, le système d'orthèse active selon l 'invention comprend par ailleurs un microcontrôleur P, notamment apte à réaliser les calculs nécessaires au traitement des données issues de ces capteurs.
Par ailleurs, il peut être noté que, selon un mode de réalisation préféré, le système met en oeuvre un bus de communication conformément au protocole i2c.
En outre, le système d'orthèse active selon l'invention met en oeuvre un multiplexeur X apte à assurer le multiplexage, sur le bus de communication, des données issues de la pluralité de capteurs. Typiquement, il est envisagé, dans le cadre d'une orthèse active adaptée pour être portée sur le bras d'un technicien d'insémination animalière, de disposer quatre capteurs inertiels répartis sur le bras, pour capturer en temps réel les angles de l'ensemble des articulations du membre supérieur du corps. Des moyens de multiplexage adaptés X sont par conséquent prévus pour permettre l 'acheminement des données issues de ces différents capteurs sur le bus de communication. De préférence, une carte d 'extension peut également être prévue afin de réduire l 'encombrement du dispositif Enfin, selon un mode de réalisation, des rubans conducteurs avec quatre canaux peuvent être mis en oeuvre et insérés dans un manchon enrobant le bras (ou toute autre partie du corps comprenant au moins une articulation à surveiller) , formant ainsi un câblage électrique T permettant la mise en oeuvre du système. Ces quatre conducteurs, par exemple en argent souples, sont de préférence isolés dans une bande de polyester avant d 'être insérés.
Un boîtier et une alimentation adaptés sont également prévus, leur choix étant à la portée de l ' homme du métier. Mise_ en oeuvre du système d'orthese active pour un membre supérieur du corps humain (bras)
Les anales
Dans cette partie, sont décrits les formalismes de calcul pour les angles des articulations du membre supérieur par une approche anatomique, en utilisant les différents vecteurs unitaires mobiles pour chaque capteur inertiel, lesdits vecteurs unitaires mobiles étant exprimés dans le référentiel du laboratoire.
Il faut noter qu 'à travers la mesures d 'angles, le système d 'orthèse permet non seulement de déterminer la valeur desdits angles en degrés, mais aussi les vitesses angulaires et la fréquence des mouvements réalisés par les articulations correspondant auxdits angles.
L'épaule :
L'épaule s'articule entre la scapula (l'omoplate) et l'humérus. Cette articulation fait partie de la ceinture scapulaire.
La figure 2A montre les différents degrés de liberté de ce membre et les trois angles qui peuvent par exemple être utilisés pour modéliser les mouvements de ces articulations. Le premier angle d 'épaule E1 décrit la rotation autour de l 'axe transverse XE 1 , en tant qu 'extension et flexion. Le deuxième angle d 'épaule E2 décrit la rotation autour de l 'axe sagittal XE2, permettant en particulier de décrire deux mouvements : l 'adduction e† l 'abduction. Enfin, le troisième angle d 'épaule E3 décrit la rotation autour de l'axe longitudinal XE3, via deux mouvements angulaires : la rotation interne (rotation médicale) et la rotation externe (rotation latérale). Le coude :
Le coude s'articule entre l'humérus d'une part, et l'ulna (le cubitus) et le radius d'autre part.
En référence à la figure 2B, il existe, au niveau du coude, deux degrés de liberté autour de l'axe transverse XC1 en tant que flexion et extension, traduits par l'intermédiaire du premier angle de coude C l . Le deuxième angle de coude C2 permet de représenter la pronation et la supination, autour de l'axe de rotation XC2, comme représenté sur la figure 2B.
Le poignet :
La main s'articule entre l'ulna (le cubitus) et le radius d'une part, et les os carpiens d'autre part.
Au niveau du poignet, la flexion et l'extension sont décrites à l 'aide du premier angle de poignet P I , autour de l'axe transverse XP 1 , et l 'abduction et l'adduction sont décrites par l 'intermédiaire du deuxième angle de poignet P2, autour de l'axe sagittal XP2, comme cela est représenté à la figure 2C.
Pour calculer les sept angles El , E2, E3, C l , C2, P I , P2 du membre supérieur dans le référentiel du laboratoire, une pluralité de capteurs inertiels 1 , 2, 3 ,4 est répartie de façon adaptée pour cette partie du corps humain.
Chaque capteur 1 , 2, 3 ,4 est ainsi disposé, selon un mode de réalisation préféré, de part et d'autre de chaque articulation (épaule, coude, poignet), comme représenté à la figure 3.
Au repos, les axes des capteurs 1 , 2, 3 ,4 sont alignés avec des axes anatomiques : axe sagittal X, axe antéropostérieur Y et axe médio-latéral Z.
Par ailleurs, toujours en référence à la figure 3, les vecteurs unitaires xj, yi , z > correspondent aux vecteurs unitaires du repère orthonormé direct associé au capteur 1 , et exprimés dans le repère du laboratoire. De façon similaire, les vecteurs unitaires X2, y 2, ∑2 correspondent aux vecteurs unitaires du repère orthonormé direct associé au capteur 2, et exprimés dans le repère du laboratoire, les vecteurs unitaires correspondent aux vecteurs unitaires du repère orthonormé direct associé au capteur 3, et exprimés dans le repère du laboratoire, et les vecteurs unitaires correspondent aux vecteurs unitaires du repère orthonormé direct associé au capteur 4, et exprimés dans le repère du laboratoire.
Ainsi, l 'orientation du capteur 2 par rapport au capteur de référence, c 'est-à-dire capteur 1 , permet de calculer les trois angles d 'épaule. En référence à la figure 3, le premier angle d'épaule E l est aisément obtenu :
étant exprimés dans le référentiel du laboratoire, la valeur positive donne le
mouvement de flexion et la valeur négative décrit le mouvement d'extension.
Le deuxième angle d 'épaule E2 peut ainsi être obtenu indirectement, via deux produits vectoriels :
Pour séparer les mouvements d 'abduction et d'adduction, une convention de signe est définie :
Le troisième angle d'épaule E3 correspond à l'angle entre deux vecteurs où
est le nouveau vecteur ¾ après les rotations consécutives associées au premier
angle d'épaule ^2 autour de l 'axe Λ et au premier angle d 'épaule autour de l'axe xi . Ce terme est calculé par application de la formule de rotation de Rodrigues, qui dispose que, pour un vecteur quelconque un vecteur peut être noté comme étant
l'image du vecteur par la rotation soit :
D'où il ressort que, pour le deuxième angle d 'épaule E2 :
Le troisième angle d'épaule E3 s'exprime alors comme :
La convention de signe pour distinguer la rotation interne (positive) et externe (négative) est ici posée de la façon suivante :
La même méthodologie peut être employée pour calculer les angles du coude et du poignet. L'orientation du capteur 3 par rapport au capteur 2, va donner les deux angles du coude. Le premier angle de coude C l est obtenu par :
Le deuxième angle de coude C2 est calculé par l 'intermédiaire de deux vecteurs x2 et est le nouveau vecteur après une rotation associée au premier angle
de coude C l autour de l 'axe Par application, comme précédemment, de la
formule de rotation de Rodrigues :
Le deuxième angle de coude C2 est égal à :
A l'aide de l'orientation relative du capteur 3 par rapport au capteur 4, les angles du poignet P I , P2 peuvent être obtenus directement par le calcul des produits scalaires :
Et
En outre, les éventuelles perturbations parasitant les mesures effectuées à l 'aide des capteurs inertiels 1 , 2, 3, 4 peuvent, le cas échéant, faire l 'objet de traitements correctifs par des moyens électroniques et logiciels spécifiques. Par l'intermédiaire des équations précédentes, il est par conséquent rendu possible d'accéder aux valeurs, en temps réel, des angles E1 , E2, E3, C l , C2, P I , P2 des articulations du membre supérieur, en utilisant des mesures d 'un système distribué de capteurs inertieis 1 , 2, 3, 4.
L'exploitation du système d'orthèse active selon l'invention est en outre prévue pour être optimisée au moyen de l'utilisation d 'un logiciel adapté, permettant de réaliser les calculs de façon embarquée, en temps réel, et de réaliser le stockage desdites valeurs dans un espace mémoire, le cas échéant.
En particulier, des bibliothèques C++ standards peuvent être exploitées pour accéder aux données issues des capteurs inertieis et communiquer sur un bus de donnée via le protocole de communication i2c.
Ainsi, une fois effectué le calcul des angles El , E2, E3, C l , C2, P I , P2 des articulations du membre supérieur (épaule, coude, poignet), ces valeurs peuvent être envoyées en temps réel sur un bus de communication connecté à un réseau relié à une station de travail.
Pour rappel, les valeurs correspondant auxdits angles peuvent aussi bien être des mesures d 'angles en tant que tels, en degrés, que des vitesses angulaires, à partir de l'évolution dans le temps de la valeur desdits angles, ou encore des mesures de fréquence, autrement de répétitivité, d'un geste donné.
Sur l'écran de cette station de travail, selon un mode de réalisation préféré, un avatar est affiché, représentant tout ou partie d'une personne correspondant à l'opérateur utilisant l'orthèse active. Les valeurs des angles des articulations, telles que calculées, permettent une mise à jour en temps réel des mêmes angles sur l'avatar affiché à l'écran.
Cet avatar peut par exemple être réalisé en OpenGL-ES. Une phase de sauvegarde peut de préférence être prévue. Les valeurs successives des angles El , E2, E3, C l , C2, P I , P2 des articulations du membre supérieur peuvent par exemple être stockées dans un fichier texte. La fréquence d'enregistrement de la sauvegarde des données peut typiquement être de l'ordre de 25 Hz, permettant une interprétation ultérieure sous la forme d 'une reconstitution vidéo. Selon un mode de réalisation, la fréquence de calcul des angles et d'interprétation des valeurs pour mise à jour de l'Avatar est de l'ordre de 100 Hz.
La possibilité d'afficher en temps réel, via un avatar, les mouvements effectués par le technicien constitue un grand avantage, permettant notamment de fournir une vision directe des gestes accomplis.
De plus, l'enregistrement des données à une fréquence de l'ordre 25 Hz permet un mouvement fluide lors d'une reconstitution vidéo de la prestation du technicien, à des fins d'analyse et d'interprétation statistique par exemple.
Exploitation des données Moyens d'alerte
D'après un mode de réalisation préféré du système d'orthèse active selon l'invention, des moyens d'alerte visuels et/ou sonores se déclenchent dès lors que l'un au moins des angles des articulations dépassent un certain degré angulaire, c'est-à-dire sort d'une fourchette de valeurs de confort prédéterminée, lesdites valeurs pouvant être paramétrables.
Selon un autre mode de réalisation, le système d'orthèse active peut également comprendre des moyens pour générer des vibrations directement sur la partie de corps, de manière à alerter l'opérateur par ces vibrations.
En effet, en physiologie du travail, des zones de confort en matière de gestes et de postures sont connues et permettent de préserver la santé physiologique. Si le degré de l'angulation des articulations induit par un mouvement dépasse le degré de la zone de confort, ce mouvement est considéré comme préjudiciable pour l'articulation. Dès que l'angle de l'articulation dépasse l'angle de la zone de confort, le système d'alerte se déclenche. L'opérateur portant l'orthèse active est par conséquent incité à corriger sa posture, à rectifier son geste, de façon à ramener tous les angles dans la zone de confort, c'est-à-dire dans la fourchette de valeurs prédéterminées considérée comme sûre du point de vue physiologique.
Différents moyens à la portée de l'homme du métier peuvent être mis en oeuvre pour réaliser lesdits moyens d'alerte. Pour une perception visuelle du déclenchement de l'alerte, des diodes électroluminescentes peuvent être installées sur le système d 'orthèse active. Par ailleurs, des voyants lumineux ou des messages spécifiques peuvent s'afficher sur l'écran d'ordinateur. Par exemple, lorsque la main effectue une flexion trop importante, la main de l'avatar peut s'afficher en rouge.
Pour une perception auditive, il peut être prévu l'émission d'un signal sonore ou d'un message vocal spécifique. Par exemple, selon un mode de réalisation particulier, il est prévu l'installation de buzzers piézoélectriques.
Une perception tactile du déclenchement de l'alerte peut également être mise en oeuvre, selon un autre mode de réalisation, par l'intermédiaire de moyens aptes à générer des vibrations, installés sur l'orthèse active au contact du corps.
De façon préférée, les différents moyens d'alerte mis en oeuvre sont adaptés pour donner à l'opérateur des indications pour l'amener, le cas échéant, à corriger sa posture de façon à maintenir chacun des angles adoptés par ses articulations dans des fourchettes de valeurs de confort prédéterminées.
Selon l'invention, les résultats des mesures et des calculs d'angles des articulations peuvent faire l'objet d'une analyse statistique permettant de suivre la progression et la performance de l'opérateur. Après une intervention, il est par exemple possible de rejouer, en différé, sur l'écran d'ordinateur affichant l'avatar, une vidéo représentant les gestes effectués par l'opérateur et le déclenchement d'alertes éventuelles. Ainsi, l'opérateur est en mesure de perfectionner sa pratique.
En outre, selon un mode de réalisation avancé, afin de prévenir l'apparition de TMS, la présente invention prévoit l'exploitation des données issues des mesures d'angle sur au moins deux articulations d'un membre.
En effet, la prévention des TMS consistant uniquement à former les utilisateurs à maintenir individuellement chacune des articulations sollicitées pour une tâche, dans un angle dit « de confort », de façon à ce que ladite tâche soit la moins traumatisante possible pour les structures anatomiques articulaires et péri-articulaires (essentiellement le tendon qui maintient le muscle par insertion sur l'os), peut s'avérer non optimale.
En effet, cette approche « univalente » de la cause de l'apparition de lésions péri- articulaires ne tient pas compte de la synergie musculaire se produisant sur les articulations proches lors de l'exécution d'un mouvement. Par exemple, si la prévention se contente de maintenir l'articulation du coude dans la zone d'angle « de confort » lors du fléchissement de l'avant-bras sur le bras, qui met en jeu principalement le biceps, elle ne tiendra pas compte de la contraction du muscle deltoïde. Celui-ci, bien que l'articulation de l'épaule puisse être dans un angle « de confort », agira sur les éléments péri-articulaires de la coiffe des rotateurs, et, lorsque ce mouvement est répété au niveau du coude, des lésions pourront apparaître au niveau de l'épaule.
De ce fait, il est préféré, selon l'invention, que la prévention des affections péri- articulaires vise, de façon globale, l'ensemble des articulations d'un membre, ou du moins l'articulation ou les articulations proches de celle qui réalise un mouvement.
A cette fin, la présente invention vise aussi un procédé avantageusement fondé sur l'utilisation d'un système d'orthèse active tel que précédemment décrit et d'un calculateur. Selon ledit procédé, une posture est recommandée à un technicien, ladite posture recommandée visant un membre dudit technicien, par exemple un membre supérieur, en fonction de mesures d'angles d'au moins deux articulations dudit membre, lesdites mesures étant réalisées au moyen dudit système d'orthèse active. Par exemple, ledit calculateur détermine, à partir de valeurs mesurées, grâce à l'orthèse active, des angles formés par au moins deux articulations d'un membre de l'utilisateur, typiquement l'épaule et le coude, la position optimale de l'ensemble du bras pour limiter le risque de blessure tout en accomplissant le geste voulu par l'utilisateur.
L'invention concerne ainsi un procédé de détermination d'un optimum entre les angles d'au moins deux articulations d'un membre pour minimiser le risque de TMS, en fonction d'angles desdites au moins deux articulations mesurés au moyen de l'orthèse active précédemment décrite.
Il est à noter que le système d'orthèse active selon l'invention ne se limite pas aux modes de réalisations décrits et peut faire l'objet de variantes à la portée de l'homme du métier.
Comme déjà évoqué, le système d'orthèse active selon l'invention est notamment susceptible d'application dans de nombreux domaines techniques, et ne saurait être limité au domaine du geste réalisé par les techniciens d'insémination animalière.

Claims

REVENDIÇATIQNS 1 . Système d'orthèse active, comprenant une pluralité de capteurs inertiels destinés à être répartis sur un membre supérieur, un membre inférieur, ou toute autre partie du corps humain comprenant au moins une articulation, caractérisé en ce que lesdits capteurs inertiels (1 , 2, 3, 4) sont configurés pour permettre la détermination d 'au moins un angle (El , E2, E3) formé par des segments de ladite partie du corps humain, autour de ladite au moins une articulation, et en ce que le système d'orthèse active comprend un dispositif d 'alerte pour avertir l 'utilisateur du système d'orthèse active que ledit au moins un angle (E1 , E2, E3) présente une valeur située en dehors d 'une fourchette de valeurs de confort prédéterminée.
2. Système d 'orthèse active selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu 'il comprend des moyens logiciels pour représenter sur un écran d'ordinateur au moins ladite partie du corps humain, sous la forme d 'un avatar, présentant, en temps réel, ledit au moins un angle (E1 , E2, E3) de ladite au moins une articulation, tel que déterminé.
3. Système d'orthèse active selon l 'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu 'il comprend des moyens pour présenter à l 'utilisateur des indications visuelles et/ou sonores adaptées pour l'amener à corriger sa posture de façon à maintenir ledit au moins un angle (E1 , E2, E3J dans la fourchette de valeurs de confort prédéterminée.
4. Système d 'orthèse active selon la revendication 3, caractérisé en ce qu 'il comprend des moyens pour générer des vibrations ressenties par l 'utilisateur lorsque ledit au moins un angle (E1 , E2, E3) passe en dehors de la fourchette de valeurs de confort prédéterminée.
5. Système d'orthèse active selon l 'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu 'il comprend des moyens de communication sans fil, par exemple conforme au standard Bluetooth, de façon à communiquer des données issues de la pluralité de capteurs (1 , 2, 3, 4) à un calculateur ou de façon à communiquer des informations à l 'utilisateur.
6. Système d'orthèse active selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pluralité de capteurs inertiels (1 , 2, 3, 4) comprend au moins un capteur d'au moins l'un des types suivants : accéléromètre ; gyroscope ; magnétomètre.
7. Système d'orthèse active selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque capteur inertiel (1 , 2, 3, 4) de la pluralité de capteurs inertiels (1 , 2, 3, 4) consiste en un module de détection neuf axes comportant à la fois un accéléromètre trois axes, un gyroscope trois axes et un magnétomètre trois axes.
8. Système d'orthèse active selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un microcontrôleur.
9. Système d'orthèse active selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie du corps humain est un membre supérieur, le système d'orthèse active comprenant quatre capteurs inertiels (1 , 2, 3, 4) disposés respectivement au milieu du bras, au milieu de l 'avant-bras, au dos de la main et au niveau du plexus, permettant de déterminer les angles de l'épaule (El , E2, E3), du coude (Cl , C2) et du poignet (PI , P2j.
10. Système d'orthèse active selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens logiciels aptes à transférer au système d'orthèse active un ensemble de paramètres, ainsi qu'à collecter et traiter des informations issues de la pluralité de capteurs inertiels (1 , 2, 3, 4) de manière statistique.
11. Procédé de détermination d'une valeur recommandée pour au moins deux angles (El , E2, E3, C l , C2, PI , P2) correspondant à au moins deux articulations d'une partie du corps humain, tel qu'un membre supérieur, en fonction de la détermination, par un système d'orthèse active selon l'une des revendications précédentes, desdits au moins deux angles (El , E2, E3, C l , C2, P I , P2), formés par des segments de ladite partie du corps humain, respectivement autour de chacune desdites au moins deux articulations.
EP16784138.6A 2015-09-25 2016-09-26 Systeme d'orthese active Withdrawn EP3352649A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1559053A FR3041522B1 (fr) 2015-09-25 2015-09-25 Systeme d’orthese active
PCT/EP2016/072814 WO2017051027A1 (fr) 2015-09-25 2016-09-26 Systeme d'orthese active

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3352649A1 true EP3352649A1 (fr) 2018-08-01

Family

ID=54366452

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP16784138.6A Withdrawn EP3352649A1 (fr) 2015-09-25 2016-09-26 Systeme d'orthese active

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20180296128A1 (fr)
EP (1) EP3352649A1 (fr)
CN (1) CN108471941A (fr)
FR (1) FR3041522B1 (fr)
WO (1) WO2017051027A1 (fr)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3914149A4 (fr) * 2019-01-22 2022-10-19 Cassit Orthopedics Ltd. Orthèse universelle et adaptable pourvue de capteurs adaptables personnellement
CN110270072B (zh) * 2019-07-23 2021-02-12 陕西理工大学 一种健美操形体矫正训练装置
US20210022668A1 (en) * 2019-07-24 2021-01-28 Kessler Foundation Inc. Feedback systems and methods for gait training for pediatric subjects afflicted with gait disorders
CN114670176A (zh) * 2022-04-24 2022-06-28 河北工业大学 仿生多自由度可调节式外骨骼机器人髋关节机械结构

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008143841A1 (fr) * 2007-05-14 2008-11-27 The Ohio State University Dispositif d'évaluation
US8909330B2 (en) * 2009-05-20 2014-12-09 Sotera Wireless, Inc. Body-worn device and associated system for alarms/alerts based on vital signs and motion
US8672854B2 (en) * 2009-05-20 2014-03-18 Sotera Wireless, Inc. System for calibrating a PTT-based blood pressure measurement using arm height
US8942662B2 (en) * 2012-02-16 2015-01-27 The United States of America, as represented by the Secretary, Department of Health and Human Services, Center for Disease Control and Prevention System and method to predict and avoid musculoskeletal injuries

Also Published As

Publication number Publication date
US20180296128A1 (en) 2018-10-18
FR3041522B1 (fr) 2021-09-24
CN108471941A (zh) 2018-08-31
FR3041522A1 (fr) 2017-03-31
WO2017051027A1 (fr) 2017-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11596316B2 (en) Hearing and monitoring system
US20240108286A1 (en) Wearable Appliance
Cognolato et al. Head-mounted eye gaze tracking devices: An overview of modern devices and recent advances
US20200197744A1 (en) Method and system for motion measurement and rehabilitation
Hernandez et al. Biophone: Physiology monitoring from peripheral smartphone motions
US7502498B2 (en) Patient monitoring apparatus
US7558622B2 (en) Mesh network stroke monitoring appliance
US10881319B2 (en) Apparatus for diagnosing and treating dizziness
JP6181373B2 (ja) 医用情報処理装置及びプログラム
EP3352649A1 (fr) Systeme d'orthese active
US20150045700A1 (en) Patient activity monitoring systems and associated methods
US20240115202A1 (en) Smart watch
JP2016525389A5 (fr)
WO2016079452A1 (fr) Procédé et système pour la mesure, le suivi, le contrôle et la correction d'un mouvement ou d'une posture d'un utilisateur
WO2019036051A1 (fr) Rétroaction biologique pour une thérapie dans une réalité virtuelle et augmentée
Huang et al. Motor impairment evaluation for upper limb in stroke patients on the basis of a microsensor
EP3402405A1 (fr) Système et procédé de diagnostic et de notification concernant l'apparition d'un accident vasculaire cérébral
Wai et al. Development of holistic physical therapy management system using multimodal sensor network
Valdivia et al. Development and evaluation of two posture-tracking user interfaces for occupational health care
CN113164067B (zh) 用于可视化患者压力的系统
JP2017012249A (ja) 食事時間推定方法、食事時間推定プログラム及び食事時間推定装置
Urukalo et al. The Teach'Wear-Healthcare Wearable Device
Pawar et al. Mime 3D: A Patient Monitoring System
Jalil Real-Time Gait Analysis Algorithm for Patient Activity Detection to Understand and Respond to the Movements
WO2024163941A1 (fr) Systèmes et méthodes d'évaluation numérique de patients à l'aide de capteurs

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20180326

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20190424

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN WITHDRAWN

18W Application withdrawn

Effective date: 20220509