La présente invention concerne un dispositif de mesure et de correction deThe present invention relates to a device for measuring and correcting
la verticale posturale d'un être humain et notamment des phénomènes de latéropulsion, ainsi que le procédé attaché audit dispositif. the postural vertical of a human being and in particular lateropulsion phenomena, as well as the method attached to said device.
Le terme latéropulsion signifie une inclinaison latérale du tronc dans le plan frontal (ou gîte latérale). Les termes de verticale posturale active ou comportementale cnt été proposés dans la littérature. Parmi les systèmes de mesures bio-métriques, on connaît déjà deux grands types de dispositifs, l'un fait appel à une mesure mécanique de l'orientation de la partie du corps humain à étudier, et l'autre utilise le traitement d'images photographiques ou vidéos. Toutefois ces deux types de procédés présentent des problèmes liés soit à la complexité de leur mise en oeuvre, soit à la difficulté de leur utilisation. Ainsi, un premier dispositif, comme celui décrit dans le brevet US 5.080.109, consiste à marquer, avec un moyen optique, les points caractéristiques sur une image de la partie du corps humain à étudier, extraite d'une séquence vidéo d'une caméra. Les coordonnées spatiales desdits points sont calculés puis comparés à une base de données postérieurement uniquement en vue d'établir un diagnostic. Ce système nécessite l'intervention d'un praticien pour la saisie et le traitement des données. Enfin, on connaît plusieurs autres dispositifs, comme ceux décrits par exemple dans les brevets US 6.514.219 et JP 2005.103.197, qui analysent grâce à des marqueurs réfléchissants placés sur le patient, les données visuelles transmises soit de plusieurs caméras placées autour du patient, soit d'une caméra effectuant un balayage frontal, latéral et arrière du patient. Le dispositif exploite ces données biomécaniques en 3D pour détecter des déviations posturales du patient. Ces dispositifs, outre leur mise en UBCHU1 TEXTE DEPOSE RG/AF - 2 -œuvre complexe et donc leur coût, nécessitent la compétence d'un opérateur. De plus, ces dispositifs sont davantage utilisés pour l'analyse en :3D du mouvement d'un patient, et ils ne sont pas bien adaptés aux patients à mobilité réduite. La présente invention a pour but de remédier à ces divers inconvénients en proposant un dispositif et un procédé pour évaluer objectivement et quantitativement l'orientation du tronc et donc la verticale posturale ou latéropulsion d'un être humain, de conception particulièrement simple, pouvant être mis en oeuvre très facilement et à frais réduits (car il se compose d'équipements du commerce), dans un environnement pas nécessairement technique, par exemple un cabinet médical ou une chambre, et permettant au patient et/ou au praticien de voir instantanément le résultat de la mesure. A cet égard, la présente invention a pour objet un dispositif de mesure et de correction de la latéropulsion humaine comportant deux marqueurs à placer sur le dos du patient le long de sa colonne vertébrale, une assise sans dossier, tel qu'un tabouret ou similaire, comprise entre une caméra vidéo numérique et un écran de visualisation, de telle sorte que le patient puisse être assis libre de ses mouvements en regardant l'écran et en ayant la caméra c.errière lui orientée en direction de son dos et desdits marqueurs, et un ordinateur connecté à ladite caméra et audit écran par des moyens filaires ou similaires, remarquable en ce que ledit ordinateur possède des moyens informatiques, de type algorithme et/ou logiciel ou similaire, d'acquisition, d'analyse et de traitement des images en 2D du dos dudit patient avec les marqueurs, issues de ladite caméra, pour obtenir en temps réel sur l'écran, d'une part la visualisation schématique du patient de dos en position assise et de son inclinaison par rapport UECHUI_TEXTE DEPOSE_RG/AF à la verticale, modélisée par le segment de droite déterminé par lesdits marqueurs, et d'autre part la valeur de l'angle de déviation de ladite inclinaison. La caméra vidéo numérique, selon l'invention, est de préférence de type CMOS, c'est-à-dire une caméra comprenant des capteurs d'image utilisant la technologie (Complementary Metal Oxyde Semiconductor) basée sur le phénomène physique photo--électrique. Ces capteurs ont pour avantages d'avoir une consommation en énergie réduite, des procédés de fabrication et de mise en oeuvre simples, et de r..e pas nécessiter de carte d'acquisition spécifique. Un autre objet de l'invention est le procédé de mesure de la latéropulsion humaine remarquable en ce qu'il comporte une étape d'étalonnage de la caméra par rapport à la verticale, puis une étape de calcul de la déviation constituée d'une part du calcul de la position du barycentre de chaque marqueur et d'autre part de l'évaluation de l'angle formé par le segment de droite déterminé par lesdits marqueurs et la verticale. The term lateropulsion means a lateral inclination of the trunk in the frontal plane (or lateral site). The terms postural vertical active or behavioral have been proposed in the literature. Among the bio-metric measurement systems, two major types of devices are already known, one uses a mechanical measurement of the orientation of the part of the human body to be studied, and the other uses image processing. photographic or video. However, these two types of processes present problems related either to the complexity of their implementation or to the difficulty of their use. Thus, a first device, such as that described in US Pat. No. 5,080,109, consists in marking, with an optical means, the characteristic points on an image of the part of the human body to be studied, extracted from a video sequence of one camera. The spatial coordinates of said points are calculated and then compared to a database later only for the purpose of establishing a diagnosis. This system requires the intervention of a practitioner for data entry and processing. Finally, several other devices are known, such as those described for example in US Pat. Nos. 6,514,219 and JP 2005,103,197, which analyze, by means of reflecting markers placed on the patient, the visual data transmitted either from several cameras placed around the patient. , or a camera performing a frontal scan, lateral and back of the patient. The device exploits these biomechanical data in 3D to detect postural deviations of the patient. These devices, in addition to their implementation of UBCHU1 TEXTE REMOVAL RG / AF - 2-complex work and therefore their cost, require the skill of an operator. In addition, these devices are more used for 3D analysis of a patient's movement, and they are not well suited to patients with reduced mobility. The present invention aims to overcome these various disadvantages by providing a device and a method for evaluating objectively and quantitatively the trunk orientation and therefore the postural vertical or lateropulsion of a human being, particularly simple design, can be put implemented very easily and at reduced costs (because it consists of commercial equipment), in a not necessarily technical environment, for example a doctor's office or a room, and allowing the patient and / or the practitioner to instantly see the result of the measure. In this regard, the subject of the present invention is a device for measuring and correcting the human lateropulsion comprising two markers to be placed on the patient's back along his spine, a seat without a backrest, such as a stool or the like. , between a digital video camera and a display screen, so that the patient can be seated free of his movements by looking at the screen and having the camera behind him pointing towards his back and said markers, and a computer connected to said camera and said screen by wire means or the like, notable in that said computer possesses computer means, of algorithm and / or software or similar type, of acquisition, analysis and processing of images in 2D of the back of said patient with the markers, issuing from said camera, to obtain in real time on the screen, on the one hand, the schematic visualization of the patient from back to the ass position ise and its inclination relative to UECHUI_TEXTE DEPOSE_RG / AF in the vertical, modeled by the segment of line determined by said markers, and on the other hand the value of the angle of deviation of said inclination. The digital video camera, according to the invention, is preferably of the CMOS type, that is to say a camera comprising image sensors using the technology (Complementary Metal Oxide Semiconductor) based on the physical photoelectric phenomenon. . These sensors have the advantages of having reduced energy consumption, simple manufacturing and implementation processes, and of not requiring a specific acquisition card. Another object of the invention is the method of measuring the remarkable human lateropulsion in that it comprises a step of calibrating the camera with respect to the vertical, then a step of calculating the deviation formed on the one hand calculating the position of the center of gravity of each marker and secondly the evaluation of the angle formed by the line segment determined by said markers and the vertical.
Afin de faire mieux ressortir d'autres avantages et caractéristiques de la présente invention, on décrira ci- après à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ladite invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - La figure 1 est une vue en perspective du dispositif de mesure de la latéropulsion humaine en situation avec un patient. - La figure 2 est une vue de face de l'écran de visualisation, tel que le voit le patient. In order to better highlight other advantages and features of the present invention, an embodiment of said invention will be described hereinafter by way of nonlimiting example, with reference to the appended drawings, in which: FIG. 1 is a perspective view of the device for measuring the human lateropulsion in situation with a patient. - Figure 2 is a front view of the display screen, as seen by the patient.
En référence aux figures 1 et 2, le dispositif 1 de mesure et de correction de la latéropulsion humaine selon l'invention est constitué de deux marqueurs 2 ronds de diamètre 0,8 cm, à placer sur le dos du patient 3 le long de sa colonne vertébrale, d'une assise 4 sans dossier UBCHUI TEXTE DEPOSE_RG/AF - 4 - comprise entre une caméra vidéo numérique 5 et un écran de visualisation 6, de telle sorte que le patient 3 puisse être assis libre de ses mouvements en regardant l'écran 6 et en ayant la caméra 5 derrière lui orientée en direction de son dos et desdits marqueurs 2, et d'un ordinateur 7 pour l'acquisition, l'analyse et le traitement des images, connecté à ladite caméra 5 et audit écran 6 par des moyens filaires ou similaires respectivement 8 et 9. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, l'ordinateur 7 du dispositif 1 possède des moyens informatiques, de type algorithme et/ou logiciel ou similaires, d'acquisition, d'analyse et de traitement des images du dos dudit patient 3 grâce aux marqueurs 2 issues de la caméra 5 pour obtenir, en temps réel sur l'écran 6, d'une part la visualisation schématique 10 du patient 3 de dos en position assise et ce son inclinaison par rapport à la verticale, modélisée par le segment de droite déterminé par lesdits marqueurs 2, par rapport à la verticale, et d'autre part la valeur de l'angle de déviation de ladite inclinaison. Selon une variante d'exécution particulièrement avantageux et facile à mettre en oeuvre, la caméra vidéo numérique 5 est de type CMOS, et plus particulièrement de type webcam, fonctionnement avec un débit de 30 images par secondes et une résolution vidéo de 640 x 480 pixels, est connectée par un moyen filaire 8 par exemple un câble USB (Universel Serial Bus) ou similaire à l'ordinateur 7 de type PC (Personal Computer). Afin d'éviter l'erreur de mesure due à la distorsion de l'image, il est important de positionner la caméra 5 entre les marqueurs 2 à une distance comprise entre 70 et 120 cm du dos du patient, de telle sorte que l'axe de la caméra 5 soit sagittal. UBCHUI_TEXTE DEPOSE_RG/AE 5 - Les images issues de la caméra 5 sont transférées à l'ordinateur 7 par le biais du moyen filaire 8. Ces images sont alors analysées par un algorithme, spécifiquement développé en langage Visual C++ O ou similaire, afin de calculer l'angle formé par le segment de droite déterminé par lesdits marqueurs 2 et la verticale. Les résultats générés par l'algorithme sont repris par le logiciel de rétro-information visuelle et présentés en temps réel, sur l'écran de visualisation 6, au patient 3, sous la forme d'une visualisation schématique 10 représentant le patient 3 de dos, avec une inclinaison correspondant à l'angle déterminé, conformément à la figure 2. Le patient 3 peut ainsi clairement voir son inclinaison par rapport à la verticale. With reference to FIGS. 1 and 2, the device 1 for measuring and correcting the human lateropulsion according to the invention consists of two round markers 0.8 cm in diameter, to be placed on the back of the patient 3 along his spine, a seat 4 without back UBCHUI TEXT REMOVAL_RG / AF - 4 - between a digital video camera 5 and a display screen 6, so that the patient 3 can be seated free of his movements by looking at the screen 6 and having the camera 5 behind him oriented towards his back and said markers 2, and a computer 7 for acquisition, analysis and processing of images, connected to said camera 5 and said screen 6 by wire means or the like respectively 8 and 9. According to an essential characteristic of the invention, the computer 7 of the device 1 has computer means, of algorithm and / or software or similar type, of acquisition, analysis and treatment of ima 3 of the back of said patient 3 thanks to the markers 2 from the camera 5 to obtain, in real time on the screen 6, on the one hand the diagrammatic view of the patient 3 sitting back and its inclination with respect to the vertical, modeled by the line segment determined by said markers 2, relative to the vertical, and secondly the value of the deflection angle of said inclination. According to a particularly advantageous embodiment and easy to implement, the digital video camera 5 is of the CMOS type, and more particularly of the webcam type, operating at a rate of 30 images per second and a video resolution of 640 × 480 pixels. , is connected by wire means 8 for example a USB (Universal Serial Bus) cable or similar to the PC 7 (Personal Computer). In order to avoid the measurement error due to the image distortion, it is important to position the camera 5 between the markers 2 at a distance between 70 and 120 cm from the patient's back, so that the axis of the camera 5 is sagittal. UBCHUI_TEXTE DEPOSE_RG / AE 5 - The images coming from the camera 5 are transferred to the computer 7 by means of the wire means 8. These images are then analyzed by an algorithm, specifically developed in Visual C ++ O or similar language, in order to compute the angle formed by the line segment determined by said markers 2 and the vertical. The results generated by the algorithm are taken up by the visual feedback software and presented in real time, on the display screen 6, to the patient 3, in the form of a schematic view showing the patient 3 back , with an inclination corresponding to the determined angle, according to Figure 2. The patient 3 can clearly see its inclination relative to the vertical.
Selon une autre variante d'exécution, afin de permettre une bonne analyse du mouvement du patient compte tenu de sa vitesse de déplacement, la caméra vidéo numérique 5 utilise des capteurs CMOS de type rapide permettant un débit supérieur à 200 images par secondes. De plus, elle possède aussi un réseau logique programmable embarqué de type FPGA (Field Programmable Gate Array, réseau de portes programmables in-situ) permettant le pré-traitement des images. Ce type de caméra permet d'acquérir des images à haute vitesse, de détecter la position des marqueurs 2 et de transmettre en un temps très court (moins de 10 ms) par le biais d'un câble de type USB2 les coordonnées des marqueurs 2 à l'ordinateur 7 et, en outre, de réduire l'encombrement du dispositif et sa consommation électrique. According to another embodiment, in order to allow a good analysis of the movement of the patient in view of its speed of movement, the digital video camera 5 uses fast type CMOS sensors allowing a rate greater than 200 images per second. In addition, it also has an on-board Programmable Gate Array (FPGA) type programmable logic network for pre-processing images. This type of camera makes it possible to acquire high-speed images, to detect the position of the markers 2 and to transmit the coordinates of the markers in a very short time (less than 10 ms) by means of a cable of the USB2 type. to the computer 7 and, in addition, to reduce the size of the device and its power consumption.
Enfin, selon une dernière variante d'exécution, et afin de réduire encore l'encombrement et de faciliter encore la mise en oeuvre du dispositif, les moyens filaires 8 peuvent être remplacés par une connexion sans fil de type WIFI ou similaire. De plus et pour les mêmes UECHUI_TEXTE DEPOSE_RG/AF - 6 - raisons, il va de soi que l'ensemble constitué de l'ordinateur 7, de l'écran de visualisation 6 et des moyens filaires 9, peut être avantageusement remplacé par un ordinateur portable La présente invention a également pour objet le procédé de mesure de la latéropulsion humaine, remarquable en ce qu'il comporte une étape d'étalonnage de la caméra 5 par rapport à la verticale, puis une étape de calcul de la déviation constituée d'ur..e part du calcul de la position du centre de gravité de chaque marqueur 2 et d'autre part, de l'évaluation de l'angle formé par le segment de droite déterminé par lesdits marqueurs 2 et la verticale. Conformément à la figure 1, le procédé de mesure comporte les étapes suivantes : - installation du patient 3 sur l'assise 4, - mise en place des marqueurs 2 le long de la colonne vertébrale du patient 3, mise en place de la caméra 5 au centre des marqueurs 2 à une distance comprise entre 70 et 120 cm du dos du patient 3 de telle sorte que son axe soit sagittal, - étalonnage de la caméra 5 par rapport à la verticale, -acquisition d'une image du dos du patient 3 par la caméra 5, - transfert de l'image à l'ordinateur 7 par le biais du moyen de connexion 8, analyse de l'histogramme du niveau de gris de l'image, - segmentation de l'image en utilisant le seuil 30 dynamique, - extraction des marqueurs 2 de l'image en utilisant la détection de contours et l'analyse des contrastes, UBCHU1 TEXTE DEPOSE RG/AF - 7 - - calcul du centre de gravité de chaque marqueur 2 détecté grâce à une somme pondérée des poids des pixels de contours, - évaluation de l'angle formé par la droite 5 déterminée par les deux marqueurs 2 et la verticale par une approche de géométrie classique, - rétro-information en temps réel sur l'écran 6 de la visualisation schématique 10 du patient 3 de dos en position assise et de son inclinaison par rapport à la 10 verticale et de la valeur de l'angle de déviation de ladite inclinaison. Le dispositif 1 et le procédé associé conviennent très bien à la mesure de la latéropulsion chez tous les patients 3, notamment ceux à mobilité réduite, puisqu'il 15 est compact et portab=_e, qu'il ne nécessite pas de calibrage, et que le positionnement de la caméra 5 est réglable sur une distance comprise entre 70 et 120 cm, à condition que son axe soit sagittal. Il peut analyser des orientations de tronc moyennes, même avec des oscillations 20 de tronc jusqu'à 20 degrés/s, qui seraient suffisantes pour évaluer quantitativement la latéropulsion dans la position assise et/ou debout. Par conséquent, ce dispositif représente une étape importante dans l'évaluation clinique de patients 25 accidentés fournissant le premier outil de quantification objective de latéropulsion du tronc, depuis par exemple la chambre du patient. On demande aux patients d'être assis, durant la mesure, sur leur lit pendant quelques secondes, yeux fermés, des jambes pendant librement et des mains 30 croisées sur les cuisses. Enfin, l'invention a pour dernier objet l'application du dispositif et du procédé exposés précédemment pour la rééducation du patient souffrant de troubles de la verticalité, notamment de latéropulsion, en utilisant la UBCHUI TEXTE DEPOSE RG/AF - 8 - rétro-information visuelle en temps réel sur l'inclinaison du tronc du patient par rapport à la verticale, pour faire participer activement ledit patient à un programme de :.ééducation par le biais de routines prédéfinies d'exercices statiques et/ou dynamiques. Ainsi en référence aux figures 1 et 2, ledit programme de rééducation présente les principales fonctionnalités suivantes : - Le patient 3, assis sur une assise 4 devant l'écran 6, voit sa visualisation schématique 10 et perçoit, en temps réel, sa propre inclinaison par le biais de l'inclinaison de ladite visualisation 10 et de la droite déterminée par les deux marqueurs 2. - La consigne donnée au patient 3 par le programme est alors de deux types : soit d'aligner et de maintenir pendant un laps de temps donné sa position sur une ligne prédéfinie sur l'écran, soit d'ajuster sa position sur une ligne qui bouge de façon prédéterminée. -Après chaque exercice, le programme calcule un taux 20 de réussite qui va permettre de suivre les progressions du patient 3 au cours de la séance. Il va de soi que les paramètres du programme peuvent êtres modifiés à l'intér_eur même d'une séance d'exercice, pour augmenter la difficulté de chaque exercice, par 25 exemple soit en augmentant le temps de maintien de la position statique ou la vitesse de déplacement de la ligne dynamique, soit en inversant la polarité (le patient 3 s'incline d'un coté et sa visualisation 10 s'incline du coté opposé). Finally, according to a last alternative embodiment, and to further reduce the size and further facilitate the implementation of the device, the wire means 8 may be replaced by a WIFI wireless connection or the like. Moreover, and for the same reasons, it is obvious that the assembly consisting of the computer 7, the display screen 6 and the wire means 9 can advantageously be replaced by a computer. The present invention also relates to the method for measuring the human lateropulsion, which is remarkable in that it includes a step of calibrating the camera 5 with respect to the vertical, then a step of calculating the deviation consisting of it is part of the calculation of the position of the center of gravity of each marker 2 and secondly of the evaluation of the angle formed by the line segment determined by said markers 2 and the vertical. According to FIG. 1, the measuring method comprises the following steps: - installation of the patient 3 on the seat 4, - placement of the markers 2 along the spine of the patient 3, setting up the camera 5 in the center of the markers 2 at a distance between 70 and 120 cm from the back of the patient 3 so that its axis is sagittal, - calibration of the camera 5 relative to the vertical, - acquisition of an image of the patient's back 3 by the camera 5, - transfer of the image to the computer 7 by means of the connection means 8, analysis of the histogram of the gray level of the image, - segmentation of the image using the threshold 30 dynamic, - extraction of the markers 2 of the image by using edge detection and contrast analysis, UBCHU1 TEXTE REMOVAL RG / AF - 7 - - calculation of the center of gravity of each marker 2 detected by a weighted sum weights of the outlines pixels, - evaluation of the angle formed by the right 5 is determined by the two markers 2 and the vertical by a conventional geometry approach, real-time feedback on the screen 6 of the schematic visualization of the patient 3 sitting back and its inclination with respect to the vertical and the value of the deflection angle of said inclination. Device 1 and the associated method are very suitable for measuring lateropulsion in all patients 3, especially those with reduced mobility, since it is compact and portable, does not require calibration, and the positioning of the camera 5 is adjustable over a distance of between 70 and 120 cm, provided that its axis is sagittal. It can analyze average trunk orientations, even with trunk oscillations up to 20 degrees / sec, which would be sufficient to quantitatively evaluate lateropulsion in the seated and / or upright position. Therefore, this device represents an important step in the clinical evaluation of injured patients providing the first tool for objective quantification of trunk lateral retropulsion, for example from the patient's room. Patients are asked to sit, during the measurement, on their bed for a few seconds, eyes closed, legs hanging freely and hands crossed over the thighs. Finally, the object of the invention is the application of the device and method previously described for the rehabilitation of the patient suffering from verticality disorders, in particular lateropulsion, using the UBCHUI TEXT REMOVED RG / AF - 8 - feedback visual display in real time on the inclination of the trunk of the patient relative to the vertical, to actively participate said patient in a program of .education through predefined routines of static and / or dynamic exercises. Thus, with reference to FIGS. 1 and 2, said rehabilitation program has the following main functionalities: patient 3, sitting on a seat 4 in front of the screen 6, sees his schematic visualization 10 and perceives, in real time, his own inclination through the inclination of said visualization 10 and the right determined by the two markers 2. - The instruction given to the patient 3 by the program is then of two types: either to align and maintain for a period of time given its position on a predefined line on the screen, or to adjust its position on a line that moves in a predetermined manner. After each exercise, the program calculates a success rate that will make it possible to follow the progress of the patient 3 during the session. It goes without saying that the program parameters can be modified within an exercise session, to increase the difficulty of each exercise, for example by increasing the static position holding time or the speed. moving the dynamic line, or by reversing the polarity (the patient 3 tilts on one side and its viewing 10 inclines the opposite side).
30 Pour accentuer encore la convivialité du programme, une option permet de choisir une image d'homme ou de femme pour la visualisation schématique 10 du patient 3. Enfin, il va bien entendu de soi que la présente invention, n'est pas limitée aux exemples de réalisation UBCHU1 TEXTE DEPOSE RG/AF - 9 - décrits, mais qu'elle peut être modifiée ou adaptée en fonction des besoins ou des exigences particulières, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. UBCHUI_TEXTE DEPOSE_RG/AFIn order to further enhance the user-friendliness of the program, an option allows the choice of a male or female image for the schematic viewing of the patient 3. Finally, it goes without saying that the present invention is not limited to embodiments UBCHU1 TEXTE REMOVAL RG / AF - 9 - described, but that it can be modified or adapted according to the needs or special requirements, without departing from the scope of the invention. UBCHUI_TEXT DEPOSE_RG / AF