WO2008132324A1 - Dispositif de mesure et de correction de la lateropulsion - Google Patents
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- 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
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- A61B5/107—Measuring physical dimensions, e.g. size of the entire body or parts thereof
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Definitions
- the present invention relates to a device for measuring and correcting the postural vertical of a human being and in particular lateropulsion phenomena, as well as the method attached to said device.
- lateropulsion means a lateral inclination of the trunk in the frontal plane (or lateral site).
- postural vertical active or behavioral have been proposed in the literature.
- 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.
- the patient remains in a standing position, the measurement chain is bulky and the marking of the points using the optical means requires good ambient light condition.
- a second device is also known, such as that described in US Pat. No. 4,699,156, which consists of a device for detecting deformation of the lumbar spine.
- a patient from the positional variations of a chain of markers positioned on the lumbar spine of said patient through a high resolution camera, while the latter in the standing position makes movements urging the lumbar spine.
- the anomaly is then detected by comparing the measured variations with average variations found on healthy patients.
- This device is exclusively intended for the detection of torsional deformation of the lumbar spine on standing and moving patients.
- the technology employed is not adapted to sudden movements and requires a controlled light environment.
- All devices, described above, are only used to measure a posture and / or detect a possible defect of the said posture and in any case can not be used in a rehabilitation program.
- the present invention aims to overcome these various disadvantages by providing a device and a method for evaluating objectively and quantitatively the orientation of the trunk as a whole and therefore the postural vertical or lateropulsion of a human being, particularly simple and light design, can be implemented very easily and at reduced costs (because it consists of commercial equipment) , in a not necessarily technical environment, for example a medical office or a room, and allowing the patient and / or the practitioner to instantly see in real time the result of the measurement.
- the invention has the final object the application of the device and method to the rehabilitation of the patient suffering from disorders of verticality, including lateropulsion.
- the subject of the present invention is a portable device for measuring and correcting human lateropulsion, particularly adapted to persons with reduced mobility and comprising markers to be placed on the patient's back along his or her spine.
- digital video camera and a display screen such that the patient, sitting on a seat without a backrest, such as a stool, a bed or the like, between said digital video camera and said display screen, can sit freely of his movements having said 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, remarkable in that said computer has computer means, of algorithm type and / or software or similar, acquisition, analysis and processing of 2D images of the back of said patient with the markers, issued from said camera, to obtain in real time on the screen, on the one hand the schematic visualization of the patient from seated back and its inclination relative to the vertical, modeled by the right segment determined by said markers, and secondly the value of the deflection angle of said inclination.
- the subject of the present invention is a portable device for measuring and correcting human lateropulsion, particularly adapted to persons with reduced mobility and comprising markers to be placed on the patient's back along his or her column.
- a backless seat such as a stool, a bed or the like, between a digital video camera and a viewing screen, so that the patient can sit motionless while watching 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 has computer means, algorithm and / or software or similar, acquisition, analysis and processing of 2D images of the back of said patient with the markers, from said camera, to obtain in real time on the screen, on the one hand the schematic visualization of the patient from seated back and its inclination relative to the vertical, modeled by the right segment determined by said markers, and secondly the value the deflection angle of said inclination.
- portable device is meant that the assembly constituted by the digital video camera, the display screen, the markers and the computer is usable whatever the environment, more particularly than the use of the device according to the invention.
- the invention does not require additional means for the detection of markers (eg ultrasound, LASER, controlled lighting).
- the device according to the invention consists of markers to be placed on the back of the patient along his spine, a digital video camera and a display screen, so that the patient, sitting on a seat without a backrest, such as a stool, a bed or the like, between said digital video camera and said display screen, can be seated free of its movements by having said camera behind it oriented towards its back and said markers , and a computer connected to said camera and said screen by wire means or the like, remarkable in that said computer has computer means, algorithm and / or software or similar, of acquisition, analysis and processing of 2D images of the back of said patient with the markers, issued from said camera, to obtain in real time on the screen, on the one hand the schematic visualization of the patient of seated back and its inclination relative to the vertical, modeled by the straight segment determined by said markers, and secondly the value of the deflection angle of said inclination.
- the digital video camera 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.
- CMOS complementary Metal Oxide Semiconductor
- the device according to the invention comprises two markers (2).
- 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 constituted on the one hand by the calculation of the position of the center of gravity of each marker and on the other hand by the evaluation of the angle formed by the line segment determined by said markers and the vertical.
- FIG. 1 is a perspective view of the device for measuring the human lateropulsion in situation with a patient.
- FIG. 2 is a front view of the display screen, as seen by the patient.
- the device 1 for measuring and correcting the human lateropulsion 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 backless between a digital camera 5 and a display screen 6 'such that the patient 3 can be seated free to move 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 image processing, connected to said camera 5 and said screen 6 by wire or similar means respectively 8 and 9.
- the computer 7 of the device 1 possesses computer means, of algorithm and / or software or similar type, of acquisition, analysis and treatment of the images 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 schematic visualization of the patient 3 of sitting back and its inclination with respect to the vertical, modeled by the line segment determined by said markers 2, with respect to the vertical, and on the other hand the value of the deflection angle of said inclination.
- 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.
- a wired means 8 for example a USB (Universal Serial Bus) cable or similar to the PC 7 (Personal Computer).
- USB Universal Serial Bus
- PC 7 Personal Computer
- the images from the camera 5 are transferred to the computer 7 via the wire means 8. These images are then analyzed by an algorithm, specifically developed in Visual C ++ ® or similar language, in order to calculate 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.
- the digital video camera 5 uses fast type CMOS sensors allowing a rate greater than 200 images per second.
- it also has an embedded programmable logic array type FPGA (Field Programmable Gate Array, programmable gate network in-situ) for pre-processing images.
- FPGA Field Programmable Gate Array, programmable gate network in-situ
- 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.
- the wire means 8 may be replaced by a WIFI wireless connection or the like.
- the assembly consisting of the computer 7, the display screen 6 and the wire means 9 can be advantageously replaced by a laptop.
- the present invention also relates to a method for measuring human lateropulsion comprising the use of a device according to the invention.
- the method according to the invention comprises a step of calibrating the camera 5 with respect to the vertical, then a step of calculating the deviation constituted on the one hand by calculating the position of the center of the camera. the severity of each marker 2 and secondly, the evaluation of the angle formed by the line segment determined by said markers 2 and the vertical.
- the measuring method comprises the following steps: - installation of the patient 3 on the seat 4,
- the device 1 and the associated method are very suitable for measuring the lateropulsion in all patients 3, especially those with reduced mobility, since it is compact and portable, it does not require calibration, and that 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 / s, which would be sufficient to quantitatively assess lateropulsion in the sitting and / or standing position.
- 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 on the thighs.
- the object of the invention is the application of the device and method described above for the rehabilitation of the patient suffering from disorders of verticality, in particular lateropulsion, by using the real-time visual feedback on the inclination of the patient. trunk of the patient in relation to the vertical, to actively participate said patient in a rehabilitation program through predefined routines of static and / or dynamic exercises.
- said rehabilitation program has the following main features:
- Patient 3 sitting on a seat 4 in front of the screen 6, sees its schematic visualization 10 and perceives, in real time, its own inclination by means of the inclination of said visualization 10 and of the line 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 given period of time its position on a predefined line on the screen, or to adjust its position on a line that move in a predetermined manner.
- the program calculates a success rate that will make it possible to follow the progress of the patient 3 during the session.
- parameters of the program can be modified within an exercise session, to increase the difficulty of each exercise, for example by increasing the holding time of the static position or the speed of the exercise. moving the dynamic line, or by inverting the polarity (the patient 3 inclines on one side and its visualization 10 inclines to the opposite side).
- an option makes it possible to choose a male or female image for the schematic visualization of the patient 3.
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Abstract
L'invention concerne un dispositif portatif de mesure et de correction de la latéropulsion humaine comportant des marqueurs à placer sur le dos du patient le long de sa colonne vertébrale, une assise, comprise entre une caméra vidéo numérique et un écran de visualisation, de telle sorte que le patient puisse être assis en regardant l'écran et en ayant la caméra derrière lui orientée vers lesdits marqueurs, et un ordinateur connecté à ladite caméra et audit écran, remarquable en ce que ledit ordinateur possède des moyens informatiques d'acquisition, d'analyse et de traitement des images en 2D des marqueurs, issues de ladite caméra, pour obtenir en temps réel sur l'écran, d'une part la visualisation schématique du patient et de son inclinaison par rapport à la verticale, modélisée par lesdits marqueurs,, et d'autre part la valeur de l'angle de déviation de ladite inclinaison. L'invention concerne également le procédé associé audit dispositif.
Description
DISPOSITIF DE MESURE ET DE CORRECTION DE LA LATEROPULSION
La présente invention concerne un dispositif de mesure et de correction de la verticale posturale d'un être humain et notamment des phénomènes de latéropulsion, ainsi que le procédé attaché audit dispositif. Le terme latéropulsion signifie une inclinaison latérale du tronc dans le plan frontal (ou gîte latérale) . Les termes de verticale posturale active ou comportementale ont 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. De plus, avec ce dispositif, le patient demeure en position debout, la chaîne de mesure est encombrante et le marquage des points à l'aide du moyen optique nécessite de bonne condition de luminosité ambiante. On connaît aussi un second dispositif, comme celui décrit dans le brevet US 4.699.156, qui consiste en un équipement de détection de déformation du rachis lombaire
d'un patient à partir des variations de position d'une chaîne de marqueurs positionnés sur le rachis lombaire dudit patient par le biais d'une caméra haute résolution, tandis que ce dernier en position debout effectue des mouvements sollicitant le rachis lombaire. L'anomalie est alors détectée en comparant les variations mesurées à des variations moyennes relevées sur des patient en bonne santé. Ce dispositif est exclusivement prévu pour de la détection de la déformation en torsion du rachis lombaire sur des patients en position debout et en mouvement. En outre, la technologie employée n'est pas adaptée aux mouvements brusques et nécessite un environnement lumineux contrôlé.
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 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.
Tous les dispositifs, décrits précédemment, ne servent qu'à mesurer une posture et/ou détecter un défaut éventuel, de la dite posture et en aucun cas ne peuvent être utilisés dans un programme de rééducation.
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 dans son ensemble et donc la verticale posturale ou latéropulsion d'un être humain, de conception particulièrement simple et légère, 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 en temps réel le résultat de la mesure. Enfin, l'invention a pour dernier objet l'application du dispositif et du procédé à la rééducation du patient souffrant de troubles de la verticalité, notamment de latéropulsion.
A cet égard, la présente invention a pour objet un dispositif portatif de mesure et de correction de la latéropulsion humaine, adapté notamment à des personnes à mobilité réduite et comportant des marqueurs à placer sur le dos du patient le long de sa colonne vertébrale, une caméra vidéo numérique et un écran de visualisation, de telle sorte que le patient, assis sur une assise sans dossier, tel qu'un tabouret, un lit ou similaire, comprise entre ladite caméra vidéo numérique et ledit écran de visualisation, puisse être assis libre de ses mouvements en ayant ladite caméra derrière 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 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.
Selon un mode de réalisation préféré, la présente invention a pour objet un dispositif portatif de mesure et de correction de la latéropulsion humaine, adapté notamment à des personnes à mobilité réduite et comportant des marqueurs à placer sur le dos du patient le long de sa colonne vertébrale, une assise sans dossier, tel qu'un tabouret, un lit 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 derrière 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 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.
Par « dispositif portatif », on entend signifier que l'ensemble constitué par la caméra vidéo numérique, l'écran de visualisation, les marqueurs et l'ordinateur est utilisable quelque soit l'environnement, plus particulièrement que l'utilisation du dispositif selon l'invention ne requiert pas de moyens supplémentaires permettant la détection des marqueurs (e.g. ultrasons, LASER, éclairage contrôlé) .
Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif suivant l'invention consiste en des marqueurs à placer sur le dos du patient le long de sa colonne vertébrale, une caméra vidéo numérique et un écran de visualisation, de telle sorte que le patient, assis sur une assise sans dossier, tel qu'un tabouret, un lit ou similaire, comprise entre ladite caméra vidéo numérique et ledit écran de visualisation, puisse être assis libre de ses mouvements en ayant ladite caméra derrière 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 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 (Complémentary Métal Oxyde Semiconductor) basée sur le phénomène physique photoélectrique. Ces capteurs ont pour avantages d'avoir une consommation en énergie réduite, des procédés de fabrication et de mise en oeuvre simples, et de ne pas nécessiter de carte d'acquisition spécifique. Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif suivant l'invention comporte deux marqueurs (2).
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.
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.
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 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 de 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 (Universal Sériai 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. 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++ ® 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.
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 Gâte Array, réseau de portes programmables in-situ) permettant le prétraitement 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.
Enfin, selon une dernière variante d'exécution, et afin de réduire encore l'encombrement et de faciliter encore la mise en œuvre 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 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 concerne également un procédé de mesure de la latéropulsion humaine comprenant l'utilisation d'un dispositif selon l'invention.
Selon un mode de réalisation préféré, le procédé selon l'invention comporte une étape d'étalonnage de la caméra 5 par rapport à la verticale, puis une étape de calcul de la déviation constituée d'une 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.
Selon un mode de réalisation préféré, 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 dynamique,
- extraction des marqueurs 2 de l'image en utilisant la détection de contours et l'analyse des contrastes,
- 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 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 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 est compact et portable, 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 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 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 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 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 rééducation 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 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'intérieur même d'une séance d'exercice, pour augmenter la difficulté de chaque exercice, par 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) .
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 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.
Claims
REVENDICATIONS
1 - Dispositif (1) portatif de mesure et de correction de la latéropulsion humaine, adapté notamment à des personnes à mobilité réduite et comportant des marqueurs (2) à placer sur le dos du patient (3) le long de sa colonne vertébrale, une caméra vidéo numérique (5) et un écran de visualisation (6), de telle sorte que le patient, assis sur une assise sans dossier (4), tel qu'un tabouret, un lit ou similaire, comprise entre ladite caméra vidéo numérique (5) et ledit écran de visualisation (6), puisse être assis libre de ses mouvements en ayant ladite caméra (5) derrière lui orientée en direction de son dos et desdits marqueurs (2), un ordinateur (7) connecté à ladite caméra et audit écran par des moyens filaires ou similaires respectivement (8) et (9), caractérisé en ce que ledit ordinateur (7) 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 (2), issues de ladite caméra (5), pour obtenir en temps réel sur l'écran, d'une part la visualisation schématique (10) du patient (3) de dos en position assise et de son inclinaison par rapport à la verticale, modélisée par le segment de droite déterminé par lesdits marqueurs (2), et d'autre part la valeur de l'angle de déviation de ladite inclinaison.
2 - Dispositif (1) portatif de mesure et de correction de la latéropulsion humaine, adapté notamment à des personnes à mobilité réduite et comportant des marqueurs (2) à placer sur le dos du patient (3) le long de sa colonne vertébrale, une assise (4) sans dossier, tel qu'un tabouret, un lit ou similaire, 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 ledit écran (6) et en ayant ladite caméra (5) derrière lui orientée en direction de son dos et desdits marqueurs (2), et un ordinateur (7) connecté à ladite caméra (5) et audit écran (6) par des moyens de connexion filaires ou similaires respectivement (8) et (9), caractérisé en ce que ledit ordinateur (7) 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 (3) avec les marqueurs (2), issues de ladite caméra (5), pour obtenir en temps réel sur ledit écran (6), d'une part la visualisation schématique (10) du patient (3) de dos en position assise et de son inclinaison par rapport à la verticale, modélisée par le segment de droite déterminé par lesdits marqueurs (2), et d'autre part la valeur de l'angle de déviation de ladite inclinaison.
3 - Dispositif (1) de mesure et de correction de la latéropulsion humaine suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte deux marqueurs (2) .
4 - Dispositif (1) de mesure et de correction de la latéropulsion humaine suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la caméra vidéo numérique (5) est avantageusement de type CMOS.
5 - Dispositif (1) de mesure et de correction de la latéropulsion humaine suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la caméra vidéo numérique (5) utilise des capteurs CMOS rapides permettant une acquisition d' images à une fréquence égale ou supérieure à 20 images par seconde.
6 - Dispositif (1) de mesure et de correction de la latéropulsion humaine suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la caméra vidéo numérique (5) utilise un réseau logique programmable embarqué de type FPGA ou similaire permettant le prétraitement des images.
7 - Dispositif (1) de mesure et de correction de la latéropulsion humaine suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de connexion (8) sont de type sans fil WIFI ou similaire .
8 - Procédé de mesure de la latéropulsion humaine caractérisé en ce qu'il comprend l'utilisation d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.
9 - Procédé de mesure selon la revendication 8 caractérisé 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 du segment de droite déterminé par les marqueurs (2) et la verticale.
10 - Procédé de mesure de la latéropulsion suivant la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives qui suivent :
- installation du patient sur l'assise (3),
- 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 1' image,
- segmentation de l'image en utilisant le seuil dynamique,
- extraction des marqueurs (2) de l'image en utilisant la détection de contours et l'analyse des contrastes,
- 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 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 verticale et de la valeur de l'angle de déviation de ladite inclinaison.
Applications Claiming Priority (2)
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| WO2016079452A1 (fr) | 2014-11-20 | 2016-05-26 | Universite Grenoble Alpes | Procédé et système pour la mesure, le suivi, le contrôle et la correction d'un mouvement ou d'une posture d'un utilisateur |
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