DISPOSITIF DE GÉNÉRATION D'UNE SÉQUENCE D'IMAGES REPRÉSENTANT UNE SUITE CONTINUE D'ÉLÉMENTS OSSEUX EN MOUVEMENT

(Domaine technique

[0001] L’invention se rapporte au domaine des dispositifs d’imagerie médicale. Plus précisément elle se rapporte à des dispositifs d’imagerie pour l’examen d’une suite continue d’éléments osseux en mouvement, plus précisément encore à des dispositifs produisant des séquences d’images d’une suite d’éléments osseux en mouvement.

Arrière-plan technologique

[0002] La bipédie est un acquis de l’évolution de l’anatomie humaine. Cette verticalisation, a comme corollaire le maintien d’une posture et la gestion du mouvement. Ceci introduit, outre une anatomie complexe adaptée, la notion de mécanismes de gestion de ces postures et des mouvements avec l’implication forte d’une notion d’économie d’Energie tant dans le maintien de la posture que dans la fonction de mouvement. Ceci est le domaine de la biomécanique fonctionnelle notamment de la colonne de sustentation et plus précisément de la colonne vertébrale.

[0003] L’étude de la posture et du mouvement de l’ensemble et des parties des éléments y contribuant est indispensable pour une meilleure compréhension notamment en cas de dysfonction.

[0004] En effet, tout ou partie de cet ensemble est le siège de dysfonctions à l’origine de pathologie que nous regroupons sous le terme de pathologie posturale ou de la mobilité du rachis. Ces pathologies regroupent les anomalies posturales et les anomalies de mouvements.

[0005] Ces pathologies sont très fréquentes et en augmentation. Elles sont considérées en France comme un enjeu de Santé Nationale, car responsables de dépenses de santé et incapacité de façon majeures.

[0006] Une optimisation de la prise en charge de ces pathologies nécessite de pouvoir appuyer la stratégie thérapeutique et le suivi de l’évolution notamment sur une analyse fonctionnelle de la posture et /ou du déroulé des mouvements.

[0007] Une optimisation de la prise en charge du patient nécessite la bonne compréhension de celui-ci, notamment en cas de prise en charge physiothérapique. [0008] En cas de rééducation, pour que celle-ci soit optimale, il est nécessaire d’avoir un contrôle en temps réel et fonctionnellement précis de la partie à suivre dans son ensemble ou dans ses éléments. Ceci est vrai aussi pour les entrainements sportifs ou autre.

[0009] Il est à considérer que de plus en plus les professionnels se reportent à des dispositifs mains libres leur permettant de s’occuper de plusieurs patients concomitamment.

[0010] Une optimisation de la transmission d’information entre les différents acteurs de la chaine de prise en charge de cette pathologie

[0011] Le problème est de mettre à disposition des différents utilisateurs qui en auraient le besoin, un dispositif permettant

[0012] D’une part, une analyse de la posture et du mouvement dans tous les plans à partir d’une visualisation précise d’une modélisation de la partie étudiée « en 3D » et « en temps réel ».

[0013] D’autre part, un support didactique à la compréhension par le patient du dysfonctionnement qu’il présente et de l’objectif recherché.

[0014] D’autre part, un support fonctionnellement précis à la surveillance active, « coaching » ou monitorage du patient durant ses exercices.

[0015] Il faut d’autre part qu’il soit fonctionnel quelles que soient les positions du patient.

[0016] Il faut d’autre part que ces dispositifs soient d’utilisation aisée, peu chronophage, peu encombrants, et accessible financièrement au plus grand nombre pour faire partie d’un arsenal médical de base.

[0017] Or, les différents procédés actuels ne répondent pas à l’ensemble de ces besoins

[0018] Les systèmes à base de Rayons X, Radiographie standard, corps entier, permettent une analyse de la posture en verticalité, mais pas du mouvement. Ils ne permettent pas d’analyser le mouvement et encore moins en 3 D. ils sont encombrants, onéreux, et ne répondent pas à la plupart des critères demandés.

[0019] Le scanner et l’IRM ne sont pas adaptés à l’analyse de la posture ou du mouvement [0020] Le système EOS, permet une analyse de la posture verticale en 3D, mais pas le mouvement ni en temps réel. Il est encombrant et onéreux.

[0021] Les systèmes basés sur des acquisitions par caméra. Les systèmes mono caméra comme le système SAM 3D ne permet pas l’étude en 3D ni le mouvement.

[0022] Les systèmes multi caméra permettent l’analyse du mouvement en 3D et en temps réel. Cependant, ils ne permettent pas toutes les positions voulues, il est encombrant, d’une complexité nécessitant une spécification, onéreux et inadapté en pratique courante.

[0023] On a aussi proposé de capturer les mouvements du patient par des centrales inertielles portées par le patient. Les centrales inertielles sont des composants électroniques qui mesurent des accélérations linéaires sur trois axes et des vitesses de rotation autour de ces trois axes.

[0024] Il existe aujourd’hui des produits de ce type.

[0025] Par exemple, le produit commercialisé sous la marque Bioval (marque déposée) utilise jusqu’à 4 centrales inertielles mais pas au-delà. Il permet une analyse du mouvement mais uniquement dans un plan à la fois, nécessitant la répétition du mouvement et l’impossibilité d’analyser un mouvement dans ses 3 plans. Il ne propose pas de visualisation intuitive de la partie étudiée mais uniquement des courbes simultanées de l’évolution des angulations dans le temps. Il ne propose pas ni la surveillance ni le « coaching » des exercices.

[0026] Un autre exemple est le produit commercialisé sous la marque Truposture (marque déposée). Il s’agit d’un T-shirt comportant quatre cartes électroniques « filles » et une carte électronique « mère » qui pilote les cartes électroniques « filles ». Chacune des cartes électroniques comporte une centrale inertielle. Les centrales inertielles sont disposées le long de la colonne vertébrale. La carte mère comporte de plus un module de communication Bluetooth® et une alarme. Le T-shirt Truposture analyse la position du dos dans un plan sagittal et émet une alarme sonore si la position est « fautive ». il est insuffisamment précis.

Résumé

[0027] Un but de l’invention est de procurer un dispositif produisant une séquence d’images dans les trois dimensions de l’espace, d’une suite continue d’éléments osseux alignés d’un squelette, la suite étant en mouvement, où le squelette appartient à un sujet d’observation qui est un être vivant vertébré, à des fins d’examen médical ou d’accompagnement de rééducation. Un autre but de l’invention est de limiter au minimum les informations enregistrées pour que le dispositif soit adapté aux moyens techniques dont on dispose en général dans un cabinet médical. Un autre but de l’invention est de permettre au praticien de modifier les « entrées » du dispositif pour que la représentation de la suite d’éléments osseux le satisfasse. Une idée à la base de l’invention est de mesurer des grandeurs d’où l’on peut déduire une représentation du mouvement des éléments osseux par des rotations géométriques. Une idée à la base de l’invention est de ne prendre des mesures qu’en un nombre de points réduit. Une autre idée à la base de l’invention est de composer les images de la séquence à partir des positions des points de mesures, d’interpolations entre les positions des points de mesures et de données rentrées par le praticien. Une autre idée à la base de l’invention est de calculer les interpolations entre les observations et d’afficher l’image correspondante avant de passer aux mesures suivantes, en « temps réel ».

[0028] Dans la suite, nous utiliserons les termes suivants avec les définitions suivantes.

[0029] Séquence d'images : images qui s’enchaînent à intervalle régulier. Dans le contexte de l’invention, les images reproduisent une seule et unique scène, celle d’une suite d’éléments osseux en mouvement. Chaque image reproduit la suite d’éléments osseux à un instant donné ; ainsi la séquence d’image reproduit une séquence de positions de la suite d’éléments osseux et donne l’impression d’un mouvement selon la technique du cinématographe.

[0030] Suite continue d’éléments osseux alignés : ensemble d’éléments osseux ordonné où chaque élément osseux est articulé avec le suivant. Ce sont les articulations qui donnent son caractère continu à la suite. Les suites d’éléments osseux considérés forment des lignes comme dans la colonne vertébrale ou les membres inférieurs.

[0031] En regard : une centrale inertielle du dispositif de l’invention est dite « en regard » d’un élément osseux quand elle peut capter le mouvement de celui-ci, éventuellement à travers un tissu biologique intermédiaire comme de la peau.

[0032] Sélectionnés : un utilisateur du dispositif de l’invention doit au préalable sélectionner un certain nombre de points de mesure en regard desquels il va poser des centrales inertielles (une par point de mesure). [0033] Ordonner : un utilisateur du dispositif de l’invention doit, une fois qu’il a disposé les centrales inerti elles sur la suite continue d’éléments osseux, désigner le premier élément osseux et dans quel sens il faut suivre la ligne des éléments osseux pour trouver la prochaine centrale inertielle après une centrale inertielles donnée.

[0034] Première unité de traitement : unité de traitement du signal numérique qui provient des centrales inertielles. Dans l’invention, la ou les premières unités de traitement ont essentiellement pour fonction de transformer les mesures de vitesse de rotation produites par les centrales inertielles en rotation dans l’espace qui indiquent une orientation de l’élément osseux en regard.

[0035] Axe/centre de rotation : axe/centre autour duquel la suite continue d’éléments osseux que l’invention permet d’examiner tourne.

[0036] Temps réel : le dispositif de l’invention fonctionne en temps réel en ce sens qu’entre deux cycles successifs de mesures prises par les centrales inertielles, il accomplit un cycle de traitement complet dans la première et la deuxième unités de traitement, allant jusqu’à l’affichage de la courbe produite, avant la mesure suivante.

[0037] Les termes « centrale inertielle » et « capteur » peuvent se substituer dans la suite et seront utilisés indifféremment.

[0038] Dans un mode de réalisation, l’invention procure un dispositif de génération d’une séquence d'images, configuré pour représenter dans les trois dimensions de l’espace au moins une suite continue d’éléments osseux alignés d’un squelette, la dite au moins une suite pouvant être en mouvement, où le squelette appartient à un sujet, le dispositif comprenant :

- une pluralité de centrales inertielles, où chaque centrale inertielle est configurée pour mesurer cycliquement des vitesses de rotation autour de trois axes liés à la centrale inertielle, formant ainsi des données de mesure, destinées à être disposées en regard de points de mesure sélectionnés sur la suite d’éléments osseux, à raison d’une centrale inertielle par point de mesure, les dits points de mesure formant ainsi une pluralité de points de mesure à ordonner au moins une première unité de traitement, configurée pour : recevoir les données de mesures de la pluralité de centrales inertielles, à réception de nouvelles données de mesures, mettre à jour à partir desdites données de mesure, une orientation de chacune des centrales inertielles de la pluralité de centrales inertielles,

- et une deuxième unité de traitement, configurée pour recevoir les orientations de centrales inertielles depuis la au moins une première unité de traitement, à réception de nouvelles orientations de centrales inertielles, pour chaque point de mesure de la pluralité de points de mesure, mettre à jour : une d’orientation à partir des orientations de centrales inertielles reçues ; sauf pour le premier point de mesure, une position, à partir de l’orientation du point de mesure précédent mis à jour et d’une table des distances entre les éléments osseux de la suite d’éléments osseux ; la position du premier point de mesure étant déterminée à partir d’un axe de rotation de la suite continue d’éléments osseux interpoler à nouveau, pour chaque paire de points de mesure successifs de la pluralité de points de mesure, entre les points de mesure de ladite paire, un segment de courbe ; former à nouveau une courbe en joignant les segments de courbe.

[0039] Grâce à ces caractéristiques, le dispositif permet d’obtenir par mesure ou par interpolation des ensembles de points représentatifs d’une colonne vertébrale dans l’espace, qui, en séquence, reproduiront une image en relief de la colonne vertébrale en mouvement. La numérisation permet de représenter les mouvements des vertèbres par des rotations géométriques, ce qui permet de réduire considérablement le volume des données d’observation. Elle permet de construire en partie la courbe représentant la colonne vertébrale par interpolation donc de réduire le nombre de points donc le volume de données informatiques à enregistrer. L’utilisateur met en correspondance la courbe avec la réalité qu’elle est censée reproduire.

[0040] Selon des modes de réalisation, un tel dispositif peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes.

[0041] Selon un mode de réalisation, la deuxième unité de traitement est configurée en sorte de, pour chaque centrale inertielle, qui indique une direction supposée être le Nord magnétique terrestre, calculer une rotation de correction de divergence, la dite rotation de correction de divergence transformant une direction de référence commune aux centrales inertielles en la direction indiquée par la centrale inertielle; quand l’orientation de la centrale inertielle est mise à jour, ramener l’orientation de la centrale inertielle à une orientation par rapport à la direction de référence en la composant à droite par la rotation de correction de divergence respective

[0042] Ainsi le dispositif de l’invention permet de procéder à une sorte de calibrage des centrales inertielles selon une norme commune.

[0043] Selon un mode de réalisation, l’invention procure un dispositif de génération d’une séquence d'images, configuré pour représenter dans les trois dimensions de l’espace une colonne vertébrale en mouvement appartenant à un sujet, le dispositif comprenant :

- une pluralité de centrales inertielles, où chaque centrale inertielle est configurée pour mesurer cycliquement des vitesses de rotation autour de trois axes liés à la centrale inertielle, formant ainsi des données de mesure, destinées à être disposées, en regard de vertèbres sélectionnées de la colonne vertébrale, à raison d’une centrale inertielle par vertèbre, les dites vertèbres formant ainsi une pluralité de vertèbres, à ordonner au moins une première unité de traitement, configurée pour recevoir les données de mesures de la ou des centrales inertielles respectivement, à réception de nouvelles données de mesures, mettre à jour à partir desdites données de mesure, une orientation de chacune des centrales inertielles de la pluralité de centrales inertielles,

- et une deuxième unité de traitement, configurée pour recevoir les orientations de centrales inertielles depuis la au moins une première unité de traitement, à réception de nouvelles orientations de centrales inertielles, pour chaque vertèbre de la pluralité de vertèbres, mettre à jour une orientation de vertèbre à partir des orientations de centrales inertielles reçues ; sauf pour la première vertèbre, une position, à partir de l’orientation de vertèbre de la vertèbre précédente mise à jour et d’une table des distances entre les vertèbres de la colonne vertébrale, la position de la première vertèbre étant déterminée à partir d’un axe de rotation de la suite continue d’éléments osseux, formant ainsi une position de la pluralité de vertèbres; interpoler à nouveau, pour chaque paire de vertèbres successives de la pluralité de vertèbres, entre les vertèbres de ladite paire, un segment de courbe ; former à nouveau une courbe en joignant les segments de courbe.

[0044] Selon un mode de réalisation, le dispositif de l’invention dispose d’un abaque qui contient, pour chaque paire de vertèbres de la colonne vertébrale du sujet, un rapport de la distance des dites vertèbres à la longueur de la colonne vertébrale du sujet ; et où pour chaque paire de vertèbres de la colonne vertébrale du sujet, la distance séparant les vertèbres de la dite paire est calculée en multipliant le rapport correspondante de l’abaque par la longueur de la colonne vertébrale du sujet ; et où, pour chaque paire de vertèbres de la colonne vertébrale du sujet, la distance séparant les vertèbres de la dite paire est calculée en multipliant le rapport correspondant de l’abaque par la longueur de la colonne vertébrale du sujet ; et où la dite distance est entrée automatiquement dans la table des distances entre les vertèbres.

[0045] Ainsi la courbe obtenue respecte une loi anatomique et reproduit plus fidèlement une colonne vertébrale.

[0046] Selon un mode de réalisation, la deuxième unité de traitement est configurée pour permettre à un utilisateur de modifier la table des distances.

[0047] Selon un mode de réalisation, la deuxième unité de traitement est configurée pour : pour chaque vertèbre de la pluralité de vertèbres et/ou pour la tête, lorsque une centrale inertielle avec une orientation de centrale inertielle est disposée sur la vertèbre respective ou la tête, qui ont une orientation de vertèbre, calculer une rotation de correction, la rotation de correction transformant l’orientation de la centrale inertielle en orientation de vertèbre de la vertèbre respective ou de la tête ; à réception de nouvelles données de mesures, pour chaque vertèbre de la pluralité de vertèbres et/ou pour la tête, avant la mise à jour des orientations de vertèbres et/ou de la tête, corriger l’orientation de la centrale inertielle respective par application de la rotation de correction calculée.

[0048] Ainsi, les erreurs d’orientations de la centrale inertielle résultant d’une difficulté à la placer rigoureusement où il faut sur la colonne vertébrale ou d’une instabilité du signal électronique rendu par les centrales inertielles peuvent être corrigées. Mais aussi une centrale inertielle destinée au crâne peut être disposée n’importe où sur le crâne.

[0049] Selon un mode de réalisation, la deuxième unité de traitement est configurée pour permettre à un utilisateur de modifier les rotations de corrections des vertèbres.

[0050] Selon un mode de réalisation, le dispositif de l’invention comprend une base de données.

[0051] Selon un mode de réalisation, le dispositif de l’invention comprend une unité d’affichage.

[0052] Selon un mode de réalisation, le dispositif de l’invention comprend en outre une base de données et/ou une unité d’affichage et où la deuxième unité de traitement est configurée pour permettre à un utilisateur de déclencher à chaque cycle de mesures un enregistrement de la position de la pluralité de vertèbres généralisées alors formée dans la base de données ; et/ou un affichage de la courbe alors formée sur l’unité d’affichage.

[0053] Ainsi le praticien peut-il réduire le nombre de positions enregistrées au strict nécessaire pour son besoin.

[0054] Selon un mode de réalisation, la fréquence de mesure est réglable par un utilisateur.

[0055] Selon un mode de réalisation, la deuxième unité de traitement est configurée pour : permettre à un utilisateur d’extraire de la base de données au moins une position d’une deuxième pluralité de vertèbres; et, pour chaque position de la deuxième pluralité de vertèbres : d’interpoler entre les vertèbres de chaque paire de vertèbres successives de la deuxième pluralité de vertèbres, un deuxième segment de courbe ; et de former une deuxième courbe respective en joignant les deuxièmes segments de courbe ; et configurée de plus pour afficher les deuxièmes courbes sur l’unité d’affichage.

[0056] Selon un mode de réalisation, la deuxième unité de traitement est configurée pour, quand la deuxième unité de traitement reçoit de nouvelles orientations, contrôler si la position de la pluralité de vertèbres mise à jour est dans un voisinage de la position de la deuxième pluralité de vertèbres ; et, dans l’affirmative, pour générer un signal propre à chaque position de la deuxième pluralité de vertèbres.

[0057] Selon un mode de réalisation, la deuxième unité de traitement est munie d’une première pédale pour enregistrer les positions de la pluralité de vertèbres et d’une seconde pédale pour mettre fin à l’enregistrement des positions de la pluralité de vertèbres ; et/ou d’une commande vocale cumulant les fonctions de la première et de la deuxième pédale.

[0058 ] Alignement synchronisé des capteurs

[0059] Selon un mode de réalisation, le dispositif selon l’invention comprend en outre un système d’initialisation synchrone des capteurs ou centrales inertielles. Cela permet de pallier une initialisation asynchrone des capteurs responsables de données différentes dès le départ.

[0060] Ce système peut comprendre: la définition puis déclaration des capteurs considérés comme faisant partie d’un ensemble, éventuellement, les capteurs eux-mêmes, un boitier contenant les capteurs au moment de la phase d’initialisation et leur imposant une orientation commune dans les 3 plans, et un algorithme de correction angulaire configuré de telle sorte que les données initiales générées par chaque capteur soient corrigées individuellement d’un angle de correction tel que leur position angulaire calculée soit identique.

[0061] Ces angles de correction sont avantageusement sauvegardés et appliqués jusqu’à un nouvel alignement.

[0062] Position de référence

[0063] Il est également avantageux de pallier la dérive inhérente à l’électronique des capteurs. Selon un mode de réalisation, le dispositif selon l’invention est configuré pour mettre en œuvre un algorithme tel que : au début de l’examen, et alors que la dérive qui se majore avec le temps n’est pas encore apparue, les procédures d’initialisation étant faites et, les capteurs étant posés sur le patient et les corrections angulaires nécessaires faites, il est enregistré l’ensemble des informations permettant la modélisation correspondant à la tenue par le patient d’une « position de référence » reproductible, et à tout moment de l’examen, le patient recevant l’instruction de reproduire cette position de référence, une fonction calcule les ajustements angulaires nécessaires à la juxtaposition de la position instantanée et la position dite de base.

[0064] Ces ajustements angulaires sont avantageusement conservés jusqu’à une nouvelle correction.

[0065] Appairage de la position des capteurs posés et celles définies pour la modélisation

[0066] Selon un mode de réalisation, le dispositif selon l’invention est configuré de telle sorte que : un appairage des positions des capteurs soit réalisé, les capteurs étant positionnés librement sur le patient selon le choix de l’utilisateur et en regard d’ éléments osseux repérés, ces positions étant renseignées, le calcul des distances entre deux capteurs, indispensable à une juste modélisation, est effectué en fonction d’une table préalablement remplie colligeant les distances relatives entre chaque élément osseux voisin, les calculs de la modélisation intègrent l’emplacement des capteurs et la distance qui les sépare, et en cas d’erreur de niveau de positionnement, ce dernier est corrigé par modification de cet appairage.

[0067] Ces étapes permettent le renseignement de la distance entre les capteurs, une juste corrélation entre le positionnement des capteurs sur le patient et la modélisation et un positionnement judicieux des capteurs sur le patient.

[0068 ] Correction angulaire apportée aux données issues des capteurs

[0069] Pour pouvoir représenter la bonne orientation d’un élément osseux, le capteur doit avantageusement être positionné en respectant l’axe défini et repris dans la modélisation de cet élément osseux. Or ce positionnement peut être incertain, aussi, il peut être nécessaire de pallier un mauvais positionnement. [0070] Selon un mode de réalisation, le dispositif selon l’invention est configuré de telle sorte qu’un correctif angulaire est appliqué aux données angulaires générées par les capteurs, ce correctif étant mémorisé et pris en compte dans les calculs aboutissant à la modélisation.

[0071] Un ensemble de curseurs peut appliquer dans les trois plans séparément une correction angulaire aux données issues de chaque capteur. Le correctif peut être immédiatement visualisé sur la forme de la modélisation.

[0072] Dans une variante, une première fonction d’assistance est proposée en s’aidant de données positionnelles définies préalablement.

[0073] Dans le cas particulier de la tête, le juste positionnement d’un capteur au niveau de la tête n’est pas simple. La biomécanique défini l’horizontalité de la tête lorsque la ligne de vision du patient est horizontale. Une correction angulaire automatique peut être apportée aux données issues du capteur qui peut alors être positionné indifféremment sur la tête.

[0074] Ajustement angulaire automatique selon des données préalablement renseignées

[0075] Des données anatomiques ou positionnelles peuvent être renseignées au préalable d’un examen. Ces données angulaires peuvent parvenir de l’utilisateur mais principalement sont données par des examens radiologiques( radiologie conventionnelle, EOS...).

[0076] Selon un mode de réalisation, le dispositif selon l’invention est configuré pour faire les ajustements angulaires automatiquement pour se conformer à ces données dites anatomiques ou positionnelles et renseignées au préalable.

[0077] Une fois les capteurs posés sur le patient et leur positionnement renseigné, la modélisation peut se conformer aux données positionnelles enregistrées, si toutefois le patient prend la même position. Celle-ci est généralement la position érigée, regard droit devant.

[0078] Les données enregistrées peuvent être : Pente sacrée, Lordose lombaire, Cyphose dorsale, ou tout autre angle pouvant être utilisé pour une correction angulaire.

[0079] Ainsi, la modélisation du rachis du patient sera modelée en temps réel. Les corrections apportées sont enregistrées. [0080] Modélisation théorique issue de données préalablement renseignées et ajustement angulaire automatique

[0081] Selon un mode de réalisation, le dispositif selon l’invention est configuré pour effectuer les étapes suivantes :

[0082] Dans une première étape, il est renseigné des données anatomiques et positionnelles provenant des examens radiologiques, tels que radiologie conventionnelle, EOS entre autres, notamment des données issues de la radiologie tel que: dans le plan sagittal, la pente sacrée puis une continuité d’ angles adj acents, soit usuels, lordose L5 Ll, cyphose T12 Tl, lordose C7 Cl.. dans le plan frontal, si besoin, des angles dits de Cobb, d’inclinaison latérale, limitant un ensemble de vertèbres, par exemple angle de Cobb entre T4 et T12, et dans le plan coronal.

[0083] Dans une deuxième étape, ces données sont utilisées dans les calculs aboutissant à la création d’un modèle dit théorique en 3D statique avec dans son intégralité le rachis et le bassin.

[0084] Dans une troisième étape, bien que les informations angulaires utilisées concernent des groupes de vertèbres ou autre éléments osseux, les calculs de ce modèle théorique établissent et enregistrent dans le dossier du patient des données angulaires de chaque élément osseux individuellement, notamment chaque vertèbre, tête, partie du bassin, membres inférieurs.

[0085] Dans une quatrième étape, un ajustement angulaire automatique de la modélisation du patient en temps réel est effectué selon les données dudit modèle théorique. Lors d’un examen, les capteurs étant initialisés puis posés sur le patient et le patient prenant une posture identique à l’examen radiologique, une correction angulaire de chaque représentation des éléments osseux peut être appliquée pour conformer la modélisation en temps réel du patient à la modélisation théorique enregistrée.

[0086] La création du modèle théorique aboutissant à l’enregistrement des données angulaires de chaque élément osseux, le niveau de positionnement des capteurs sur le patient est avantageusement libre et ne nécessite pas un placement correspondant aux angles renseignés pour la création du modèle théorique. [0087] Cet ajustement automatique peut être rappelé à tout moment de l’examen, le patient se repositionnant dans les mêmes conditions si besoin, notamment en cas de dérive électronique, de changement de capteurs, ou d’une anomalie quelconque.

[0088] Modélisation intégrant le bassin et la biomécanique du complexe pelvi sacro lombaire

[0089] De manière classique, des calculs angulaires divers faits à partir d’examens radiologiques peuvent être enregistrés, et parmi ceux-ci, certains peuvent concerner le bassin. Ils correspondent notamment à : des paramètres pelviens dits anatomiques: incidence pelvienne, distance entre les coxo fémorales, épaisseur pelvienne ; ces paramètres entrent dans la biomécanique du complexe pelvi sacro lombaire, et/ou des paramètres pelviens dits positionnels: pente sacrée et version pelvienne.

[0090] De manière connue, les paramètres incidence pelvienne, pente sacrée et version pelvienne sont liés par une équation. Ces paramètres varient avec la posture du patient. La pente sacrée correspond à l’angle formé entre le plateau sacré et l’horizontale. En conditionnant l’inclinaison de la dernière vertèbre lombaire, il conditionne 1‘ensemble de la posture rachidienne sus jacente. Il est donc indispensable de connaître au mieux cet angle de pente sacrée. Cet angle pourrait être déduit des données angulaires délivrées par un capteur posé en regard de sa face postérieure et plus particulièrement la deuxième vertèbre sacrée, point de rotation théorique du sacrum, mais, le sacrum présentant une anatomie variable, les informations angulaires ne permettront pas de déduite l’angle lui- même de pente sacrée de façon fiable.

[0091] Afin de pallier à ces inconvénients, selon un mode de réalisation, le dispositif selon l’invention est configuré pour : renseigner les paramètres pelviens issus de la radiologie, modéliser le bassin par intégration dans les calculs en vue d’une modélisation fiable du bassin selon les paramètres anatomiques, déterminer le centre de rotation instantané du sacrum ; la modélisation en temps réel peut intégrer la rotation du sacrum selon le rayon entre le centre de rotation et la deuxième sacrée, ainsi que le mouvement déduit de l’ensemble de la colonne sus jacente selon les données issus des capteurs posés sur les vertèbres, et déterminer un angle de pente sacrée fiable en position érigée à l’aide d’un ajustement angulaire tel que vu précédemment du capteur posé sur le sacrum selon la pente sacrée calculée lors d’un examen radiologique dans la même posture.

[0092] Modélisation intégrant les membres inferieurs

[0093] Grâce à l’invention, la modélisation du rachis étendu à la tête considéré comme une suite continue d’élément osseux en mouvement est acquise, ainsi que l’intégration du bassin et la biomécanique du complexe pelvi lombo sacré. Le bassin y compris les articulations coxo-fémorales peuvent être modélisés, l’anatomie du bassin et ses paramètres tel l’incidence pelvienne, l’épaisseur et la distance entre les articulations coxo- fémorales étant modélisables selon des paramètres issus de les données radiologiques.

[0094] L’ensemble de la colonne sus-jacente au sacrum, sacrum compris, a comme axe de rotation lors des mouvements le centre de rotation instantané du sacrum. Celui-ci est confondu avec le milieu de la ligne rejoignant les articulations coxo-fémorales. Ainsi, la modélisation de cet ensemble a avantageusement un point principal dit initial autour duquel toute la modélisation se meut.

[0095] La modélisation des deux membres inférieurs suit avantageusement le même processus. Chacun est, de même que la colonne, une suite continue d’éléments osseux en mouvement. Le fémur, le tibia et le pied sont considérés comme des éléments osseux indéformables répondant à cette suite continue d’éléments. Un capteur posé en regard de repères osseux à chaque niveau peut générer des informations angulaires en rapport avec des éléments osseux des membre inférieurs.

[0096] Les différentes fonctions décrites ci-dessus sont avantageusement utilisables quel que soit le type de suite d’éléments osseux. Pour les membres inférieurs, les informations de longueur relative des différents segments des membres inférieurs peuvent être utilisées. Dans une variante, à défaut, une longueur dite standard est utilisée.

[0097] Chaque modélisation a avantageusement un point principal, initial, autour duquel se meut la modélisation du membre inférieur. Il peut correspondre à la tête du fémur.

[0098] Chaque tête du fémur se confond avantageusement avec l’articulation coxo fémorale de la modélisation de l’ensemble tête-rachis-bassin. [0099] Ainsi, ces trois suites continues d’éléments osseux en mouvement sont reliées et font un ensemble dont le centre initial global est le centre de rotation instantané du sacrum.

[0100] Le besoin de mesurage : le suivi d’angle

[0101] Ayant la visualisation en temps réel et dans les trois plans d’une modélisation représentant avec fidélité le rachis étendu à la tête au bassin et aux membres inférieurs, l’analyse de la fonction dynamique de cet ensemble gagne avec des mesurages, notamment angulaires.

[0102] Il peut être utile de faire des prises de mesures lors d’une position figée pour analyser une anomalie angulaire, mais il s’avérerait aussi très utile de pouvoir suivre une anomalie lors du mouvement: comment se comporte une scoliose ou autre lors des mouvements, comment se comporte une zone particulière sur un patient présentant une arthrodèse...

[0103] Autant une mesure sur une position dite fixe peut être mesurée lors d’examen radiologiques, autant rien n’ est proposé dans les systèmes connus pour permettre de suivre l’évolution d’an angle défini entre deux vertèbres ou autre éléments osseux lors d’un mouvement complexe.

[0104] Selon un mode de réalisation, le dispositif selon l’invention est alors configuré pour : définir un ou plusieurs angles tels que le ou les côtés d’un angle sont définis relativement avec un ou des éléments osseux entrant dans la modélisation, avec :

■ dans le cas où un coté est relatif à un élément osseux, l’autre côté peut être la verticale ou l’horizontale ; s’il s’agit de la représentation d’une vertèbre, ces angles correspondent avantageusement aux angles dits de pente, où l’un des côtés est l’horizontale, et de gîte, l’un des côtés est la verticale,

■ dans le cas où les deux côtés d’un angle sont définis relativement à deux éléments osseux entrant dans la modélisation, la définition de cet angle induit avantageusement le suivi d’une modification de courbure de l’ensemble d’éléments osseux compris dans cet angle ; il peut ainsi s’agir du suivi de modification de courbure d’un ensemble de vertèbres, Y1 par exemple angle de cyphose, de lordose, de scoliose, les côtés correspondant alors aux tangentes du plateau supérieur de la vertèbre supérieure sélectionnée et du plateau inférieur de la vertèbre la plus basse sélectionnée, pour un angle défini, effectuer le calcul de cet angle dans les trois plans et le visualiser en temps réel durant le mouvement, et colliger les données recueillies relatives aux angles.

Brève description des figures

[0105] L’invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description suivante de plusieurs modes de réalisation particuliers de l’invention, donnés uniquement à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés.

[0106] [Fig.l] La figure 1 représente un sujet en cours d’examen par le dispositif de l’invention dans un certain mode de réalisation.

[0107] [Fig.2a] La figure 2a représente une colonne vertébrale vue de gauche dans le plan sagittal.

[0108] [Fig.2b] La figure 2b représente une colonne vertébrale étendue vue de gauche dans le plan sagittal.

[0109] [Fig. 3a] La figure 3a représente une vertèbre type, de gauche dans le plan sagittal.

[0110] [Fig. 3b] La figure 3b représente la vertèbre de la figure 3a de dessus dans le plan transversal.

[0111] [Fig. 4a] La figure 4a représente des plans anatomiques.

[0112] [Fig. 4b] La figure 4b représente des axes anatomiques convenablement orientés pour le calcul des angles d’Euler.

[0113] [Fig. 5] La figure 5 représente une approximation de la courbe de la colonne vertébrale par une ligne brisée et une courbe. [0114] [Fig. 6] La figure 6 représente une position de la colonne vertébrale en cours d’examen et des positions de la colonne vertébrale enregistrées.

[0115] [Fig. 7] La figure 7 représente un boîtier contenant une centrale inertielle, posé sur une vertèbre à travers de la peau et maintenu par une applique.

[0116] [Fig. 8] La figure 8 représente une centrale inertielle posée de travers sur l’apophyse épineuse par rapport à la position recherchée.

[0117] [Fig. 9] La figure 9 représente des distances entre des vertèbres.

[0118] [Fig. 10] La figure 10 représente une interface homme-machine permettant de rentrer les données anatomiques du sujet.

[0119] [Fig. 11] La figure 11 représente une vertèbre type ayant pivoté par rapport à une vertèbre voisine.

[0120] [Fig. 12] La figure 12 illustre un exemple d’ajustement angulaire.

[0121] [Fig. 13] La figure 13 illustre un exemple de constitution d’une modélisation théorique issue de données anatomiques ou positionnelles préalablement renseignées et de l’ajustement angulaire automatique selon cette posture dite théorique.

[0122]

Description des modes de réalisation

[0123] Bien que l’invention ait été motivée à l’origine par les pathologies du dos, le dispositif 14 de l’invention s’applique à toute suite continue d’éléments osseux alignés du squelette 9. Le dispositif 14 sert surtout mais pas exclusivement pour les bras, les membres inférieurs et la colonne vertébrale. Le dispositif 14 est aussi adapté à la paire de bras, la paire de membres inférieurs, avec la colonne vertébrale si l’utilisateur le souhaite etc. La présente demande développe le cas de la colonne vertébrale étendue 9.

[0124] La figure 2a représente une colonne vertébrale au sens strict (ou rachis) 6 d’un être humain vue de gauche. Elle comporte trente-trois vertèbres réparties classiquement en sous-ensembles : les sept vertèbres cervicales 5, les douze vertèbres thoraciques ou dorsales 4, les cinq vertèbres lombaires 3, les cinq vertèbres sacrées fusionnées (ou sacrum) 2 et les quatre vertèbres coccygiennes fusionnées (ou coccyx) 1. Il est d’usage de numéroter les vertèbres d’un sous-ensemble de haut en bas, en supposant que l’être humain considéré est debout ; par exemple, C7 désigne la 7 ^ieme vertèbre cervicale en partant du haut.

[0125] La figure 2b représente une colonne vertébrale étendue 9 à la tête 8. Une des contributions de l’invention est de prendre en compte la tête dans le diagnostic des pathologies de la colonne vertébrale. La tête est d’ailleurs considérée comme une vertèbre par des spécialistes de renom et appelée « vertèbre céphalique ».

[0126] Il existe un ordre naturel, anatomique entre les vertèbres (deux ordres inverses l’un de l’autre exactement) : du sacrum 2 vers la tête 8 , ce qui permet de parler de la vertèbres suivante ou précédente, ou d’une paire de vertèbres successives etc.

[0127] Les figure 3a et 3b représentent une vertèbre type 10, vue de gauche et de dessus respectivement, c’est-à-dire une vertèbre quelconque de la colonne vertébrale 6. Toutes les vertèbres de la colonne vertébrale 6 sont faites de la même façon, à quelques détails de forme ou de dimension près, ce qui justifie la notion de vertèbre type. Une vertèbre type 10 comporte à l’arrière une apophyse épineuse 11, partie pointue qui s’étend vers l’arrière en s’abaissant. Elle comporte aussi un plateau supérieur 12 et un plateau inférieur 12a, parties à peu près planes en contact avec les vertèbres voisines.

[0128] La figure 1 représente un sujet 15 d’observation en cours d’examen par un dispositif 14 selon l’invention. Le sujet 15 représenté est un être humain mais cela pourrait être un être vertébré quelconque. Une pluralité de centrales inertielles 16 sont disposées en regard de vertèbres de la colonne vertébrale 6/9 du sujet, schématisée par une ligne en trait mixte sur la figure 1. Dans l’exemple représenté, les centrales inertielles 16 sont au nombre de cinq, mais dans des variantes non représentées, un nombre plus important ou plus faible de centrales inertielles 16 peut être prévu selon les besoins. Afin de limiter le volume de mesures, il est préférable que le nombre de centrales inertielles 16 sur la colonne vertébrale 6/9 soit limité, et en tout état de cause inférieur au nombre de vertèbres. L’inventeur a constaté que sept centrales inertielles 16 sur la colonne vertébrale 9 dont une sur la tête 8 et une autre sur le sacrum 2 permettent d’obtenir des examens médicaux de qualité tout à fait satisfaisante.

[0129] Préalablement à l’utilisation du dispositif, le praticien doit fixer un ordre dans les centrales inertielles 16 : la première centrale inertielle 16, la deuxième centrale inertielle 16 etc. Cela permet de parler de la centrale inertielle suivante ou précédente, ou d’une paire de centrales inertielles successives etc. L’ordre des centrales inertielles 16 doit suivre l’ordre naturel des vertèbres, du sacrum 2 vers la tête 8 ou l’inverse. L’ordre dans les centrales inerti elles permettra par la suite d’ordonner les points de mesure.

[0130] Pour contribuer au maintien de la centrale inertielle 16 dans une position la plus proche possible de la position recherchée, chaque centrale inertielle 16 est incluse, comme montré sur la figure 7, dans un boîtier 80 de faibles dimensions. Le boîtier 80 est maintenu contre une vertèbre par une applique souple adhésive 81 qui adhère au boîtier et à de la peau 13 autour du boîtier.

[0131] Le praticien peut avantageusement choisir un point de l’anatomie comme point fixe dit « centre de rotation principal » 7 comme indiqué sur la figure 2b. La cinématique de la colonne vertébrale 6 sera alors corrigée selon des méthodes mathématiques connues. Lorsqu’on examine le dos ou les membres inférieurs, il est particulièrement avantageux de choisir comme centre de rotation principal le milieu de l’axe joignant les articulations coxo-fémorales. Cela correspond à des postures courantes d’une personne qui se penche ou s’accroupit, qu’il est d’un grand intérêt clinique d’observer. Mais on peut aussi choisir la première centrale inertielle 16 comme centre de rotation principal.

[0132] Le dispositif 14 comprend aussi une pluralité 20 de premières unités de traitement, à raison d’une par centrale inertielle 16. Dans une variante non représentée, il existe une unique première unité de traitement 20 commune à la pluralité de centrales inertielles 16. Le dispositif 14 comprend encore une deuxième unité de traitement 30 reliée, dans le mode de réalisation représenté, à une base de données 40 et à une ou plusieurs unités d’affichage 50.

[0133] La deuxième unité de traitement 30 est matériellement située à distance du sujet 7. La deuxième unité de traitement 30 pourrait être un ordinateur personnel.

[0134] La communication entre les éléments matériels placés sur le dos du sujet 15 et la deuxième unité de traitement 30 se fait par liaison filaire ou par liaison radio (par exemple Bluetooth®, de préférence à basse consommation, en anglais Bluetooth Low Energy déposé sous la marque Bluetooth Smart®, ou Wi-Fi®).

[0135] Il s’agit, préalablement à l’utilisation du dispositif 14, d’obtenir les distances curvilignes (abrégées en « distances » dans le reste de la demande) entre les centrales inertielles 16 et de les rentrer dans la deuxième unité de traitement 30. La distance entre les centrales inertielles 16 n’est autre que la distance entre les vertèbres en regard. [0136] Il existe toutes sortes de méthodes pour obtenir les distances. On peut par exemple à utiliser un mètre à roulette qu’on déplace le long de la colonne vertébrale 9 d’un sujet 15 à côté des centrales inertielles 16. Une autre méthode consiste à poser une bandelette graduée sur le dos du sujet 15 avant de poser les centrales inertielles 16.

[0137] Le dispositif 14 permet aussi, dans une variante avantageuse, d’aider le praticien à calculer les distances en s’appuyant sur un principe général d’anatomie. Les colonnes vertébrales au sens strict 6 des êtres humains sont presque toutes semblables à un facteur d’homothétie près (c’est-à-dire que seule la taille change). Donc la distance séparant une paire de vertèbres type 10 rapportée à la longueur totale de la colonne vertébrale 6 du sujet 15 est constante dans la population humaine (elle ne dépend pas du sujet 15). Par exemple, comme illustré sur la figure 9, la distance entre la vertèbre C2 et la vertèbre T3 est 1 et la longueur totale de la colonne vertébrale au sens strict 6, L. Le rapport 1/L ne dépend pas du sujet 15 considéré. On configure donc le dispositif 14 avec un abaque contenant ce rapport pour chaque paire de vertèbres types 10. Cet abaque peut faire partie intégrante du dispositif 14. Il est enregistré en pratique dans la mémoire de la deuxième unité de traitement.

[0138] On peut alors calculer la distance entre deux vertèbres types 10 d’un sujet 15 par multiplication de la longueur totale de sa colonne vertébrale 6 qu’on aura mesurée avant de l’examiner et du rapport de proportion contenu dans l’abaque entre la distance séparant ces deux vertèbres types 10 et la longueur totale de la colonne vertébrale 6.

[0139] La méthode anatomique a cependant ses limites. Elle n’est pas adaptée par exemple au cas pathologique d’un tassement de vertèbres. Elle ne permet pas non plus de calculer la distance entre la tête 8 et les vertèbres types 10. Il importe donc que la praticien puisse modifier les distance entre les vertèbres, y compris la tête 8 pour qu’elle corresponde bien à la réalité qu’il observe.

[0140] Les distances ainsi calculées ou mesurées sont enregistrées dans une table des distances. La table des distances est enregistrée dans la mémoire de la deuxième unité de traitement 30.

[0141] Le dispositif 14 est configuré pour permettre au praticien de rentrer la longueur de la colonne vertébrale 6, de modifier la table des distances, prendre en compte des documents radiographiques etc. [0142] Il s’agit encore, préalablement à l’utilisation du dispositif 14, de corriger l’orientation des centrales inertielles 16.

[0143] La notion de correction sera mieux comprise à l’aide d’un exemple. Une centrale inertielle 16 placée sur une vertèbre type 10 est censée être placée au bout de l'apophyse épineuse 11 de la dite vertèbre type 10. Dans la réalité, il est difficile de la placer exactement à l'endroit voulu à cause de la pointe au bout de l'apophyse épineuse 11 et à cause de la peau 13 qui cache la vertèbre type 10 et qui "joue" mécaniquement

[0144] La figure 8 illustre le cas d’une centrale inertielle 16 posée de travers sur l’apophyse épineuse 11 d’une vertèbre type 10 (la peau 13 entre la centrale inertielle et la vertèbre type 10 n’est pas représentée). La centrale 16, la vertèbre type 10 et l’apophyse épineuse 11 sont vues en coupe dans un plan transversal, de dessus. Ainsi le bord de la centrale inertielle 16 fait-il un angle (-a) avec la position 16a qu’il est censé avoir. Autrement dit pour ramener une mesure d’orientation prise par la centrale inertielle 16 à une orientation de la vertèbre type 10, il faut la corriger en lui appliquant une rotation d’angle a autour de l’axe perpendiculaire au plan de la figure.

[0145] Par "corriger l'orientation", on entend précisément calculer la rotation de correction qui sépare l'orientation d’une vertèbre type 10 de celle de la centrale inertielle 16 respective au départ d’une séquence de mesures. Soient V un trièdre représentant la vertèbre type 10 et C, un trièdre représentant la centrale inertielle 16 respective au départ de la séquence de mesure et R la rotation de correction. On a donc V=RC. Ce principe se généralise à la tête 8.

[0146] Pour calculer R, il existe différentes méthodes. Par exemple, selon une méthode qui utilise les principes de la biomécanique, on ordonne au sujet de regarder à l’horizontale en fixant une mire. Dans cette posture, la vertèbre a une position déterminée donc on connaît le terme V de l’équation ci-dessus, on connaît le terme C par les mesures prises par la centrale inertielle 16 et l’on en déduit R. Ce calcul est effectué par la deuxième unité de traitement 30.

[0147] La présente demande fait l’approximation qu’une vertèbre type 10 est un solide indéformable donc la rotation de correction R est constante lors d’une séquence de mesures. Donc, lors d’un intervalle de mesure quelconque, on peut déduire avec exactitude l'orientation de d’une vertèbre type 10 de l’orientation de la centrale inertielle 16 respective en la multipliant par R. [0148] La fonction de correction est aussi utile pour le placement d’une centrale inertielle 16 sur la tête 8 de la colonne vertébrale étendue 9. En fait cette fonction permet de placer la centrale inertielle 16 n’importe où sur la tête 8. Comme la tête 8 est un solide indéformable, le raisonnement tenu pour les vertèbres types 10 s’applique et l’on peut déduire lors d’un intervalle de mesure quelconque la position de de la tête 8 de la position de la centrale inertielle 16 en appliquant à celle-ci la rotation de correction R calculée initialement.

[0149] Un autre avantage qu’il y a à pouvoir corriger l’orientation d’une centrale inertielle 16 est que cela dispense le praticien de faire un travail très précis pour reposer les centrales inertielles 16 au même endroit, d’une séance d’exercice du sujet 15 à l’autre.

[0150] Le dispositif 14 est configuré pour permettre au praticien de modifier les rotations de corrections R en fonction de ses observations.

[0151] Il s’agit encore, préalablement à l’utilisation du dispositif 14, de régler les centrales inertielles 16 de telle sorte qu’elles rendent les mêmes mesures d’orientation quand elles sont placées de la même façon. En effet, une centrale inertielle 16 est censée indiquer une direction absolue qui est le Nord magnétique terrestre, grâce à un magnétomètre. En réalité, la centrale inertielle 16 diverge en ce sens qu’elle n’indique pas avec exactitude le Nord magnétique terrestre. Il importe donc de corriger cette divergence. Dans le dispositif de l’invention, on ne corrige pas la divergence par rapport au Nord magnétique terrestre mais par rapport à une direction de référence commune à toutes les centrales inertielles, fixée par l’utilisateur. On mesure donc, pour chaque centrale inertielle 16, une rotation de correction de divergence, qu’on enregistre dans la deuxième unité de traitement. La rotation de correction de divergence transforme la direction de référence en le Nord tel qu’indiqué par la centrale inertielle. Lorsque une orientation issue des mesures de la centrale inertielle 16 parvient à la deuxième unité de traitement 30, celle-ci corrige l’orientation par composition à droite par la rotation de correction de divergence respective et l’on obtient ainsi une orientation de la centrale inertielle 16 par rapport à la direction de référence.

[0152] Pour décrire clairement les mesures et les traitements effectués sur les mesures, introduisons quelques notions et notations géométriques. En anatomie, un être humain s’observe dans trois plans dits « anatomiques » comme sur la figure 4a : le plan de la vue de face ou de dos, dit plan frontal PF ; le plan de la vue de droite ou de gauche dit plan sagittal PS ; le plan perpendiculaire aux deux autres dit plan transversal PT. On introduit aussi les axes anatomiques, en relation avec les plans anatomiques, et on les oriente comme sur la figure 4b : l’axe longitudinal AL des pieds vers la tête ; l’axe sagittal AS de l’arrière vers l’avant ; l’axe transversal AT de la gauche vers la droite.

[0153] On introduit encore trois mouvements de rotation autour des axes anatomiques : le roulis en sens direct autour de AS ; le tangage en sens direct autour de AT ; le lacet en sens direct autour de AL, représentés sur la figure 4b. Il est possible selon un théorème dû au mathématicien Euler, de décrire toute rotation dans le système d’axes anatomiques par composition d’un roulis, d’un tangage et d’un lacet pris dans cet ordre. Cette description des rotations est usitée en navigation, en aéronautique, en robotique. La présente invention l’applique à la biomécanique de la colonne vertébrale.

[0154] Lors d’un cycle de mesures, chaque centrale inertielle 16 mesure les vitesses de rotation autour d’un système d’axes qui lui est propre et quantifie les mesures. Puis les mesures sont traitées par la première unité de traitement 20 associée à la centrale inertielle 16. Selon une méthode classique, les vitesses de rotation sont intégrées sur l’intervalle de temps où elles ont été mesurées pour donner des angles de rotation autour des axes de la centrale inertielle 16. On en déduit les angles de roulis, tangage et lacet donc la rotation effectuée par la centrale inertielle 16 pendant l’intervalle de temps donc son orientation à la fin de l’intervalle de temps.

[0155] Les centrales inertielles sont réalisées par exemple au moyen de microsystèmes électromécaniques (en anglais, « micro electro mechanical systems » ou MEMS). Chaque centrale inertielle est montée sur une carte électronique avec un microcontrôleur auquel est confié le calcul des orientations. Le microcontrôleur est avantageusement programmé avec un filtre de Kalman qui, sert, selon une utilisation classique des filtres de Kalman, à corriger une mesure prise en la comparant à une prédiction à partir des mesures passées et de la mesure prise. En l’espèce, les deux principales sources d’erreurs dans les mesures proviennent : des mouvements brusques du dos, qui parasitent le mouvement ordonné par le praticien ; des dérives des signaux mesurés par les composant électroniques des centrales inertielles 16.

[0156] Dans une autre variante non représentée sur les dessins, les centrales inertielles 16 sont reliées à une carte électronique « mère », portée à la ceinture par le sujet. Dans cette variante, il y a une unique première unité de traitement 20 commune aux centrales inertielles 16, réalisée par la carte électronique mère.

[0157] Les orientations des centrales inertielles 16 sont ensuite transmises à la deuxième unité de traitement 30. Elles sont complétées pour chaque centrale inertielle 16 et chaque vertèbre respective par une donnée de distance de la vertèbre par rapport à une vertèbre de référence, par exemple le sacrum 2. On détermine ainsi une position de la vertèbre d’où une position de la pluralité de vertèbres.

[0158] La deuxième unité de traitement 30 interpole un segment de courbe 32 entre deux centrales inertielles successives 16 à partir de l’orientation de la première des deux centrales et de la distance qui les sépare.

[0159] Une méthode d’interpolation en première approximation, illustrée par la figure 5, consiste à projeter l’orientation des centrales inertielles 16 concernées dans les plans frontal et sagittal et à considérer chaque vecteur 31 ainsi obtenu comme un vecteur directeur de la tangente à la colonne vertébrale étendue 9 (sur la figure 5, seule la colonne vertébrale 6 est représentée) dans le plan considéré, au niveau de la vertèbre en regard de la centrale inertielle 16 considérée. Les tangentes se coupent et forment ainsi une ligne brisée 33. Plus les centrales inertielles sont nombreuses, plus les points de mesures sont nombreux, plus la ligne brisée a l’allure d’une courbe 34.

[0160] On peut obtenir une représentation plus réaliste de la colonne vertébrale étendue 9 en recourant à des méthodes de construction de courbes telles que la méthode d’Euler ou la méthode Runge-Kutta.

[0161] On obtient ainsi, à chaque intervalle de temps de mesures, un ensemble de points géométriques, formant la courbe 34, qui sont pour une part la représentation des mesures et qui sont pour une autre part calculés c’est-à-dire interpolés. Le calcul de points géométriques, pour l’interpolation, permet de réduire considérablement le nombre de points géométriques à mesurer.

[0162] La courbe 34 représente la colonne vertébrale étendue 9. Après les calculs, la deuxième unité de traitement 30 vérifie si la courbe 34 respecte des limites biomécaniques de la colonne vertébrale étendue 9. Par exemple, il vérifie que l’écart angulaire entre deux vertèbres type 10a et 10b successives, illustré sur la figure 11, ne dépasse pas une certaine limite. S’il dépasse cette limite, le praticien en est averti par un rapport du dispositif qui peut prendre par exemple la forme d’une fenêtre apparaissant à l’unité d’affichage 50 et contenant un message d’erreur. Il appartient au praticien de faire l’analyse de cette anomalie. En pratique, elle est très souvent due à des imprécisions de mesure des centrales inertielles 16 ou à des données rentrées erronées. Il convient alors, suivant le cas, de « réinitialiser » les centrales inertielles 16 ou de corriger les données rentrées.

[0163] Le dispositif 14 a été conçu pour un sujet 15 en mouvement mais il est adapté au cas clinique important d’un sujet 15 immobile.

[0164] On affiche alors sur la ou les unités d’affichage 50 des images de la colonne vertébrale formées à partir des ensembles de points géométriques. On peut de plus, par des méthodes d’informatique graphique connues, comme celles utilisées dans les domaines techniques de la Conception Assistée par Ordinateur, donner aux images un aspect réaliste de colonne vertébrale 6/9, on peut leur donner un effet de relief, on peut faire pivoter les images, voir la colonne vertébrale 6/9 sous différents angles etc. (on parle alors de « mode avatar » ou de « mode 3D »). Une représentation sous forme d’une ligne brisée reliant les capteurs est intéressante aussi pour le praticien (c’est le « mode géométrique »). Si toute une séquence de mesures a été prise, on peut aussi dérouler la séquence d’images pour voir le mouvement effectué. Ces images sont significatives pour le praticien et l’aident à apprécier l’état et le comportement du dos du sujet 15 lors d’un mouvement.

[0165] Le dispositif fonctionne « en temps réel » en ce sens qu’entre deux cycles successifs de mesures prises par les centrales inertielles 16, le dispositif 14 accomplit un cycle de traitement complet, dans la première et la deuxième unités de traitement 20, 30, allant jusqu’à l’affichage de la courbe 34 représentative de la colonne vertébrale (sous une forme éventuellement plus élaborée que la courbe 34) sur une unité d’affichage 50. Ainsi le dispositif 14 met à jour des positions de la pluralité de vertèbres et les affiche sous la forme graphique souhaitée avant la mesure suivante. Le temps de traitement et d’affichage doit être compatible avec une fréquence d’acquisition des mesures d’au moins 12 Hz. Il est évidemment compatible avec des fréquences inférieures.

[0166] L’affichage et/ou 1‘ enregistrement des positions de la pluralité de vertèbres sont déclenchés par le praticien qui exploite le dispositif 14 (seules les positions de la pluralité de vertèbres sont enregistrées, pas la courbe formée à partir d’elles). Le praticien peut afficher des images et/ou enregistrer des positions de la pluralité de vertèbres une à une Tl ou en séquence. S’il choisit de faire un enregistrement en séquence, il peut en régler fréquence des enregistrements.

[0167] Par la suite, le praticien peut « repasser » une séquence enregistrée. La deuxième unité de traitement formera de nouveau des courbes à partir des positions de pluralités de vertèbres. Lorsqu’il repasse la séquence enregistrée, le praticien peut supprimer certaines positions de la pluralité de vertèbres s’il les juge inutiles.

[0168] Tous les réglages, toutes les commandes du dispositif 14 que le praticien doit effectuer, notamment ceux évoqués (table des distances, limites biomécaniques, données anatomiques du sujet, fréquence d’acquisition des mesures), se font à travers une interface homme-machine .

[0169] L’interface homme-machine utilise dans tous les modes de réalisation au-moins une unité d’affichage d’interface 60, visible sur la figure 1. En général, l’unité d’affichage d’interface 60 se confond avec l’unité d’affichage 50. Classiquement, l’unité d’affichage d’interface 60 affiche des fenêtres 65 comme sur la figure 10 avec une zone de titre 66 indiquant par exemple « Informations anatomiques », des cases à remplir 67, invitant à rentrer la « Pente Sacrée » PS, la « Version Pelvienne » VP, la « Distance » D ; un bouton 68a de validation et un bouton 68b d’annulation. La fenêtre 65 disparaît lorsqu’on appuie sur un des boutons. L’unité d’affichage d’interface 60 permet de « naviguer » entre les pages par des liens ou des renvois etc. L’unité d’affichage d’interface 60 se présente par exemple sous la forme d’un écran tactile avec un clavier intégré c’est-à-dire affiché sur l’unité d’affichage d’interface 60. L’écran tactile évite au praticien d’être encombré par des périphériques tels qu’un clavier et une souris. Une unité d’affichage de l’interface homme-machine 60 peut être intégrée à une borne fixe destinée à être installée près d’un poste d’exercice du sujet 15.

[0170] Dans un mode de réalisation préféré, l’interface homme-machine comporte une unité de commande « mains libres » sous forme d’une double pédale ou d’un système à commande vocale. La première pédale sert à enregistrer les positions de la pluralité de vertèbres, la seconde pédale à mettre fin à l’enregistrement. La commande vocale offre les mêmes fonctions ; chaque fonction correspond à un mot ou une courte suite de mots convenu.

[0171] Dans un mode de réalisation, on peut extraire de la base de données 40 des positions d’une deuxième pluralité de vertèbres 71, 72, 75, 76 destinées à être comparées à des positions de la pluralité de vertèbres qu’on est en train de produire au moyen du dispositif 14 ou destinées à être comparées entre elles.

[0172] Nous allons maintenant décrire les trois cas d’usage principaux : la séance d’exercices, le bilan et le comparatif.

[0173] Quant à la séance d’exercices, il s’agit du cas où une personne, le sujet 15, effectue des exercices de rééducation ordonnés par un praticien médical.

[0174] Le praticien lance la séance d’exercices à travers l’interface homme-machine. Sur l’unité d’affichage d’interface 60 apparait une fenêtre dite « pose des capteurs ».On peut créer une nouvelle sélection de points de mesure parmi les vertèbres 10 y compris la tête 8. Dans ce cas, le praticien installe les appliques 81 puis les centrales inertielles 16 les unes après les autres aux endroits qu’il a sélectionnés et indique en regard de quel élément osseux il les a disposées. Il mesure la distance entre chaque capteur et l’enregistre dans la deuxième unité de traitement 30.

[0175] On peut choisir dans une liste et utiliser une sélection de points de mesure préenregistrée. Par exemple, la sélection de points de mesures utilisant 7 centrales inertielles 16 posés sur la tête 8 puis sur les vertèbres C7, T4, T9, T12, L3, S2 offre en général le meilleur compromis entre la précision des observations et le volume des données pour une observation de l’ensemble de la colonne vertébrale. On doit alors placer appliques 81 et centrales inertielles 16 selon la sélection. Soit en utilisant les distances données, soit en plaçant les centrales inertielles 16 en regard des vertèbres correspondantes. Le praticien valide cette étape.

[0176] Une nouvelle fenêtre apparait à l’unité d’affichage d’interface 60. Dans la partie principale est visible la représentation de la colonne vertébrale étendue 9 en mouvement, en temps réel et en 3 D. Latéralement 3 petites fenêtres me permettent d’avoir une vision dans les 3 plans anatomiques PS, PF, PT. Le centre de rotation principal 9 est extérieur au sacrum 2.

[0177] Le praticien peut améliorer le réalisme de la courbe pour se rapprocher de ce qu’il estime être la réalité, en corrigeant les angles donnés par les centrales inertielles 16. Il ouvre une fonction « ajustement angulaire » et peut modifier dans chaque plan, l’angulation par centrale inertielle 16. C’est un cas simplifié d’application d’une rotation de correction illustré à la figure 11. Le dispositif 14 lui propose aussi de l’aider. Par exemple, pour la tête 8, il est proposé de demander au sujet 15 d’avoir un regard droit et de valider que la tête 8 est considérée comme droite. Selon un autre exemple, pour le sacrum 2 et le bassin en général, il est proposé que le dispositif de l’invention prenne en compte les données anatomiques déjà enregistrées, notamment pente sacrée et inclinaison latérale. On peut vérifier et corriger le résultat. Le praticien peut aussi agir sur la distance entre les centrales inertielles 16 en retournant a la fenêtre « pose des capteurs ». Il peut aussi améliorer la représentation du bassin en corrigeant les distances et angulations entre le sacrum et les coxo-fémorales, voire, valider l’utilisation de données anatomiques préenregistrées. Une fois qu’il est satisfait de la représentation de la colonne vertébrale étendue 9, il peut faire prendre au sujet 15 une pose facile à reproduire et enregistrer la forme de la représentation correspondante.

[0178] Durant toute la séance, un voyant l’avertit de la bonne qualité des données utilisées. En cas de voyant orange ou rouge, il peut selon le cas, retourner à la fenêtre « statut des capteurs » ou la fenêtre « pose des capteurs ». Il peut ainsi soit par exemple, re inspecter des centrales inertielles 16 perdues, soit les réinitialiser dans une position enregistrée, soit échanger une centrale inertielle 16 par une centrale inertielle 16 de réserve. Il peut à tout moment revenir sur la fenêtre « pose des capteurs » et modifier leurs emplacements et leur nombre, en vue d’un examen plus large ou plus précis.

[0179] Le praticien peut utiliser le dispositif pour faire un « bilan ».

[0180] Lors d’un bilan, le praticien ordonne au sujet 15 d’effectuer un mouvement. Il enregistre durant le mouvement les positions de la pluralité de vertèbres qu’il juge pertinentes et cruciales. Il s’aide d’une double pédale de commande ou d’une commande vocale pour lui libérer les mains et aussi lui permettre de se déplacer autour du patient.

[0181] Une fois les positions de la pluralité de vertèbres intermédiaires jugées importantes enregistrées, il valide la fin de l’enregistrement et s’ouvre une nouvelle fenêtre constituée en son centre d’une reconstruction des positions enregistrées avec la possibilité d’une animation. Il peut visualiser cette animation « en 3d », dans le « mode géométrique » ou le « mode avatar », avec ou sans vecteurs... et dans les plans anatomiques PS, PF, PT. Il peut supprimer des positions jugées inutiles, enregistrer des photos qui lui semblent évocatrices en vue d’un compte rendu, il peut annoter l’ensemble. Ces fonctions sont particulièrement utiles à l’élaboration de comptes-rendus nécessaires dans la pratique médicale, sous forme de fichiers informatiques. [0182] La fonction de comparatif permet de comparer un examen médical du sujet 15 avec un examen médical passé enregistré dans la base de données. Un examen est essentiellement caractérisé par un mouvement à effectuer et par une sélection de points de mesure.

[0183] Avant de lancer un comparatif, le praticien affiche la fiche du sujet 15 sur l ’unité d’affichage de l’interface homme-machine 60. Il choisit alors dans la fiche l’examen à renouveler. La sélection de points de mesure y est mentionnée. Il dispose les appliques 81 et les centrales inertielles 16 comme indiqué sur la sélection de points de mesure.

[0184] Le praticien lance alors le comparatif et ordonne au patient de faire le mouvement de l’examen. Une fenêtre spécifique fait apparaitre des positions d’une deuxième pluralité de vertèbre 71, 72, 75, 76 extraites de la base de données et réalisant une animation du mouvement effectué lors du dernier examen, et en surbrillance les positions de la première pluralité de vertèbre correspondant au mouvement que le sujet 15 est en train d’effectuer.

[0185] Le praticien lance aussi l’enregistrement et la deuxième unité de traitement 30 enregistre automatiquement les positions de la première pluralité de vertèbres lorsqu’elles entrent dans un voisinage des positions de la deuxième pluralité de vertèbres. La notion de voisinage dépend de l’application qui est faite du dispositif 14 (colonne vertébrale, membre inférieur, membre supérieur...). Elle dépend aussi des points de mesures sélectionnés, par exemple, dans le cas de la colonne vertébrale, en supposant que le sacrum 2 fait partie des points de mesure sélectionnés, le voisinage peut désigner un intervalle de valeurs du paramètre anatomique « pente sacrée ».

[0186] Une fois que le sujet 15 a fini son mouvement, l’unité d’affichage d’interface 60 ouvre une fenêtre avec la superposition des premières et des positions de la deuxième pluralité de vertèbres 71, 72, 75, 76 enregistrées. Cette fonction donne la possibilité au praticien d’analyser les différences entre les positions de la première et de la deuxième pluralité de vertèbres. Il peut analyser la différence en modifiant l’angle de vue ou en sélectionnant les vignettes des plans anatomiques PS, PF, PT. Il peut, grâce à un outil logiciel, mesurer les angles qu’il juge utile. Il peut préparer un compte-rendu nécessaire à la pratique médicale, sous forme de fichier informatique.

[0187] Pour comparer plusieurs enregistrements entre eux c’est-à-dire plusieurs positions de la deuxième pluralité de vertèbres généralisées entre elles, 71 et 75 par exemple, le praticien se contente d’afficher les positions de la deuxième pluralité de vertèbres sur l’unité d’affichage 50 et procède à une comparaison visuelle.

[0188] Dans le mode de réalisation du dispositif 14 de l’invention le plus général, où il est adapté à d’autres sortes de suites continues d’éléments osseux que la colonne vertébrale étendue 9, le dispositif 14 permet au praticien de choisir d’emblée la suite continue d’éléments osseux 9 qui l’intéresse, par exemple l’un des membres inférieurs. Le praticien peut aussi modifier les distances et angulations entre le sacrum 2 et l’articulation coxo-fémorale 7, en s’appuyant éventuellement sur des données anatomiques pré-enregistrées comme une radiographie, pour améliorer à ses yeux la représentation du bassin.

[0189] Dans l’exemple de l’un des membres inférieurs, une sélection de points de mesures pertinente est formée 5 centrales inertielles 16 disposées en regard du sacrum 2, des 2 trochanters, de la tête des péroné, du dos du pied considéré globalement comme un élément osseux. Pour un membre inférieur, il y a alors un centre de rotation 7 au niveau de l’articulation coxo-fémorale 7.

[0190] Il sera précisé que la première unité de traitement 20 et la deuxième unité de traitement 30 peuvent indépendamment être réalisées sous différentes formes, de manière unitaire ou distribuée, au moyen de composants matériels et/ou logiciels. Des composants matériels utilisables sont les circuits intégrés spécifiques ASIC, les réseaux logiques programmables FPGA ou les microprocesseurs. Des composants logiciels peuvent être écrits dans différents langages de programmation, par exemple C, C++, Java ou VHDL. Cette liste n'est pas exhaustive.

[0191] La figure 12 illustre un exemple de correctif angulaire appliqué aux données angulaires générées par les capteurs, ce correctif étant mémorisé et pris en compte dans les calculs aboutissant à la modélisation, comme décrit précédemment.

[0192] La figure 13 illustre un exemple de correctif angulaire à partir d’un modèle théorique de la posture préalablement établi, comme décrit précédemment.

[0193] Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec plusieurs modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention. [0194] L’usage du verbe « comporter », « comprendre » ou « inclure » et de ses formes conjuguées n’exclut pas la présence d’autres éléments ou d’autres étapes que ceux énoncés dans une revendication.

[0195] Dans les revendications, tout signe de référence entre parenthèses ne saurait être interprété comme une limitation de la revendication. ]