Brevet FR2543834A1 — publié le 19841012

La présente invention se rapporte à une sonde à géométrie variable pour la mesure des, contraintes radiales dans un sphincter d'un organisme vivant, comprenant une tête radialement expansible, dotée d'organes permettant de mesurer les contraintes à sa périphérie. On sait que l'étude des propriétés mécaniques des sphincters gastro-intestinaux et de leurs variations dans le temps a été entreprise Il apparaît à présent que les contraintes radiales exercées par les sphinters dépendent du diamètre des sondes qui y sont introduites Or, les sondes à ballonnets usuellement mises en oeuvre se prêtent mal à la mesure du diamètre qu'elles imposent aux sphincters et à celle de la contrainte que ceux-ci exercent, lorsque la pression créée dans les ballonnets s'accroît à un point tel que ceuxci sont le siège de hernies en amont ou en aval du sphincter De plus, les mesures doivent être renouvelées avec des sondes de diamètre différent, étant donné que la contrainte radiale imposée par le sphincter dépend du diamètre de la sonde. L'invention a pour but de créer une sonde du genre considéré, qui permette des mesures précises de diamètre et de pres- sion au cours de cycles exécutés à vitesses d'expansion et de ré- traction bien déterminées et qui soit ainsi utilisable pour établir les propriétés tant visqueuses qu'élastiques des sphincters. A cet effet, selon l'invention, la tête expansible de la sonde est constituée par un ensemble déployable d'éléments rigides articulés qui s'inscrit constamment dans une surface de révolution de rayon variable, de préférence cylindrique, et dont l'expansion et la rétraction sont commandées par un moteur auquel il est mécaniquement relié par un moyen de liaison souple, tandis que les organes de mesure sont des capteurs de pression, tels que des jauges de contrainte ou des capteurs piézoélectriques ou à induction électromagnétique, disposés à la -périphérie dudit en- semble Le rayon d'une telle sonde est toujours parfaitement défini et peut être connu avec précision à tout moment, par exemple grâce à un compte-tours électronique couplé au moteur De même, les cap- teurs fournissent en permanence une exacte mesure des contraintes engendrées par le sphincter. Dans une forme d'exécution préférée, l'ensemble précité d'éléments rigides articulés comprend plusieurs croisillons, par exemple au nombre de trois, régulièrement répartis en étoile autour d'un axe, Les bras de chaque croisillon étant articulés du côté extérieur à une semelle oblongue guidée de façon à rester paral- lèle audit axe et dotée sur sa face externe d'un capteur de pression, et du côté intérieur à une paire de noix déplaçables en éloignement ou en rapprochement mutuel suivant l'axe précité sous l'action dudit moteur Le guidage des semelles peut être obtenu d'une ma- nière simple en prévoyant que l'un des bras de chaque croisillon porte un doigt qui glisse dans une rainure creusée dans l'autre bras suivant un tracé tel que la semelle correspondante se trouve forcée de rester parallèle à l'axe de la tâte de la sonde De pré- férence, lesdites noix comportent des filetages internes de sens opposé et sont montées respectivement sur l'une et l'autre des parties d'une tige filetée à double pas inverse; cette tige, dis- posée suivant l'axe précité, est reliée au moteur par un flexible d'entraînement en rotation D'autre part, les capteurs de pression sont de préférence assujettis à la face interne de lamelles éla- tiques dont chacune est fixée par une extrémité à la face externe de la semelle correspondante en s'étendant sensiblement parallèle- ment à ladite face. Afin d'assurer le maintien de la tête expansible dans le sphincter o elle est placée, les semelles périphériques qu'elle comporte peuvent être pourvues d'extrémités incurvées vers l'exté- rieur qui se calent de chaque côté du sphincter Mais il est préfé- rable de prévoir simplement que les semelles présentent une longueur notablement plus grande que l'étendue axiale du sphincter auquel la sonde est destinée. Il convient de coupler audit moyen de liaison méca- nique au moteur un compte-tours permettant de connaître à tout ins- tant le diamètre de la tête expansible Ce compte-tours appartient de préférence à un module électronique qui délivre un signal expri- mant la déformation imposée au sphincter en fonction du nombre de tours du moteur De plus, à ce moyen de liaison mécanique sont avan- tageusement couplés des dispositifs de fin de course commandant une inversion aut Qmatique du sens de' rôtation du moteur lorsque la tête expansible atteint son diamètre soit minimal, soit maximal, afin d'é- viter tout effort excessif tant sur le sphincter étudié que surla sonde. Pour permettre le choix de la vitesse d'expansion et de contraction de la tete expansible, il convient de doter le moteur d'un variateur de vitesse. Par ailleurs, en raison du risque de corrosion dû à la présence de sucs parfois agressifs dans les organismes vivants, ladite tête est avantageusement enfermée dans une enveloppe protectrice étanche et suffisamment souple pour ne pas fausser les mesures de pression. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, en'regard des dessins annexés, d'exemples de réalisation non limitatifs. La figure 1 représente en élévation laté- rale une sonde selon l'invention. La figure 2 représente une vue frontale de la sonde de la figure 1. La figure 3 représente en plan l'une des semelles de la sonde des figures I et 2. La figure 4 représente en perspective une semelle dans une variante d'exécution. La figure 5 représente schématiquement l'ensemble de la sonde et de ses accessoires, La figure 6 représente un graphique mon- trant la relation -entre le diamètre de la sonde et le nombre de tours de son moteur d'actionnement, La figure 7 représente des courbes de pression d'un sphincter en fonction du taux d'expansion de la sonde. La sonde représentée aux figures 1 et 2 est constituée par une tête expansible 32 comprenant trois groupes articulés et déformables 1,2,3 identiques,disposés radialement à 1200 l'un de l'autre autour d'un axe 4. Chaque groupe 1,2 ou 3 comprend un croisillon formé de deux bras 5,6 de même longueur, dont les extrgmités exté- rieures sont articulés à une semelle 7 oblongue en deux points espacés de celle-ci, désignés par les références Il et 12, et les extrémités intérieures respectivement à deux noix 8,9 vissées chacune sur l'une des parties d'une tige rotative 10 à double filetage inverse, disposée sui- vant l'axe 4 Afin d'assurer un maintien constant des se- melles 7 en situation parallèle à l'axe 4, le bras 6 de chaque croisillon comporte, à son intersection avec le bras 5, un doigt 13 qui glisse dans une rainure 14 creusée dans le bras 5 suivant un tracé courbe conçu à cet effet. Les semelles-7, dont la face externe est contenue dans un plan perpendiculaire à la direction radiale correspondante, sont ainsi régulièrement réparties sur une surface cylindrique-virtuelle 15 dont l'axe est confondu avec l'axe 4 La tige 10 se prolonge par un câble d'acier souple 16 relié à un moteur 18 (figure 5) et en- touré d'une gaine souple 17 stationnaire, liée d'un c 6 té au carter du moteur et de l'autre côté à la noix 8 en empêchant de tourner celle-ci, et par suite l'ensemble de la tête expansible Lorsque l'on fait tourner la tige 10 à l'aide du moteur 18, les noix 8 et 9 s'écartent ou se rapprochent l'une de l'autre, de sorte que les éléments articulés 1,2 et 3 subissent simultanément une expansion ou une rétraction, le ray-on R de la surface cylindrique sur laquelle se trouvent les semelles 7 variant corrélativement. Sur la face externe de chaque semelle 7 est soudée une lamelle élastique 19 s'étendant dans un plan très légèrement oblique vers l'extérieur par rapport au plan de la semelle, en regard d'une ouverture rectangulaire pratiquée dans celle-ci Sur la face interne de cette lamelle est collé un capteur de pressioq constitué par une jauge de contrainte 21, Les trois jauges de contrainte 121 spnt reliées, par des conducteurs électriques 22 courant le long du flexible 16,17 d'actionnement de la tête 32 (figure 5), à un en- semble électronique comprenant un module 23 d'alimentation et d'amplification et un enregistreur 24. A son extrémité de liaison au moteur 18, le câble 16 comporte une tige filetée 25 sur laquelle est vissée une noix 26 non rotative Cette noix, lorsque le moteur 18 tourne, se déplace le long de la tige filetée en entraînant une aiguille indicatrice 27 le long d'un cadran 28 gradué en nombre de tours du câble 16 La posi- tion de l'aiguille 27 sur le cadran 28 permet de connaître le diamètre 2 R 1 de la tête 32 à l'aide d'un graphique tel que celui de la figure 6; de par la structure de celle- ci, la relation entre son diamètre et le nombre de tours n'est en effet pas linéaire L'aiguille 27 est au surplus susceptible d'agir sur des interrupteurs de fin de course 29,30 qui déclenchentune inversion du sens de rotation du moteur 18, par l'intermédiaire du circuit de commande 31 de celui-ci. te moteur est relié aussi à un module élec- tronique 33, comportant un compte-tours et délivrant un signal qui exprime la déformation imposée par la sonde en fonction du-nombre de tours du moteur 18, ainsi que la vitesse d'évolution de cette défor- mation Après un traitement approprié, ce signal est en- voyé à l'enregistreur 24. Une fois les jauges de contrainte 21 étalon- nées par application sur celle-ci de pressions connues, on introduit la sonde dans le sphincter dont on désire étudier les propriétés (par exemple te sphincter anal ou le sphincter cardial) et on relève la pression qu'il exerce sur la sonde pour différents diamètres 2 R donnés à celle-ci, et ce au cours de cycles d'expansion ré- traction successifs dont la durée peut être ajustée grâce à un variateur de vitesse inclus dans le circuit de commande 31 du moteur 18 Les courbes de la figure 7, obtenues à l'aide de l'enregistreur 24, sont données à titre d'exemple de résultats obtenus Ces courbes, qui in- diquent la pression du sphincter en fonction du taux d'ex- pansion de la sonde (valeur relative du rayon R de celle- ci par rapport à son rayon minimal R), et ce sur deux cycles successifs, montrent le comportement hystérétique du sphincter examiné Le premier cycle est représenté en trait continu et le second en tirets La vitesse d'ex- pansion est constante et correspond à un temps d'expansion de 15 secondes. L'établissement de tels réseaux de courbes expérimentales permet, par traitement des données obtenues, de mettre au point des modèles mathématiques rendant com- pte du comportement visco-élastique des différents sphinc- ters de l'organisme humain. La figure 4 représente une variante selon laquelle on utilise des semelles 7 ' dont les extrémités sont relevées vers l'extérieur afin d'empêcher que la sonde échappe au sphincter en cours d'expérimentation Mais il suffira en général d'utiliser dans le même but des semelles 7 sensiblement planes offrant une longueur nota- blement plus grande que celle du sphincter considéré, par exemple deux ou trois fois plus longues. Le circuit de commande 31 du moteur 18 com- prend, outre les éléments qui ont été mentionnés plus haut, des éléments permettant manuellement d'arrêter le moteur ou d'en inverser le sens de rotation, afin de limiter à toute valeur désirée la dilatation imprimée par la sonde au sphincter dans lequel elle est placée En outre, un frein est associé au moteur 18, lequel ne fonctionne qu'un bref instant (par exemple un dixième de seconde) pour arrêter le moteur à chacun de ses changements de sens, ceci afin d'amoindrir les phénomènes d'auto-induction se pro- duisant aux inversions de sens du moteur, R E V E N D I C A T I O N S 1 Sonde à géométrie variable pour la mesure des contraintes radiales d'un sphincter de l'organisme humain, comprenant une tête radialement expansible, dotée d'or- ganes permettant de mesurer les contraintes à sa périphérie, caractérisée par le fait que la tête expan- sible ( 32) est constituée par un ensemble déployable d'éléments rigides articulés qui s'inscrit constamment dans une surface de révolution ( 15) de rayon (R) variable, de préférence cylindrique, et dont l'expansion et la ré- traction sont commandées par un moteur ( 18) auquel il est mécaniquement relié par un moyen de liaison souple, tandis que les organes de mesure sont des capteurs de pression ( 21) disposés à la périphérie dudit ensemble, 2 Sonde selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'ensemble d'éléments rigides articulés comprend plusieurs croisillons ( 5,6), par exemple au iombre de trois, régulièrement répartis en étoile au- tour d'un axe ( 4), les bras ( 5,6) de chaque croisil- lon étant articulés du côté extérieur à une semel- le oblongue ( 7) guidée de façon à rester parallèle audit axe ( 4) et dotée sur sa face externe d'un capteur de pression( 21), et du côté intérieur à une paire de noix ( 8,9) déplaçables en éloignement ou en rapprochement mutuel suivant l'axe ( 4) précité sous l'action dudit moteur ( 18). 3 Sonde selon la revendication 2, caractérisée par le fait que l'un des bras ( 5,6) de chaque croisillon porte un doigt ( 13) qui glisse-dans une rainure creusée dans l'autre bras suivant un tracé tel que la semelle ( 7) correspondante se trouve forcée de rester parallèle à l'axe ( 4) de la tête ( 32) de la sonde. 4 Sonde selon la revendication 2 ou 3, carac- térisée par le fait que les noix ( 8,9)comportent des file- tages internes de sens opposé et sont montées respective- ment sur l'une et l'autre des parties d'une tige filetée ( 10) à double pas inverse, cette tige, disposée sui- vant l'axe ( 4) précité, étant reliée au moteur ( 18) par un flexible ( 16,17) d'entraînement en rotation. Sonde selon l'une quelconque des reven- dications 2 à 4, caractérisée par le fait que les cap- teurs de pression ( 21) sont assujettis à la face interne de la- melles élastiques ( 19) dont chacune est fixée par une. extrémité à la face externe de la semelle ( 7) correspondante en s'étendant sensiblement parallèlement à ladite face. 6 Sonde selon l'une quelconque des reven- dications 2 à 5, caractérisée par le fait queses se- melles ( 7) présentent une longueur notablement plus grande que l'étendue axiale du sphincter auquel elle est destinée. 7 Sonde selon l'une quelconque des reven- dications I à 6, caractérisée par le fait qu'au moyen de liaison mécanique au moteur ( 18) est couplé un compte- tours appartenant à un module électronique ( 33) quidé- livre un signal exprimant la déformation imposée au sphincter en fonction du nombre de tours du moteur ( 18). 8 Sonde selon l'une quelconque des reven- dications I à 7, caractérisée par le fait que sont pré- vus des dispositifs de fin de course commandant une inversion automatique du sens de rotation du moteur, lorsque la tête expansible ( 32) atteint son diamètre soit minimal, soit maximal. 9 Sonde selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 8, caractérisée par' le fait que le moteur ( 18) est doté d'un variateur de vitesse. 10 Sonde selon l'une quelconque des reven- dications I à 9, caractérisée par le fait que la tête expansible ( 32) est enfermée dans une enveloppe protec- trice étanche et souple.