Brevet FR2863856A1 — publié le 20050624

OUTIL ET PROCÉDÉ DE MESURE DE LA RAIDEUR MÉCANIQUE D'UN MILIEU SELON UNE DIRECTION DOMINÉE La présente invention concerne un outil et un procédé de mesure de la raideur mécanique d'un milieu selon une direction déterminée. Un exemple non limitatif d'application de la présente invention concerne le domaine médical pour la mesure de la raideur mécanique de tissus biologiques selon une direction perpendiculaire à une surface libre des tissus biologiques, par exemple pour la mesure de la raideur mécanique de tissus biologiques sur un patient tels que la peau, des tissus intraorbitaires, etc... En effet, il existe un besoin important d'un outil pour réaliser des mesures sur un patient de la raideur mécanique de tissus biologiques. Un premier exemple concerne l'ophtalmologie, et plus particulièrement le diagnostic et le traitement de l'exophtalmie. L'exophtalmie est une maladie qui se traduit par une augmen- tation du volume des graisses et des tissus musculaires intra- orbitaires, et qui provoque un déplacement des yeux du patient en dehors de leurs orbites. La position des yeux peut être rétablie par une opération chirurgicale consistant, par exemple, à enlever une partie des graisses intra-orbitaires ou à retirer une partie des os de la cavité orbitale donnant ainsi accès aux sinus vers lesquels sont dirigés les tissus en excès. Lors du traitement de l'exophtalmie, le chirurgien est amené à exercer une pression sur l'oeil pour le remettre dans une position adéquate, en évacuant la graisse excédentaire dans des emplacements préalablement libérés au niveau des sinus. Dans le cas du diagnostic et du traitement de l'exophtalmie, la pression à appliquer sur l'oeil par le médecin reste une expérience essentiellement subjective dont l'enseignement est délicat. Il existe donc un besoin d'un outil de mesure pour déterminer avec précision la raideur mécanique des tissus intraorbitaires permettant alors au médecin d'effectuer un diagnostic préopératoire sur la base de mesures objectives. Pendant le traitement opératoire de l'exophtalmie, un tel outil peut constituer un outil d'aide au geste chirurgical permettant notamment de vérifier les consignes fixées lors de la planification de l'opération. Un second exemple de domaine dans lequel il existe un besoin important pour un outil de mesure sur un patient de la raideur mécanique des tissus biologiques est la chirurgie esthétique. En effet, il est souhaitable, pour certaines opéra- tions de chirurgie esthétique, de déterminer au préalable les conséquences sur l'esthétique du visage de modifications des structures osseuses (maxillaires, os malaires, etc...). Pour ce faire, le médecin utilise des outils de modélisation qui déter- minent le repositionnement théorique des tissus biologiques, notamment la peau, suite à l'intervention chirurgicale. Les outils de simulation mettent généralement en oeuvre des modèles biomé- canique de la peau dans lesquels le comportement de la peau selon une direction donnée est fréquemment le même pour tous les patients. Toutefois, les propriétés d'élasticité de la peau peuvent varier de façon importante selon les patients. Il est donc souhaitable de pouvoir disposer d'un outil permettant de mesurer facilement les propriétés d'élasticité de la peau d'un patient, de préférence en différents endroits du corps ou du visage du patient selon l'intervention de chirurgie esthétique prévue, pour obtenir une estimation préalable plus précise du repositionnement des tissus biologiques suite à l'intervention de chirurgie esthétique. Il existe des bancs de test permettant de mesurer la raideur mécanique selon une direction déterminée de milieux, notamment de tissus biologiques. Il s'agit, par exemple, des bancs de la gamme E1fTM commercialisés par la société EnduraTEC. Un échantillon du milieu à tester est placé sur un socle. Un bras mécanique exerce alors un effort sur l'échantillon selon la direction déterminée. On mesure simultanément l'effort appliqué par le bras mécanique et le déplacement du bras mécanique selon la direction déterminée pour déterminer la raideur mécanique de l'échantillon. Toutefois, de tels bancs de test nécessitent généralement la réalisation d'échantillons à partir du milieu à tester (tests in vitro) et sont donc incompatibles avec la réalisation de mesures directement sur le milieu à tester (tests in vivo). La présente invention vise un outil et un procédé de mesure de la raideur mécanique selon une direction déterminée d'un milieu permettant la réalisation de mesures directement sur le milieu. La présente invention vise également un outil et un procédé de mesure de la raideur mécanique selon une direction déterminée d'un milieu permettant de réaliser des mesures rapidement et facilement. Dans ce but, elle prévoit un outil de mesure manuel de la raideur mécanique d'un milieu selon une direction déterminée perpendiculaire à une surface du milieu comprenant une surface d'appui destinée à exercer un effort sur la surface du milieu sensiblement selon la direction déterminée; une surface de poussée opposée à la surface d'appui contre laquelle un utili- sateur est destiné à appliquer manuellement un effort; un moyen de mesure adapté à mesurer l'effort appliqué par la surface d'appui sur la surface du milieu; et un moyen de repérage dont la position est destinée à être déterminée par un système de localisation. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'outil de mesure comprend une embase destinée à être maintenue manuel- lement par un utilisateur et comportant la surface d'appui, et un moyen de poussée mobile par rapport à l'embase et comportant la surface de poussée, le moyen de mesure étant adapté à mesurer l'effort appliqué par le moyen de poussée sur l'embase, et le moyen de repérage étant solidaire de l'embase. Selon un mode de réalisation de l'invention, le moyen de mesure comprend une membrane reliée à l'embase et adaptée à être déformée lorsque l'effort est appliqué sur la surface de poussée; et au moins un capteur de la déformation de la membrane. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'embase comprend une ouverture obturée par la membrane. Selon un mode de réalisation de l'invention, un bloc élastique est disposé entre la membrane et le moyen de poussée. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'outil de mesure comprend une bride, la membrane étant interposée entre la bride et l'embase, la bride comprenant une ouverture exposant une portion de la membrane et dans laquelle est disposé le bloc élastique. Selon un mode de réalisation de l'invention, le moyen de repérage comprend un corps rigide dont la position est destinée à être déterminée par un système de localisation optique. La présente invention prévoit également un procédé de mesure de la raideur mécanique d'un milieu selon une direction déterminée perpendiculaire à une surface du milieu comprenant les étapes consistant à appliquer manuellement la surface d'appui d'un outil de mesure contre la surface du milieu; à exercer manuellement un effort sur la surface de poussée de l'outil de mesure; à mesurer l'effort appliqué par la surface d'appui sur la surface du milieu selon la direction déterminée; et à mesurer le déplacement de l'outil de mesure selon la direction déterminée. Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: la figure 1 représente une vue en perspective d'un exemple de réalisation d'un outil de mesure selon la présente 10 invention; la figure 2 représente une vue éclatée de l'outil de mesure de la figure 1; et la figure 3 représente une coupe de l'outil de mesure de la figure 1. L'outil de mesure selon la présente invention est destiné à être manipulé directement par un utilisateur et à être appliqué sur une surface libre d'un milieu à tester dont on souhaite mesurer les propriétés d'élasticité. L'outil de mesure comprend un capteur d'effort pour mesurer l'effort exercé par l'utilisateur sur la surface du milieu selon une direction déterminée sensiblement perpendiculaire à la surface, et un moyen de repérage participant à la mesure du déplacement de l'outil de mesure selon la direction déterminée lors de l'application de l'effort. A partir des mesures du déplacement de l'outil et de l'effort qu'il exerce, on peut alors déterminer la raideur mécanique du milieu selon la direction déterminée. La présente invention va maintenant être décrite pour une application médicale dans le cas où le milieu à tester est un tissu biologique. Il est clair que la présente invention n'est pas limitée à une telle application. Les figures 1, 2, et 3 représentent respectivement une vue en perspective, une vue éclatée et une coupe d'un exemple de réalisation de l'outil de mesure 10 selon la présente invention. L'outil de mesure 10 selon le présent exemple de réalisation est particulièrement adapté à une utilisation dans le domaine de l'ophtalmologie pour la détermination des propriétés d'élasticité des tissus intra-orbitaires. L'outil de mesure 10 comprend une embase conique 12 d'axe D comportant, à l'extrémité de plus petit diamètre, une surface d'appui 14 destinée à être posée sur un tissu biologique (non représenté) dont on cherche à mesurer la raideur mécanique, éventuellement par l'intermédiaire d'un élément d'interposition. A titre d'exemple, dans le cas où l'embase 12 est destinée à être appliquée sur le globe oculaire, une coque ophtalmologique est généralement disposée entre la surface d'appui 14 et le globe oculaire pour protéger l'oeil et faciliter la mise en place de l'outil de mesure 10. Dans le présent exemple de réalisation, la surface d'appui 14 est sensiblement conique pour coopérer avec la coquille ophtalmologique disposée sur le globe oculaire. L'embase 12 comporte une collerette 16 à l'extrémité de plus grand diamètre. La hauteur axiale de l'embase 12 est choisie pour que la collerette 16 n'entre pas en contact avec l'arcade sourcilière. De façon générale, l'embase 12 a une forme adaptée à l'utilisation prévue de l'outil de mesure 10. A titre d'exemple, dans le cas de la mesure de propriétés d'élasticité de la peau, la surface d'appui 14 peut être plane. Dans le cas de la mesure de propriétés d'élasticité de la langue, l'embase 12 peut comporter une extrémité allongée, pour en faciliter l'introduction dans la bouche du patient. L'embase 12 comprend une ouverture interne 18 du côté du plus grand diamètre. Une membrane 20 est appliquée sur la collerette 16 et est maintenue contre celle-ci par l'intermédiaire d'une bride 22 vissée sur la collerette 16 par plusieurs vis 24 (non représentées en figure 3). Des ouvertures 26, 28, 30 sont prévues respectivement dans la bride 22, la membrane 20, et la collerette 16 pour le passage des vis 24. La bride 22 est traversée par un alésage central 32 qui expose une partie de la membrane 20. Un bloc cylindrique 34 d'un matériau élastique ayant 35 un diamètre correspondant sensiblement à celui de l'alésage 32 est monté mobile selon l'axe D dans l'alésage 32. Le bloc élastique 34 est par exemple constitué de silicone. Un capot 36 en forme de disque est maintenu contre le bloc élastique 34. Le capot 36 est destiné à recevoir un effort exercé par l'utili- sateur et à le transmettre au bloc élastique 34 qui exerce alors un effort réparti sur la membrane 20 sensiblement selon l'axe D. Le capot 36 comprend une ouverture 38 qui coopère avec un ergot 40 du bloc élastique 34 de façon à maintenir le capot 36 en position par rapport au bloc élastique 34. Le capot 36 comporte une zone centrale 41 épaisse qui se prolonge par une couronne radiale 42 plus fine. La zone épaisse 41 est sensiblement en vis-à-vis de l'alésage 32 de la bride 22. La zone épaisse 41 comporte un enfoncement 43 facilitant, par exemple, le positionnement du pouce de l'utilisateur lorsqu'il exerce un effort contre le capot 36. Des jauges d'extensométrie (non représentées) sont placées sur la membrane 20. Les jauges sont adaptées à fournir un signal représentatif de la déformation de la membrane 20, signal qui après calibration, est représentatif de l'effort exercé sur la membrane 20 par le bloc élastique 34. A titre d'exemple, des jauges peuvent être disposées sur les deux faces de la membrane 20. Des ouvertures radiales 44 sont prévues au niveau de la collerette 16 de l'embase 12 pour permettre le passage de fils de connexion (non représentés) reliés à une jauge disposée sur la face de la membrane 20 opposée à la bride 22 au niveau de l'ouverture 18. Un évidement 45 est prévu au niveau du bloc élastique 34 et une ou plusieurs ouvertures radiales 46 sont prévues au niveau de la bride 22 pour permettre le passage de fils de connexion reliés à une jauge connectée à la membrane 20 sur la face de la membrane 20 opposée à l'embase 12. La bride 22 comprend deux bras parallèles 48, 49 qui s'étendent chacun selon une direction sensiblement perpendi- culaire à l'axe D. Un corps rigide 50 (non représenté en figure 3) est fixé à l'extrémité des bras 48, 49 de la bride 22 par l'intermédiaire de deux vis 51. Le corps rigide 50 et la bride 22 couvrement respectivement des ouvertures 52, 53 pour le passage des vis 51. Le corps rigide 50 est une pièce plane, de faible épaisseur et ayant sensiblement la forme d'un triangle, qui est traversée par des ouvertures 54 pour l'alléger. Des pastilles rétroréfléchissantes 56 sont fixées au corps rigide 50. A titre d'exemple, quatre pastilles 56 sont représentées sur chaque face du corps rigide 50. Un système de localisation optique (non représenté) est utilisé pour transmettre à un module de traitement (non représenté) des données de localisation représentatives de la position du corps rigide 50. A titre d'exemple, le système de localisation optique comporte un ou plusieurs émetteurs d'ondes infrarouges et un ou plusieurs capteurs infrarouges adaptés à détecter les ondes infrarouges réfléchies par les pastilles rétroréfléchissantes 56. Les capteurs sont reliés à un module de traitement (non représenté) qui détermine la position du corps rigide 50 à partir des positions des pastilles rétroréfléchissantes 56. Le module de traitement reçoit les signaux fournis par les jauges de mesure d'effort et est en outre relié à un écran d'affichage sur lequel il peut afficher en temps réel l'effort exercé par l'outil de mesure 10 sur le tissu biologique selon l'axe D en fonction du déplacement de l'outil de mesure 10 selon l'axe D, et donc afficher la raideur mécanique du tissu biologique selon l'axe D. Un exemple de procédé de mesure de la raideur mécanique d'un tissu biologique mettant en oeuvre l'outil de mesure selon la présente invention est le suivant: l'utilisateur saisit l'embase 12, par exemple entre le pouce et l'index d'une main, et la met en place au niveau de la coquille ophtalmologique sans appliquer d'effort selon l'axe D. De préférence l'axe D est sensiblement vertical. Avec le pouce ou l'index de l'autre main, l'utilisateur applique un effort sur le capot 36 sensiblement selon l'axe D. L'effort exercé sur le capot 36 est transmis par l'intermédiaire du bloc élastique 34 à la membrane 20 qui se déforme tout en transmettant l'effort à l'embase 12. L'effort exercé sur la membrane 20 est mesuré par les jauges d'extensométrie et correspond sensiblement à l'effort exercé par l'embase 12 sur le globe oculaire selon l'axe D. Le globe oculaire se déplace sous l'action de l'embase 12 entraînant le déplacement de l'embase 12 essentiellement selon l'axe D. Le déplacement de l'embase 12 est mesuré par l'intermédiaire du corps rigide 50 et du système de localisation. Le module de traitement affiche alors la raideur mécanique selon l'axe D de l'oeil et des tissus intra-orbitaires obtenue à partir de la mesure de l'effort exercé par l'outil de mesure et du déplacement correspondant de l'outil de mesure. Selon une variante de la présente invention, une seule jauge d'extensométrie est prévue sur une face de la membrane 20, de préférence au niveau de l'ouverture 18 de l'embase 12. Selon une autre variante de la présente invention, le bord de la couronne 42 est recourbé pour faciliter le maintien du capot 36 par rapport à la bride 22. Selon une autre variante de la présente invention, on utilise le fait que l'outil de mesure 10 se déplace essentiel- lement seulement selon l'axe D. Le système de localisation est dédié pour détecter le déplacement de l'outil de mesure 10 seulement selon l'axe D, ce qui permet d'en simplifier la réalisation. Dans une application en ophtalmologie, l'outil de mesure selon la présente invention permet de mesurer la raideur mécanique des tissus intra-orbitaires. L'outil de mesure peut donc être utilisé pour suivre les variations de la raideur méca- nique entre, par exemple, des tissus intra-orbitaires sains et des tissus intra-orbitaires pathologiques. Il permet également de suivre pour un patient donné, l'évolution temporelle de la raideur mécanique des tissus intra-orbitaires de façon à détecter une éventuelle évolution nécessitant une intervention chirurgicale. Au cours d'une opération, l'outil de mesure selon l'invention peut constituer un outil d'aide au geste chirurgical permettant de vérifier les consignes fixées lors de la planification de l'intervention. Dans une application en chirurgie esthétique, l'outil de mesure selon la présente invention permet de mesurer la raideur mécanique de la peau selon une direction sensiblement perpendiculaire à la surface de la peau en différents endroits du visage ou du corps d'un patient notamment pour fournir des paramètres à un outil de modélisation. L'outil de mesure selon la présente invention est d'une utilisation particulièrement simple et est peu encombrant. Il permet, en outre, la réalisation de mesures directement sur le patient sans entraîner de gêne notable pour le patient. 1l peut en outre être facilement stérilisé pour des applications dans le domaine chirurgical. Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, le système de mesure de déplacement de l'outil peut être différent de celui précédemment décrit à titre d'exemple. Il peut s'agir d'un système de type magnétique dans lequel le corps rigide 50 comprend, par exemple, des éléments magnétiques dont les positions sont déterminées par un système de localisation magnétique. Il peut s'agir d'un système de localisation optique dans lequel les pastilles rétroréfléchissantes sont remplacées par des diodes électroluminescentes. En outre, dans l'exemple de réalisation précédemment décrit, la mesure de l'effort est réalisée à partir de la mesure des déformations d'une membrane. Il est clair que tout autre type de capteur d'effort adapté à mesurer les efforts exercés par l'utilisateur sur le capot peut être utilisé. REVENDICATIONS 1. Outil de mesure (10) manuel de la raideur mécanique d'un milieu selon une direction déterminée perpendiculaire à une surface du milieu comprenant: une surface d'appui (14) destinée à exercer un effort 5 sur la surface du milieu sensiblement selon la direction déterminée; une surface de poussée (43) opposée à la surface d'appui contre laquelle un utilisateur est destiné à appliquer manuellement un effort; un moyen de mesure (20) adapté à mesurer l'effort appliqué par la surface d'appui sur la surface du milieu; et un moyen de repérage (50) dont la position est destinée à être déterminée par un système de localisation. 2. Outil de mesure selon la revendication 1, compre- nant une embase (12) destinée à être maintenue manuellement par un utilisateur et comportant la surface d'appui (14), et un moyen de poussée (36) mobile par rapport à l'embase et comportant la surface de poussée (43), le moyen de mesure (20) étant adapté à mesurer l'effort appliqué par le moyen de poussée sur l'embase, et le moyen de repérage (50) étant solidaire de l'embase. 3. Outil de mesure selon la revendication 2, dans lequel le moyen de mesure (20) comprend: une membrane (20) reliée à l'embase (12) et adaptée à être déformée lorsque l'effort est appliqué sur la surface de 25 poussée (43) ; et au moins un capteur de la déformation de la membrane. 4. Outil de mesure selon la revendication 3, dans lequel l'embase (12) comprend une ouverture {18) obturée par la membrane (20). 5. Outil de mesure selon la revendication 3, dans lequel un bloc élastique (34) est disposé entre la membrane (20) et le moyen de poussée (36). 6. Outil de mesure selon les revendications 4 et 5, comprenant une bride (22), la membrane (20) étant interposée entre la bride et l'embase (12), la bride comprenant une ouverture (32) exposant une portion de la membrane et dans laquelle est disposé le bloc élastique (34). 7. Outil de mesure selon la revendication 1, dans lequel le moyen de repérage (50) comprend un corps rigide (50) dont la position est destinée à être déterminée par un système de localisation optique. 8. Procédé de mesure de la raideur mécanique d'un milieu selon une direction déterminée perpendiculaire à une 10 surface du milieu comprenant les étapes suivantes: appliquer manuellement la surface d'appui (14) d'un outil de mesure (10) selon la revendication 1 contre la surface du milieu; exercer manuellement un effort sur la surface de 15 poussée (43) de l'outil de mesure; mesurer l'effort appliqué par la surface d'appui sur la surface du milieu selon la direction déterminée; et mesurer le déplacement de l'outil de mesure selon la direction déterminée.