Brevet FR2932676A1 — publié le 20091225

DISPOSITIF DE MESURE DES PROPRIETES MECANIQUES D'UNE ZONE DE TISSU BIOLOGIQUE La présente invention est relative à un dispositif de mesure des propriétés mécaniques d'une zone de tissu biologique comprenant une source de gaz permettant d'injecter suivant un axe Y-Y du gaz sous pression vers la zone de tissu et une source lumineuse émettant suivant l'axe Y-Y un faisceau lumineux vers la zone de tissu. WO 03/020122 décrit un dispositif de mesure de la pression interne de l'oeil utilisant un faisceau lumineux et un système d'injection d'air. Néanmoins ce système est destiné à mesurer la pression à l'intérieur de l'oeil et non des caractéristiques propres à la cornée. De plus la cornée a une structure différente d'autres tissus biologiques, du fait notamment de son caractère transparent, ce qui ne permet pas de généraliser l'utilisation du dispositif selon WO 03/020122. De nombreux traitements sont développés pour améliorer les caractéristiques de la peau. Cette évolution crée une demande pour des dispositifs capables de mesurer les caractéristiques de la peau avant et après traitement. Par ailleurs, lors d'une opération, l'incision nécessaire de la peau va modifier localement les caractéristiques de la peau en créant une cicatrice. La gêne occasionnée pourrait être utilement quantifiée s'il était possible de mesurer l'évolution des caractéristiques de la peau à cet endroit. Le dispositif selon l'invention a notamment pour but de répondre aux besoins mentionnés ci-dessus Selon l'invention un dispositif de mesure des propriétés mécaniques d'une zone de tissu biologique du genre défini précédemment est caractérisé en ce que le dispositif est prévu pour réaliser des mesures sur la peau et comprend : - un tube d'injection de gaz d'axe Y-Y, dont l'extrémité libre est destinée à être placée à proximité de la zone de peau à examiner, canalisant le jet de gaz, - un capteur de lumière, décalé par rapport à l'axe Y-Y, destiné à recueillir une partie des rayons du faisceau renvoyés par la zone de peau. Avantageusement, le faisceau lumineux utilisé est un faisceau laser. Par ailleurs, le faisceau lumineux peut avoir un diamètre compris entre 70 et 0 pm. Le tube peut avoir un diamètre inférieur ou égal à 5 mm et en particulier de 2mm. Le dispositif peut comprendre un calculateur apte à déterminer par triangulation le déplacement de la zone de la peau au niveau du point d'impact du faisceau lumineux. Avantageusement pour un débit de gaz donné, on mesure la déformation de la peau générée ou bien pour une déformation donnée, on mesure le débit de gaz utilisé. to La distance entre le capteur et la zone de la peau examinée peut être comprise entre 65 et 95 mm. De manière avantageuse, le gaz utilisé est l'air. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit d'un mode de réalisation préféré avec référence aux 15 dessins annexés mais qui n'a aucun caractère limitatif. Sur ces dessins : Fig. 1 est une vue en perspective d'un dispositif selon l'invention. Fig. 2 est une vue en coupe selon un plan II-Il du dispositif de Fig. 1. Fig. 3 est un graphique illustrant des mesures de déformation de la peau ainsi que la sollicitation mécanique utilisée en fonction du temps. 20 Fig. 4 est un détail de Fig. 2 illustrant plus particulièrement la réflexion sur la peau d'un faisceau émis par le dispositif de Fig. 1, et Fig. 5 est une vue similaire à Fig. 4 illustrant la réflexion dudit faisceau avec et sans déformation de la peau. Dans toute la description qui suit d'un mode de réalisation d'un 25 dispositif de mesure des propriétés de la peau selon l'invention, les termes relatifs tels que � supérieur �, � inférieur �, � avant �, � arrière �, � horizontal � et � vertical � sont à interpréter lorsque le dispositif de mesure des propriétés de la peau est installé au dessus d'un patient, l'axe Y-Y, défini ci-après, étant vertical. 30 Comme on peut le voir sur Fig. 1 et Fig. 2, le dispositif D selon l'invention comprend un boîtier B dans lequel est mis en place une source laser 1 émettant un spot 2 selon un axe Y-Y. Le spot laser se prolonge selon l'axe Y-Y à l'intérieur d'un tube 3. Lorsque le spot 2 rencontre un obstacle, par exemple la peau d'un 35 patient, le spot est réfléchi et une partie des rayons réfléchis est détectée par un capteur 4. Le capteur 4 peut être un capteur CCD appelé détecteur à couplage de charge, mais aussi de type MOS ou CMOS. 2 3 Le tube 2 comporte un raccord 5 permettant une injection de gaz provenant d'une source de gaz S. Le gaz utilisé de préférence est l'air. Le gaz est acheminé de la source S par un conduit 6 à travers une électrovanne 7. La partie supérieure du tube 3 est fermée hermétiquement par une vitre transparente 8 située au dessus du raccord 5. De cette façon, le spot laser 2 émis par la source 1 peut passer dans le tube 3 tandis que le gaz venant de l'électrovanne 7 s'écoule vers l'extrémité inférieure du tube 3 et ne peut s'infiltrer au-delà de l'extrémité supérieure du tube 3 fermée par la vitre 8. Io Un calculateur 9 est mis en place dans le boîtier B. Le calculateur 9 est capable à partir des informations fournies par la source 1 et le capteur 4 de déterminer par triangulation la position du point d'impact du spot 2 sur la peau P du patient. En fonctionnement, l'injection de gaz sous pression à travers 15 l'électrovanne 7 permet de solliciter mécaniquement une zone de la peau d'un patient située dans le prolongement du tube 3. Cette sollicitation mécanique peut varier en fréquence et en intensité en régulant le débit du gaz. L'étendue de la zone de la peau P sollicitée est définie par le 20 diamètre du tube 3. De manière à permettre une mesure ponctuelle précise, un faible diamètre est préférable. On utilisera de préférence un tube d'un diamètre intérieur inférieur ou égal à 5 mm. Le mode de réalisation décrit utilise un tube 3 de 2 mm de diamètre intérieur. Le fait de n'avoir qu'un point de mesure permet d'effectuer des 25 mesures très rapides sans être obligé d'utiliser une caméra rapide, très coûteuse. Le spot laser 2 est émis par la source 1 selon l'axe Y-Y et se propage vers le bas à l'intérieur du tube 3. Le diamètre d du spot laser varie de 70 pm à 350 pm. 30 Le spot 2 frappe la surface de la peau P du patient et est partiellement réfléchi. Une partie de la lumière réfléchie, et notamment un rayon rm, est détectée par le capteur 4. La réflexion du spot 2 sur la peau P est plus particulièrement illustrée Fig. 4. 35 Le spot 2 de diamètre d sortant du tube 3 est réfléchi en une multitude de rayons r. On distingue plus particulièrement les rayons r1max et r2max issus de la réflexion de rayons incidents frappant la peau P en des points 4 ou les normales n1max et n2max forment un angle maximum avec l'axe Y-Y. Les rayons r1 max et r2max permettent de définir un cône d'angle d'ouverture cp dans lequel se trouvent tous les rayons réfléchis issus du spot 2. Parmi ces rayons réfléchis, le rayon rm, formant un angle a avec l'axe Y-Y, est détecté par le capteur 4. Le capteur 4, ou un dispositif associé, comporte une lentille E et un moyen de mesure de l'angle a. Le capteur 4 est de type linéaire, constitué d'un alignement de capteurs élémentaires ou bien constitué d'un agencement de capteurs élémentaires sous forme de matrice. Cette disposition permet de io déterminer les coordonnées du point d'impact du rayon rm avec le capteur 4. L'angle entre l'axe Y-Y du faisceau émis 2 et l'axe optique du système capteur 4 reste constant. On peut voir Fig. 5 que le rayon réfléchi va impacter la capteur 4 en des points différents en fonction du point d'impact du faisceau 2 sur la peau et donc de la déformation de celle-ci. 15 La mesure du déplacement observé sur le capteur 4 permet de déterminer la variation de l'angle a. La flèche mesurée est donc déduite à partir du calcul de l'angle a en connaissant les caractéristiques géométriques du système tel que la distance entre le capteur 4 et l'axe Y-Y. L'impact de rayons incidents sur le capteur 4 permet de mesurer la 20 déformation de la peau P suite à la sollicitation provoquée par le jet de gaz grâce à une analyse par triangulation dans un calculateur 9. Utiliser la réflexion du spot 2 selon un axe différent de Y-Y facilite l'utilisation de la triangulation pour déterminer les coordonnées du point d'impact sur la peau. 25 La triangulation est réalisée de façon géométrique. Connaissant les paramètres géométriques du dispositif à savoir notamment l'angle a entre la source 1 et le capteur 4 et la distance entre les deux, on détermine la distance entre la source 1 et la peau P à l'aide de formules trigonométriques. L'utilisation de l'interférométrie est également possible mais plus complexe à mettre en 30 oeuvre. La sollicitation mécanique s'effectue dans l'axe de la mesure de la déformation. L'émission lumineuse, c'est-à-dire le spot 2, est envoyée dans l'axe de la sollicitation mécanique afin de s'assurer que le point mesuré se situe toujours au fond de la déformée. Une émission lumineuse avec un angle par 35 rapport à l'axe de la sollicitation mécanique implique de mesurer non plus un point mais une surface pour être certain d'accéder à la flèche maximale Un régulateur de débit de gaz (non représenté), en amont de l'électrovanne 7, permet de réguler le débit du gaz et de faire varier la fréquence et l'extrémité de la sollicitation mécanique. On peut voir sur Fig. 3 un relevé, en fonction du temps, du débit gazeux (en gras) et de la flèche mesurée (en trait plus fin). Ceci illustre l'importance de la déformation de la peau P au regard de la sollicitation exercée. On constate la corrélation, au parasitage près, entre la déformation mesurée et la sollicitation exercée. Entre 0 et 10000 sur l'échelle de temps, la flèche et le débit croissent tout deux puis ils sont tous deux stables entre 10000 et 50000 pour chuter tous deux par la suite. to Ce dispositif permet la mesure à une distance de 65 à 95 mm du capteur 4. Un diamètre du spot laser de 70 pm à 350 pm permet de détecter des déformations de la peau de 1,5 pm. On utilise une fréquence de mesure pouvant aller jusqu'à 50 kHz 15 mais de préférence de 10 kHz de manière à améliorer les performances. Les sollicitations appliquées peuvent être variées, pouvant aller du fluage à un régime sinusoïdal, ce qui permet de mesurer les paramètres viscoélastiques intrinsèques à la peau en sus de la simple mesure de la pression intérieure du corps. 20 On notera en particulier la possibilité d'effectuer des mesures lors d'un cycle charge/décharge, de mesurer le débit de gaz pour une déformation donnée et de mesurer une déformation pour un débit de gaz donné. Par ailleurs l'étendue de mesure ne se limite pas à un point. Le dispositif peut être utilisé sur l'ensemble du corps. Un bâti spécifique, non 25 représenté, peut permettre au dispositif d'accéder à l'ensemble du corps et d'assurer une sollicitation mécanique perpendiculaire à la zone en contact. 35 REVENDICATIONS1. Dispositif (D) de mesure des propriétés mécaniques d'une zone de tissu biologique comprenant une source de gaz permettant d'injecter suivant un s axe Y-Y du gaz sous pression vers la zone de tissu et une source lumineuse (1) émettant suivant l'axe Y-Y un faisceau lumineux (2) vers la zone de tissu, caractérisé en ce que le dispositif (D) est prévu pour réaliser des mesures sur la peau (P) et comprend : - un tube (3) d'injection de gaz d'axe Y-Y, dont l'extrémité libre est 10 destinée à être placée à proximité de la zone de peau (P) à examiner, canalisant le jet de gaz, - un capteur de lumière (4), décalé par rapport à l'axe Y-Y, destiné à recueillir une partie des rayons du faisceau (2) renvoyés par la zone de peau. 15 2. Dispositif (D) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le faisceau lumineux (2) est un faisceau laser. 3. Dispositif (D) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le 20 faisceau lumineux (2) a un diamètre compris entre 70 et 350 pm. 4. Dispositif (D) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube (3) a un diamètre inférieur ou égal à 5 mm. 25 5. Dispositif (D) selon la revendication 4, caractérisé en ce que le tube (3) a un diamètre de 2 mm. 6. Dispositif (D) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un calculateur (9) apte à déterminer par 30 triangulation le déplacement de la zone de la peau (P) au niveau du point d'impact du faisceau lumineux (2). 7. Dispositif (D) selon la revendication 5, caractérisé en ce que pour un débit de gaz donné, on mesure la déformation de la peau (P) générée. 8. Dispositif (D) selon la revendication 5, caractérisé en ce que pour une déformation donnée, on mesure le débit de gaz utilisé.5 9. Dispositif (D) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la distance entre le capteur (4) et la zone de la peau (P) examinée est comprise entre 65 et 95 mm. 10. Dispositif (D) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le gaz utilisé est l'air.