Brevet FR3092694A1 — publié le 20200814

Description Titre de l'invention : Schéma chrono tonométrique de distribution de l'onde de pouls chez l'Homme pour la recherche en physiologie humaine et l'enseignement de cette discipline [pop La présente invention concerne une machine pour schématiser la dynamique de l'onde de pression artérielle générée par le coeur de l'Homme dans la grande circulation artérielle à l'état normal et dans les états pathologiques. Un réseau programmé de capteurs permet d'établir les vitesses de propagation de l'onde dans ses différents parcours et de retranscrire la forme de l'onde à chaque site du chronométrage. L'invention concerne donc la recherche fondamentale en physiologie humaine, la médecine et l'enseignement de ces disciplines. [0002] L'état de la technique antérieur est constitué par le « nouveau schéma de la fonction du coeur » construit par Eugène Marey en plusieurs exemplaires entre 1875 et 1881. Il décrit ce schéma notamment dans le cours de physiologie expérimentale de l'Ecole Pratique des Hautes Etudes de l'année 1875 à la page 63 et dans « La circulation du sang à l'état physiologique et dans les maladies » de l'année 1881 à la page 711-712. La présente invention s'inspire directement de l'exemplaire décrit dans le journal du Collège en 1875 car c'est l'exemplaire qui répondait le plus simplement aux questions que je juge prioritaire actuellement. Les différentes machines construites par Marey semblent avoir été perdues ou détruites car une enquête auprès du Collège de France et du musée Marey n'a pas permis de les trouver. [0003] En 2008 ayant entrepris une étude observationnelle visant à établir la place des maladies vasculaires chez les patients souffrant de lombalgies chroniques, je me suis aperçu qu'il fallait disposer d'un appareil permettant d'explorer la dynamique de l'onde de pouls pour continuer mon étude. Mais aucun des appareils disponibles sur le marché ne m'a paru apte à répondre à l'ensemble des questions que je me pose car ils n'explorent sur l'Homme que la vitesse de l'onde de pouls dans l'aorte alors que je veux comprendre ce qui se passe sur tous ses parcours. C'est pourquoi j'ai décidé en 2018 de construire une machine inspirée des schémas construits par Eugène Marey qui bien que perdus sont décrits abondamment dans l'oeuvre de Marey tant au niveau théorique que de leur réalisation pratique et de leur vérification expérimentale sur le grand mammifère et sur l'Homme. [0004] La machine est constituée de trois parties fonctionnellement différentes : une structure portante, un mécanisme de production d'une pression rythmée, un circuit fermé de circulation d'eau simulant la grande circulation artérielle de distribution musculo squelettique et neuro médullaire. 2 [0005] La structure portante est une table comportant un plateau de 180 cm de longueur sur lesquels vont venir se ranger les éléments circulatoires sensés concerner un Homme de 180 cm de taille complète. La structure portante horizontale de 180 cm de long peut être placée en position verticale pour étudier le rôle de la gravité. [0006] Le mécanisme de production d'une pression rythmée est constitué de cinq parties fonctionnellement différentes : un moteur électrique, un volant d'inertie, un arbre à cames comportant 2 cames, un jeu de 2 leviers articulés à la structure portante maintenus aux contacts des 2 cames sur 2 poulies par une fixation élastique entre le plateau de la structure portante et chaque levier, un jeu de 2 tiges d'appui chacune articulées d'un coté à chaque levier et de l'autre à 2 lames d'appui constitutives de la pression rythmée sur les éléments du circuit. [0007] Le moteur électrique est un moteur autoréducteur mécanique à alimentation continue de 24 volts dont la vitesse peut être réglée par un variateur d'alimentation. Il est équipé d'une poulie dont le diamètre est adapté pour entrainer le volant d'inertie par une courroie sur un rythme réglable par le variateur d'alimentation de 0 à 80 tours minute. [0008] Le volant d'inertie sur le prototype se trouve être une roue de charriot minier du 19 siècle en fer forgé de 50 centimètres de diamètre pesant 10 kilos dont l'essieu est de 5 cm de diamètre. [0009] L'arbre à cames comporte une tige entrain& par le volant d'inertie et supportée par 3 paliers soudés à la structure portante. Dans un souci de réalisme historique par rapport aux schémas construits par Marey les 3 paliers de l'arbre à carnes n'ont pas été équipés de roulement à billes. La tige entrain en tournant deux carnes. Une carne ventriculaire » dont la forme a été établie par Marey pour exercer un appui sur l'élément du circuit représentant le ventricule de façon à obtenir une courbe de pression pulsée conforme à celle siégeant dans le coeur de l'Homme au cours du cycle cardiaque. Une came « auriculaire » dont la forme a aussi été définie par les travaux de Marey actionne une pression sur l'élément du circuit représentant l'oreillette. Les 2 cames sont disposées de façon à ce que l'appui auriculaire de durée courte survienne juste avant le début de l'appui ventriculaire, le sens de rotation de la tige de l'arbre à cames étant établi pour que cela se fasse dans cet ordre. [0010] Le jeu de leviers chacun articulés par une charnière à la structure portante comprend un levier ventriculaire supportant une poulie maintenue au contact de la carne ventriculaire par un élastique fixé par une extrémité au levier et par l'autre au plateau de la structure portante. De même pour le levier auriculaire maintenu par l'intermédiaire d'une autre poulie au contact de la carne auriculaire. [0011] Chaque levier actionne une tige d'appui. Sur la tige d'appui ventriculaire figure une interruption dont chaque extrémités se termine en crochet permettant une interposition entre les 2 crochets d'un nombre variable de joints toriques élastiques Ainsi la force 3 de l'appui ventriculaire peut être augmentée en augmentant le nombre d'anneau élastique d'interposition sur la tige d'appui ventriculaire. [0012] Sur le plateau de la structure portante figurent les lames d'appui chacune articulée à une extrémité sur un bloc charnière fixé au plateau de la structure portante et appuyant par l'autre extrémité sur l'élément de circuit soit auriculaire soit ventriculaire sous l'effet des tiges auxquelles elles sont chacune asservies. [0013] Le schéma de la vascularisation artérielle de distribution musculaire et neuro mé- dullaire comprend 3 parties : un circuit fermé de circulation d'eau au travers de conduits souples en caoutchouc naturel, un réseau programmé de capteurs permettant chacun de dépister le passage de l'onde de pression en retranscrivant la forme de la courbe de pression et un appareillage électronique et numérique d'analyse et de présentation graphique des vitesses sur les différents parcours. [0014] Le circuit fermé de circulation d'eau comprend 5 parties : un coeur avec une cavité auriculaire et une cavité ventriculaire souples de caoutchouc communicantes au travers d'un orifice équipé d'un système valvulaire, une aorte de caoutchouc naturelle communicante avec la cavité ventriculaire au travers d'un autre orifice équipé d'un autre système valvulaire, un réseau figurant la collatéralité de distribution musculaire et neuro médullaire à partir de l'aorte, des défilés de restriction à chaque extrémité figurant la zone de passage micro capillaire, un circuit de collecte et de retour à la poche auriculaire. [0015] Le coeur constitué des 2 poches élastiques et la cavité ventriculaire s'abouchent à travers une platine de contreplaqué étanchéifiée de 8 cm de diamètre, entres elles et à l'aorte par des tubes de plastiques transparents munis chacun d'un dispositif valvulaire tricuspide. Le dispositif valvulaire est constitué de 3 cornets de taffetas. Chaque cornet est obtenu en pliant un cercle de 5 cm de diamètre découpé dans le taffetas et plié à 6 reprises autour de son rayon. Les 3 cornets sont réunis et collés en couronne au milieu du tube de plastique transparent dont la lumière mesure 2.5 cm de diamètre. [0016] L'aorte est constituée dans un tuyau de caoutchouc naturel de 2.5 cm de diamètre intérieur, elle mesure 64 cm de long mais 2 cm aux extrémités sont réservés aux jonctions ce qui ménage 60 cm d'aorte « libre ». Cette longueur d'aorte de 60 cm est celle attribuée par les proportions de Vitruve Vinci à un Homme dont la taille complète est de 180 cm. Le réseau de collatéralité de l'aorte est constitué à partir de l'anatomie la plus fréquente. Ainsi 10 cm après le début de l'aorte en premier dans la crosse on trouve le tronc brachio céphalique de 1.2 cm de diamètre intérieur qui pal-coure 10 cm avant de se prolonger d'une sous claviaire de 32 cm en tube de 0.8 cm de diamètre intérieur qui se segmente après en 3 brins artères de l'avant-bras en 0.5 cm de diamètre intérieur sur une longueur de 35 cm. Le tronc brachio- céphalique pendant son parcours de 10 cm aura donné source d'abord à une carotide droite constitué d'un brin de 0.8 cm de diamètre intérieur et de 5 cm de long qui se prolonge d'un brin en 0.5 cm de diamètre intérieur sur 28 cm de long, puis à une artère vertébrale de 28 cm de long en 0.5 cm de diamètre intérieur. Cette artère vertébrale droite rejoint le tronc vertébrobasilaire de 0.5 cm de diamètre intérieur et de 12 cm de long sur un Y de connexion accueillant la vertébrale gauche. Puis la crosse de l'aorte donne source à la carotide gauche constituée d'un brin de 0.8 cm de diamètre intérieur et de 5 cm de long prolongé d'un brin en 0.5 de diamètre intérieur et de 30 cm de long. Enfin la crosse de l'aorte donne source à la sous claviaire gauche constituée d'un brin de 0.8 cm de diamètre intérieur et de 35 cm de long. Après ces 35 cm la sous claviaire se segmente en 3 brins artères de l'avant-bras gauche en 0.5 de diamètre intérieur et 35 cm de long. L'aorte après 43 cm de course donne source sur sa facc postérieure à 2 artères dorsales de 0.5 cm de diamètre intérieur et de 30 cm de long. Puis après 50 cm de course de la même façon source à 2 artères lombaires de 0.5 cm de diamètre intérieur et 30 cm de long. Enfin à 60 cm de course l'aorte se segmente en 2 artères iliaques dont le calibre intérieur et de 1.2 cm et qui mesurent chacune 23 cm. Chaque iliaque se prolonge d'un brin fémorale de 0.8 cm de diamètre intérieur et de 40 cm de long qui se segmente en trois brins artériels de la jambe et du pied de 0.5 cm de diamètre intérieur et de 60 cm de long. On remarquera que les diamètres cumulés des 2 iliaques restent inférieurs au diamètre de l'aorte comme Edwards l'a décrit et que la distance de parcours vasculaire entre les 2 extrémités figurant les membres supérieurs avoisine les 180 cm de taille complète d'un sujet porteur d'une aorte de 60 cm selon les proportions de Vitruve Vinci. [0017] Les défilés de restriction figurant la zone micro capillaire avant le passage dans le circuit de retour au coeur sont au nombre de 7. Il y en a à chaque extrémité des membres et à l'extrémité céphalique constituée d'une pièce métallique laissant passage aux trois brins vasculaires de 0.5 cm de diamètre intérieur. Chaque brin peut être comprimé par une vis dont le pas et tel que 2 tours et demi comprime le brin complètement, un tour de vis comprime la lumière de 20 %, 2 tours de vis de 60 %. Les artères dorsales et lombaires rejoignent le circuit de retour en passant chacune au travers de 2 pièces métalliques laissant passer chacune sous une vis de réduction les 2 brins artériels en 0.5 de calibre intérieur. Ainsi on peut simultanément en 7 points réduire de la même valeur le passage dans le circuit de retour ce qui constitue un réglage de l'état de pression dans le circuit de distribution complémentaire du nombre d'anneau torique sur la tige de compression ventriculaire. [0018] Le circuit de collecte draine les 7 postes de réduction et rejoint la poche auriculaire dont le contenu est propulsé dans la poche ventriculaire par l'appui de la tige de compression auriculaire. [0019] Le réseau programmé de capteurs se distribue régulièrement et de façon symétrique sur le circuit de distribution. Cc réseau comprend 27 capteurs fixes , 1 capteur mobile et un programme électronique et informatique dc traitement des signaux permettant de chronométrer la vitesse de l'onde de pression entre chaque points de mesure tout en restituant graphiquement en chaque point la forme de l'onde de pression. Chaque capteur est constitué d'une membrane souple de 2 cm de diamètre contenant une résistance qui est collé sur un manchon de maintien qui est maintenu par un collier de serrage au contact du circuit de façon à obtenir une valeur non nulle de courant électrique dans la résistance du capteur, le circuit étant rempli d'eau et le moteur étant à l'arrêt. Les capteurs sont donc des capteurs de force strictement extravasculaires et dépistent la force de l'appui consécutif à la déformation de la paroi sous l'effet de la pression. L'ensemble des capteurs sont dotés de connecteurs rapides qui permettent de les changer facilement en cas de panne, et de les réunir en un point central de la structure portante, afin de les traiter par une unité informatique. Cette unité est constituée d'une partie matérielle représentée par une carte électronique, composée principalement de convertisseurs analogiques /logiques, pour transformer la valeur résistive de chaque capteur en valeur binaire, et un ou plusieurs microcontrôleurs pour gérer l'ensemble, mais également d'une partie informatique comportant une tablette équipée d'un système d'exploitation dc type Linux, ainsi que différents drivers et logiciels graphiques pour traiter les données. De cette façon chaque capteur sera nommé d'un nom unique, de façon à pouvoir le situer plus facilement sur le circuit, et affichera une valeur de base, quand la machine sera au repos, qui sera directement fonction du coefficient de serrage du collier qui le maintien dans sa position ; cette fonctionnalité permettra de calculer la pression exercée sur chaque capteur, en déduisant la valeur résistive de départ. Lors du fonctionnement de la machine, la représentation graphique de la forme de l'onde pendant la traversée du capteur sera affichée. [0020] Par ailleurs pour chaque expérience la distance entre deux capteurs concernés pourra être indiquée par l'opérateur afin de pouvoir calculer et afficher la valeur de la vitesse de déplacement de l'onde. Des calculs devraient permettre d'avoir une estimation de la valeur de la pression lorsque le moteur est mis en route mais cette valeur ne me parait pas une donnée capitale. Je m'intéresse en priorité à la vitesse de déplacement de l'onde de pression et à la forme de la courbe de pression. En effet depuis les travaux de Weber et de Marey on sait que la vitesse de l'onde de pouls de la sortie du coeur à l'extrémité des pieds pour un sujet jeune en bonne santé allongé depuis 15 minutes s'établit normalement à 9.24 m/s. Cette vitesse coeur pied doit s'accompagner normalement d'une vitesse dans l'aorte entre 6 m/s et 7 m/s. La machine est considérée comme conforme à l'état idéal lorsque ces vitesses sur ces parcours sont obtenues grâce aux réglages dont on dispose par l'intermédiaire du nombre de joints toriques sur la tige de compression ventriculaire, par l'intensité de la réduction exercée par les vis 6 dans les 7 défilés de réduction et enfin par la vitesse de rotation de l'arbre à cames. Sur l'état idéal du système vont être introduites différentes anomalies de caractères amovibles dont les retentissements sur les différentes vitesses de parcours et sur la forme de la courbe de pression seront expliqués cas par cas puis de façon combinée. Les principales anomalies amovibles comportent la structure anévrysmale, la sténose/ thrombose, l'anomalie valvulaire aortique (insuffisance ou rétrécissement) la rigidité plus ou moins étendue, l'état d'hypertension dans le circuit de distribution avec modification de la forme ventriculaire de l'onde de pression par précipitation de l'onde de retour. [0021] Les dessins annexés illustrent l'invention : [0022] Figurel : plateau de la structure portante en coupe coronale avec numéro 1 lame d'appui ventriculaire numéro 2 lame d'appui auriculaire numéro 3 fenêtre de plexi glace permettant d'éclairer le mécanisme sous-jacent au plateau. [0023] Figure 2 : vue latérale avec numéro 1 la came ventriculaire en rotation sur l'arbre à cames numéro 2 la came auriculaire numéro 3 le volant d'inertie numéro 4 le moteur auto réducteur mécanique avec la poulie d'entrainement du volant d'inertie par courroie numéro 5 le levier d'appui ventriculaire surmonté de sa poulie maintenue au contact de la came ventriculaire par numéro 6 élastique de maintien du contact came ventriculaire / poulie du levier d'appui ventriculaire numéro 7 tige d'appui ventriculaire interrompue entre 2 crochets permettant l'interposition d'un ou plusieurs joints toriques élastiques numéro 8 lame d'appui ventriculaire numéros 9 poche ventriculaire. [0024] Figure 3 coupe coronale figurant les plans de l'arbre à cames et des leviers d'appui avec en numéro 1 l'arbre à came numéro 2 la came ventriculaire numéro 3 la came auriculaire numéros 4 un cadre de soutien fixé au plateau numéro 5 le volant d'inertie numéro 6 la courroie d'entrainement numéro 7 le moteur autoréducteur et sa poulie d'entrainement numéro 8 le levier d'appui auriculaire numéro 9 le levier d'appui ventriculaire numéros 10 figurant le point de fixation de la tige d'appui auriculaire numéro 11 le point de fixation de la tige d'appui ventriculaire numéro 12 et 13 les points de fixation des élastiques de maintien de contacts cames et poulies des leviers d'appui. [0025] Figure 4 le circuit fermé de circulation d'eau en circuit fermé est rangé sur le plateau de la structure portante selon un schéma respectant les proportions de Vitruve/Vinci et de M Edwards sans aucune interposition rigide. Ce circuit fermé représente la grande circulation artérielle de distribution musculaire et neuro médullaire d'un sujet humain de 180 cm de taille complète en bonne santé notamment de poids normal allongé au repos depuis 15 minutes. Ainsi l'aorte libre de toute connexion rigide mesure 60 cm de long son calibre intérieur de 2.5 cm est supérieur aux calibres cumulés des 2 iliaques primitives qui est de 2.4 cm. 7 [0026] Le mode de réalisation de l'invention est caractéristique surtout en ce qui concerne la construction de la circulation d'eau en circuit fermé. La poche auriculaire est une pompe de réservoir. La poche ventriculaire est une grosse poire à lavement dans laquelle une platine en contreplaquée étanchéifiée de 8 cm de diamètre vient se placer sertie collée. La platine accueille 2 orifices de 2.5 cm de diamètre intérieur laissant passage à 2 tubes de plastique transparent de 2.5 cm de diamètre extérieur. Un tube provient de la poche auriculaire et comporte un dispositif valvulaire tricuspide. Un autre tube traverse la platine en sortant de la poche ventriculaire pour se rendre dans l'aorte de caoutchouc et comporte lui aussi un dispositif valvulaire tricuspide. Les 2 dispositifs valvulaires sont chacun constitués de 3 cornets en taffetas qui sont collés en couronne au milieu des tubes plastiques de manière à ce que l'on puisse juger de leur état lorsque la machine fonctionne. Les orifices de collatéralité de l'aorte sont constitués à l'emporte-pièce utilisé pour la découpe des joints de culasse. Pour découper les orifices de l'aorte un manche à balai est introduit dans le tube aortique qui mesure 64 cm de long pour servir de support à la percussion de l'emporte- pièce. Les tubes constituants la collatéralité de l'aorte sont de calibres différents et viennent s'intégrer dans les différents orifices ménagés à l'emporte-pièce. Ils sont collés avec un produit gardant une souplesse en séchant après que les surfaces de collage aient été dégraissées à l'acétone et abrasées au papier de verre. Ainsi au niveau de chaque collatérale il n'y aucune pièce métallique ou plastique rigide et donc aucune augmentation locale de la rigidité qui aurait accéléré le transit de l'onde de pression. Donc du début de l'aorte « libre » après 2 cm de jonction rigide avec le tube plastique provenant de la poche ventriculaire aux différentes zones de réduction il n'y aucun dispositif de jonction de structure rigide susceptible d'augmenter la vitesse de propagation de l'onde de pression. La contrainte de cette technique est le temps de séchage nécessaire à la solidité et à l'étanchéité du circuit (24 heures de séchage pour chaque collage) [0027] L'invention est susceptible d'application industrielle si elle permet l'élaboration de machines d'exploration médicale permettant sur l'Homme le chronométrage et la représentation de la vitesse de l'onde de pression sur tous ses parcours à l'état normal et dans les états pathologiques. 8 [Revendication 1] REVENDICATIONSRevendication indépendante Revendication 1. Dispositif d'exploration de la dynamique de l'onde de pouls caractérisé en ce qu'il comprend : Une structure portante qui est une table comportant un plateau de 180 cm de longueur sur lequel se trouve un circuit simulant la circulation artérielle à destinée musculo squelettique et neuro médullaire d'un Homme, ledit circuit étant un circuit fermé, en caoutchouc naturel comprenant des tuyaux et des cavités, une cavité représentant une oreillette recevant de l'eau provenant du parcours de retour faisant passer l'eau à travers une valve tricuspide de séparation entre ladite oreillette et une autre cavité représentant un ventricule le dit ventricule recevant de l'eau de ladite oreillette et faisant passer l'eau à travers une autre valve tricuspide dans un tuyau représentant l' aorte, ladite aorte distribuant la circulation vers 7 défilés de restriction représentant la zone micro capillaire avant le passage dans le circuit de retour au coeur lesdits 7 défilés de restriction sont placés aux niveau de zones représentant les extrémités des membres, l'extrémité céphalique, l'extrémité des artères dorsales, l'extrémité des artères lombaires, chaque défilé de restriction est composé par des vis dont le pas est tel que 2 tours et demi comprime complètement la lumière du tuyau, un tour de vis comprime la lumière de 20%, 2 tours de vis de 60% . Un moteur électrique autoréducteur à alimentation continue de 24 volts avec variateur d'alimentation. Un volant d'inertie. Un arbre à cames muni d'une came dite « ventriculaire » qui actionne une pression sur l'élément de circuit représentant le ventricule et d'une came dite « auriculaire » qui actionne une pression sur l'élément du circuit représentant l'oreillette . Les 2 cames sont disposées de façon à ce que l'appui auriculaire de durée courte survienne juste avant le début de l'appui ventriculaire, le sens de rotation de la came étant. établi pour que cela se fasse dans cet ordre. Un jeu de 2 leviers au contact chacun d'une came exercent une traction sur 2 tiges qui exercent une traction sur 2 lames (l'appui assurant un appui rythmé en premier sur l'oreillette et en second sur le ventricule à chaque rotation de l'arbre à cames. Un réseau de collecte pour retour à l'oreillette. 9 [Revendication 2] Un réseau de capteurs se distribuant avec un espacement régulier sur le circuit de distribution du coeur jusqu'aux différentes extrémités et permettant d'évaluer la vitesse de déplacement de l'onde dc pouls sur tous ses parcours. Revendications dépendantes. Revendication 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en cc que les 2 valves tricuspides placées entre l'oreillette et le ventricule et entre le ventricule et l'aorte sont chacune constituées de trois cornets de taffetas collés en couronne dans les deux zones dc jonction.