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Dispositif de mesures biomécaniques des vaisseaux et d'analyse
volumétrique des membres
Domaine technique
La présente invention concerne un dispositif non vulnérant de
caractérisation bio-morphologique d'un membre humain et d'évaluation
biomécanique des vaisseaux sanguins, ainsi qu'un procédé d'aide à la
définition de l'orthèse de compression adaptée au membre à traiter.
La présente invention se situe dans le domaine de l'instrumentation
médicale.
Etat de la technique antérieure
Bien que très largement utilisées dans de nombreux cas, comme le
traitement de l'insuffisance veineuse chronique et du lymphoedème, les
orthèses de compression ne sont pas toujours parfaitement adaptées ni à la
morphologie du membre sur lequel elles sont mises en place ni aux
caractéristiques biomécaniques des veines, de leur paroi et de leur
environnement tissulaire. En effet, les orthèses de compression sont
fabriquées à partir de normes relatives à un standard morphologique, sans
prendre en compte les caractéristiques individuelles de chaque patient,
notamment morphologiques. Le résultat thérapeutique n'est ainsi pas
toujours atteint de manière optimale.
Plusieurs techniques de caractérisation morphologiques et de
volumétrie sont connues et applicables dans le domaine médical :
¨ Une première technique consiste à mesurer le volume d'eau déplacé
lors de l'immersion du membre à traiter. Cette technique, bien que
théoriquement simple, n'est pas toujours facile à mettre en oeuvre
selon le degré de mobilité et/ou l'état de santé du patient, par exemple
après une chirurgie récente ou en cas de lésions cutanées. Par ailleurs,
elle ne permet pas de réaliser des mesures locales ou segmentaires,
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et elle ne permet donc pas de mettre en évidence la répartition d'un
oedème sur le membre.
¨ Une autre technique consiste à réaliser des mesures périmétriques à
différents niveaux du membre. Cette technique est très simple à
mettre en oeuvre et largement pratiquée dans le milieu hospitalier ;
cependant, elle est très approximative, fastidieuse et mal
reproductible.
¨ D'autres techniques utilisent divers procédés, comme des faisceaux de
lumière infrarouge, pour effectuer des mesures de diamètres étagées
le long du membre et reconstruire sa silhouette (généralement en deux
plans), mais ces mesures restent approximatives, notamment en cas
de déformations liées à l'cedème, et ne précisent pas le volume de
l'extrémité (main ou pied).
¨ Enfin, la volumétrie laser 3D est déjà exploitée dans le domaine
médical pour la caractérisation morphologique de parties du corps
(face, membre...), mais n'a pas fait l'objet de développements
techniques spécifiques à l'usage médical (particulièrement en termes
d'ergonomie ou de rapidité d'acquisition), ni d'exploitation pour la
personnalisation des orthèses fonction des caractéristiques
morphologiques et biomécaniques veineuses du patient.
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Par ailleurs, si de nombreuses études ont été menées pour l'étude des
effets de la compression veineuse, aucune n'a permis d'évaluer en temps réel
les caractéristiques biomécaniques de la paroi veineuse ainsi que les
contraintes subies et transmises par les tissus d'un membre sur lequel une
or-thèse de compression doit être mise en place.
La présente invention a pour objet de répondre au moins en grande
partie aux problèmes précédents tout en offrant d'autres avantages.
Un autre but de l'invention est de résoudre au moins un de ces
problèmes par un nouveau système de mesures volumétriques et de
caractérisation morphologique d'un membre humain, en parallèle avec
l'évaluation anatomique et biomécanique des vaisseaux sanguins du membre,
et les mettre, le cas échéant, en rapport avec les paramètres de compression.
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Un autre but de l'invention est de proposer un tel système d'ergonomie
adaptée à l'usage médical, facile à mettre en oeuvre, non invasif et non-
vulnérant. Un autre but de l'invention est de proposer un tel système capable
de réaliser des mesures reproductibles, fiables et précises.
Exposé de l'invention
On atteint au moins l'un des objectifs précités avec un système non
vulnérant de caractérisation bio-morphologique d'un membre humain
comprenant :
- un dispositif de mesures géométriques - de préférence
tridimensionnelle (3D) - et volumétriques comprenant :
- une pluralité de systèmes d'acquisition d'images
tridimensionnelles agencés pour imager ledit membre,
- un cadre articulé et motorisé, agencé d'une part pour positionner
au moins une partie de la pluralité des systèmes d'acquisition de
manière périphérique audit membre, et d'autre part pour
déplacer au moins une partie de la pluralité des systèmes
d'acquisition par rapport audit membre,
- un dispositif de traitement des données géométriques et/ou
volumétriques, agencé pour représenter les données
d'acquisition sous la forme d'une pluralité de points présentant
un jeu de coordonnées dans un référentiel tridimensionnel, et
par exemple sous la forme d'un maillage incluant
éventuellement une information texturée du membre observé et
fournie par les systèmes d'acquisition d'images, et
- un dispositif de mesures anatomiques et biomécaniques comprenant
un porte-sonde comprenant :
- une sonde échographique pour imager le système vasculaire
relatif audit membre, et
- un capteur de force agencé pour mesurer la pression exercée
par ladite sonde sur le membre, ledit capteur de force étant relié
solidairement à la sonde échographique.
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Ainsi, le système de caractérisation selon l'invention permet de proposer
un nouveau dispositif de caractérisation d'un membre, dans lequel le
dispositif de mesure et de volumétrie permettant de reconstruire un modèle
numérique 3D dudit membre est complété par un dispositif de mesures
anatomiques et biomécaniques permettant de déterminer un certain nombre
de variables morphologiques et/ou biomécaniques du système vasculaire
afférent audit membre. Il est ainsi possible de mesurer et comprendre, entre
autres, le rôle des contraintes mécaniques sur les parois vasculaires dans la
maladie vasculaire affectant ledit membre, et de prévoir les effets des
différentes modalités et forces de compression afin d'en affiner la
prescription.
A titre d'exemples non limitatifs, l'invention, pour le volet des mesures
anatomiques et biomécaniques, vise à caractériser d'une part l'anatomie et
la géométrie - notamment diamètre, circonférence, section, épaisseur
pariétale - et d'autre part les caractéristiques biomécaniques - telles que le
module d'élasticité - des vaisseaux sanguins afin de mieux adapter l'orthèse
de compression sur ledit membre.
Les mesures anatomiques et biomécaniques sont principalement, mais
non exclusivement, réalisées par un système d'échographie couplé à une
mesure de la force exercée par la sonde échographique sur ledit membre
durant la mesure. Le couplage de la sonde échographique et du capteur de
force est réalisé par le porte-sonde. Ce couplage astucieux et intégré de
manière innovante à un dispositif de caractérisation d'un membre humain
permet à la fois de contrôler la pression exercée par l'opérateur et
d'enregistrer la force exercée en retour sur ladite sonde échographique,
représentative de la pression interstitielle ainsi que de la pression sanguine
locale et ses variations.
Les mesures échographiques permettent avantageusement de
déterminer notamment les propriétés dimensionnelles et/ou transversales
desdits vaisseaux sanguins. Plus particulièrement, la position et
l'orientation
de la section transverse du vaisseau sanguin est déterminée, éventuellement
en différentes positions.
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La mesure de force concomitante à la mesure échographique peut aussi
être utilisée pour normaliser les mesures biomécaniques ainsi réalisées, par
exemple à l'aide d'un asservissement permettant de maintenir à un niveau
de consigne la force, la pression, ou leurs effets.
Le système de caractérisation selon l'invention permet ainsi de mesurer
des variables vasculaires et/ou artérielles sans insertions de capteurs et/ou
dispositifs médicaux à l'intérieur dudit membre, concourant ainsi à améliorer
l'ergonomie du système de mesure et le confort du patient, tout en excluant
les risques divers (notamment hémorragiques ou infectieux) afférant aux
techniques vulnérantes.
Selon un mode de réalisation particulier, l'imagerie échographique est
réalisée en temps réel afin de pouvoir étudier l'évolution dynamique des
variables morphologiques et biomécaniques du système vasculaire, comme
par exemple la variation du diamètre artériel durant les cycles cardiaques.
Il est aussi possible d'évaluer en temps réel l'effet des différentes
modalités et paramètres de compression sur la géométrie des vaisseaux
superficiels et profonds.
Les mesures de géométrie 2D et de volumétrie du membre à caractériser
sont réalisées par une pluralité de capteurs tridimensionnels placés autour
dudit membre.
Le nombre de capteurs tridimensionnels peut varier en fonction de la
taille et de la forme dudit membre, des degrés de liberté du cadre sur lequel
ils sont montés, ainsi que des caractéristiques intrinsèques des dits capteurs
tridimensionnels (résolution, champ couvert, portée...) et des contraintes de
durée de numérisation.
Afin de réaliser une numérisation complète ou partielle du membre à
caractériser, il est nécessaire que la surface de ladite zone à numériser soit
imagée entièrement par la pluralité de capteurs tridimensionnels. Ainsi, si
seule une partie segmentaire dudit membre doit être imagée, la pluralité de
capteurs tridimensionnels mis en oeuvre doit être agencée de manière à
balayer au moins collectivement l'ensemble de la surface de ladite partie
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segmentaire. Si tout le membre doit être imagé, alors la pluralité de capteurs
tridimensionnels mis en uvre doit être agencée de manière à balayer, au
moins collectivement, l'ensemble de la surface dudit membre. Le nombre et
la disposition des capteurs tridimensionnels mis en uvre peuvent-être
adaptés en fonction des situations.
Le balayage complet de la partie segmentaire ou du membre entier peut
être obtenu par tout moyen et peut ainsi comprendre des moyens de
déplacements, éventuellement motorisés, desdits capteurs tridimensionnels
autour du membre à caractériser si le champ de mesure des capteurs
tridimensionnels ne permet pas d'imager l'ensemble de la surface depuis une
seule position ou afin de raccourcir la durée de numérisation.
Dans le cas où un déplacement desdits capteurs autour dudit membre
est nécessaire, il peut être réalisé par le cadre articulé qui possède au
moins
un moyen agencé d'une part pour supporter au moins un capteur
tridimensionnel, et d'autre part pour réaliser un mouvement relatif par
rapport audit membre.
Ce mouvement peut être prédéfini par l'intermédiaire d'au moins une
liaison cinématique particulière. Il peut s'agir par exemple d'un mouvement
de rotation et/ou d'un mouvement de translation. D'une manière générale,
l'au moins un moyen est agencé pour permettre audit au moins un capteur
tridimensionnel de mesurer au moins une autre partie de la surface du
membre à caractériser ou de la partie segmentaire dudit membre.
Avantageusement, le cadre articulé peut être motorisé afin de contrôler
plus finement lesdits mouvements des capteurs par rapport au membre à
mesurer.
Préférentiellement, les moyens de motorisation dudit cadre peuvent être
agencés pour être pilotés à distance afin de programmer des mouvements
particuliers et/ou prédéfinis.
Les capteurs tridimensionnels peuvent être de n'importe quel type, et
sont conçus pour réaliser un maillage volumique de la surface imagée.
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Préférentiellement, le dispositif selon l'invention met en oeuvre une
pluralité de caméras laser tridimensionnelles, avantageusement sept.
A titre d'exemple non limitatif, chaque capteur tridimensionnel réalise
ainsi un maillage de la surface dudit membre ou de la partie segmentaire
dudit membre de manière indépendante. Chaque capteur tridimensionnel
numérise la surface d'au moins une partie dudit membre sous la forme d'un
ensemble de points présentant un jeu de coordonnées particulier dans un
référentiel tridimensionnel particulier.
Afin de pouvoir reconstruire un maillage volumique complet d'au moins
une partie dudit membre, le dispositif selon l'invention met en oeuvre des
moyens de traitement des données de mesures qui sont agencés pour
agréger les différents ensembles de points des différents capteurs dans un
référentiel tridimensionnel unique.
Alternativement, au moins un capteur tridimensionnel peut être utilisé
pour enregistrer les positions successives d'au moins une partie des autres
capteurs tridimensionnels, ledit au moins un capteur utilisé pour enregistrer
leurs positions successives pouvant être immobile et/ou à au moins une
position prédéterminée.
Par ailleurs, de manière avantageuse, chaque capteur tridimensionnel
est étalonné et/ou possède des moyens d'étalonnage intrinsèques qui
permettent de rendre compatibles les référentiels tridimensionnels de chaque
ensemble de points.
Avantageusement et/ou alternativement, le système de caractérisation
morphologique met en uvre des moyens d'étalonnage communs à au moins
une partie des capteurs tridimensionnels afin de rendre compatible et/ou
identiques les référentiels tridimensionnels de ladite au moins une partie des
capteurs tridimensionnels.
Le dispositif de mesures géométriques et volumétriques permet ainsi de
numériser au moins une partie du membre à caractériser de manière rapide
et précise. En effet, en utilisant une pluralité de capteurs tridimensionnels
éventuellement mobiles autour dudit membre, les temps d'acquisition des
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images sont réduits puisque chaque capteur n'a en charge que de mesurer
une partie au moins dudit membre. Le maillage volumique ainsi obtenu est
plus précis car la mesure ainsi réalisée est plus confortable pour le patient,
plus rapide et donc moins exposée à un mouvement parasite du membre
durant l'enregistrement du fait de l'inconfort du patient.
Le dispositif de caractérisation est ainsi plus ergonomique puisqu'il
répond en même temps à un besoin d'amélioration du confort durant cette
phase de numérisation.
Les mesures réalisées avec le système de caractérisation selon
l'invention peuvent être réalisées indifféremment en présence ou en l'absence
de l'orthèse afin de mesurer précisément les effets de celle-ci sur au moins
une partie du membre.
Par ailleurs, les mesures anatomiques et biomécaniques peuvent être
réalisées en même temps que les mesures volumétriques ou,
alternativement.
Selon un mode de réalisation particulier, le système selon l'invention
peut comprendre par ailleurs un dispositif d'analyse, agencé d'une part pour
fusionner au moins une partie des données volumétriques et au moins une
partie des données anatomiques et biomécaniques, et d'autre part pour
déterminer des variables morphologiques dudit membre et/ou des variables
biomécaniques du système vasculaire dudit membre.
La fusion de donnée consiste en un ensemble de processus qui visent à
intégrer des données multiples, représentant un nombre varié de mesures
physiques différentes (par exemple optiques, mécaniques, électriques...) d'un
même objet, afin de les agréger dans une représentation unique, cohérente,
précise et utile.
A titre d'exemple non limitatif, la fusion de données peut par exemple
consister à superposer les mesures échographiques - et les variables
morphologiques du système vasculaire ainsi caractérisé - au modèle
volumique numérique du membre afin de visualiser une représentation
numérique et fidèle à la réalité du système vasculaire durant au moins un
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cycle cardiaque ou une man uvre dynamique (mouvement, compression...)
et sa localisation dans ledit membre.
Le dispositif d'analyse selon l'invention permet ainsi d'agréger au moins
une partie des données volumétriques et au moins une partie des données
biomécaniques afin notamment d'établir des relations entre les données
biométriques mesurées par le dispositif de mesures biomécaniques et le
modèle numérique de l'au moins une partie du membre.
Pour ce faire, le dispositif d'analyse peut mettre en oeuvre par exemple
le procédé d'analyse suivant :
- détermination de l'influence de l'orthèse sur au moins une partie du
système vasculaire, et plus particulièrement sur sa variation de
section,
- couplage de ces résultats avec les mesures des variations
dimensionnelles du membre,
- détermination des conditions d'écoulement sanguin dans l'au moins
une partie du système vasculaire, par exemple en présence de
pathologie (insuffisance, sténose, thrombose...), afin de comprendre
les différentes forces mises en jeu,
- intégration de ces données sur le modèle numérique de l'au moins
une partie du membre.
Les conditions d'écoulement sanguin dans le système vasculaire sont
déterminées à l'aide d'au moins une variable représentative de type
numérique préférentiellement. Cette variable est déduite / calculée à partir
des différentes mesures réalisées. Elle est ensuite fusionnée au modèle
géométrique afin de visualiser sur une représentation numérique
tridimensionnelle la distribution de ladite variable représentative du système
vasculaire du membre.
La fusion de données permet ainsi de superposer des mesures
dimensionnelles, éventuellement dynamiques, avec des mesures
biomécaniques superficielles ou profondes réalisées sur l'au moins une partie
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du membre afin de localiser précisément lesdites mesures biomécaniques et
d'améliorer la compréhension des effets de l'or-thèse sur ledit membre.
Avantageusement, au moins une partie de la pluralité de systèmes
d'acquisition d'images tridimensionnelles du système selon l'invention peut
fonctionner de manière synchrone.
Il est ainsi possible de réduire le temps de numérisation de l'au moins
une partie du membre à caractériser.
Préférentiellement au système selon l'invention, le dispositif de mesures
volumétriques peut comprendre par ailleurs un outil d'aide à la mesure
géométrique et volumétrique dudit membre, agencé pour déterminer des
zones représentatives dudit membre pour la détermination de sa forme et de
son volume.
Les zones représentatives sont celles qui peuvent permettre de mieux
comprendre une pathologie donnée affectant ledit membre et/ou être située
autour d'une manifestation ou conséquence de la pathologie. L'outil d'aide à
la mesure volumétrique peut être notamment agencé pour détecter des
volumes particuliers sur un membre, comme par exemple des déformations
représentatives de certaines pathologies. A titre d'exemple non limitatif,
l'outil d'aide à la mesure volumétrique peut comparer la morphologie dudit
membre à une base de données comprenant des morphologies types desdits
membres, telles que décrites dans les normes.
Dans une version particulière du système selon l'invention, le cadre peut
comprendre au moins un bras pour supporter au moins une partie de la
pluralité de systèmes d'acquisition d'images tridimensionnelles.
Eventuellement, ledit au moins un bras est agencé pour pivoter autour
dudit membre.
Avantageusement, l'amplitude de rotation de l'au moins un bras dudit
cadre peut être comprise entre 0 et 90 . L'amplitude de la rotation des bras
du cadre et supportant au moins une partie des capteurs tridimensionnels
est, comme décrit plus haut, conditionnée notamment par le besoin de
réaliser un recouvrement des surfaces du membre à caractériser entre au
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moins une partie des capteurs tridimensionnels et au moins une autre partie.
Typiquement, l'amplitude de rotation nécessaire est de l'ordre de la quinzaine
de degrés.
Selon une version préférentielle de l'invention, le porte-sonde peut être
monté sur un bras articulé et/ou motorisé, solidaire ou non du cadre et
agencé pour mettre en contact ledit porte-sonde avec le membre et/ou
déplacer ledit porte-sonde sur ledit membre.
Le bras articulé permet de réaliser des mouvements dans l'espace en
soutenant le porte-sonde, permettant ainsi de réaliser un examen plus précis
sur le membre à caractériser.
Selon un mode de réalisation de cette version préférentielle, le bras
articulé peut être motorisé afin de réaliser des mouvements de manière
automatique et/ou prédéfinis.
Avantageusement, un asservissement de la sonde échographique au
contact du membre à caractériser en fonction de la pression mesurée par le
capteur de force peut permettre de réaliser des mesures plus fiables et plus
reproductibles.
D'autre part, le porte-sonde a une forme et des proportions qui le
rendent facilement préhensible. Il est notamment conçu dans des matériaux
légers afin de minimiser son poids et faciliter la manipulation de la sonde
lors
de la caractérisation du membre examiné. Le choix des matériaux peut aussi
être conditionné par le caractère médical de son application : il peut être
conçu préférentiellement en matière plastique.
Avantageusement, le dispositif de mesures biomécaniques du système
selon l'invention peut comprendre au moins un capteur pour mesurer la
pression d'interface, placé en contact avec la peau dudit membre.
Eventuellement, le dispositif peut aussi être complété par un capteur de
pression intramusculaire pour mesurer la pression sanguine à l'intérieur d'un
muscle dudit membre, et/ou un capteur de pression intravasculaire pour
mesurer la pression sanguine à l'intérieur d'un vaisseau dudit membre.
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Selon un mode de réalisation particulier du dispositif de mesures
biomécaniques selon l'invention, l'acquisition des données issues d'au moins
une partie des capteurs que comprend ledit dispositif de mesures
biomécanique peut être réalisé de manière synchrone.
L'adaptation du dispositif de mesures biomécaniques à l'évaluation de la
physiopathologie vasculaire d'au moins une partie du membre à caractériser
permet finalement de fusionner à l'aide du dispositif d'analyse selon
l'invention un plus grand nombre de données provenant d'autres capteurs
placés préférentiellement à la surface d'une partie au moins dudit membre et
permettant de mesurer d'autres grandeurs physiques et/ou d'autres variables
morphologiques, physiques, ou chimiques. Il est ainsi possible de mieux
comprendre les effets de l'orthèse sur ledit membre.
Le dispositif d'analyse selon l'invention peut ainsi permettre en outre de
mettre en relation les variations de pression d'interface avec par exemple la
pression intramusculaire ou interstitielle et la pression sanguine d'une part,
et la géométrie des différents vaisseaux examinés, superficiels et profonds,
d'autre part.
La pression d'interface peut être mesurée par différents types de
capteurs, préférentiellement hydrauliques ou pneumatiques par déplacement
d'un fluide à l'intérieur d'une poche ou d'un ballonnet plat en contact avec
la
peau.
On connait aussi des capteurs électriques (résistifs ou capacitifs).
Les capteurs de pression d'interface sont répartis à la surface du
membre à caractériser, préférentiellement selon une normalisation bien
connue par l'homme du métier.
De manière préférentielle, les capteurs d'interface sont agencés pour
être mis en place en contact avec le membre à caractériser, en présence ou
en l'absence de l'orthèse de compression.
A titre d'exemple non limitatif, les capteurs de pression d'interface
peuvent consister en des capteurs pneumatiques associés à des
transducteurs de pression piézoélectriques.
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L'acquisition des données issues des différents capteurs utilisés pour les
mesures biomécaniques et/ou de la pluralité de capteurs tridimensionnels
utilisés pour les mesures volumétriques se fait par tout moyen connu, de
manière analogique et/ou numérique. Finalement, les données sont toutes
numérisées afin d'être exploitées par une unité de traitement,
préférentiellement un ordinateur.
Eventuellement, un moyen pour conditionner, mettre en forme et/ou
prétraiter les signaux issus de l'un au moins des différents capteurs compris
dans le dispositif de mesures biomécaniques peut être mis en oeuvre dans le
système de caractérisation selon l'invention.
Typiquement, mais non limitativement, le dispositif selon l'invention
mesure ainsi au moins une propriété mécanique du système vasculaire
superficiel et/ou profond afin de, comme expliqué précédemment, déterminer
un paramètre représentatif numérique et de le fusionner au modèle
géométrique tridimensionnel.
Avantageusement, la propriété mécanique mesurée est la compression
dudit système vasculaire sous l'effet de l'application de la sonde sur celui-
ci
et mesurée par le capteur d'effort embarqué par le porte-sonde.
La mesure est réalisée à un ou plusieurs endroits et sur une durée
permettant de mesurer son évolution dans le temps, en fonction par exemple
de l'appui et du retrait de la sonde. Cette mesure permet ainsi de mesurer la
compression et la détente du système vasculaire sous l'effet de cette pression
exercée.
La variable représentative calculée à partir de ces mesures est l'élasticité
de la paroi du système vasculaire, permettant de mettre en avant la
distensibilité et/ou la compliance de la paroi vasculaire correspondante.
Cette variable représentative est déduite de la mesure et de l'image
échographique réalisées, et calculée ensuite selon plusieurs moyens connus,
dont la modélisation.
A titre d'exemple non limitatif, un modèle basé sur l'évaluation de
l'hystérésis observée sur l'évolution de la paroi vasculaire durant la
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compression et la détente du système vasculaire permet de calculer in fine
l'élasticité dudit système vasculaire.
Suivant un autre aspect de la même invention, il est proposé un procédé
d'aide à la définition ou à la sélection ou à l'adaptation d'orthèses de
compression pour un membre, mettant en uvre le système de
caractérisation bio-morphologique selon l'un quelconque des modes de
réalisation de l'invention, comprenant au moins l'une des étapes suivantes :
¨ mesures géométriques et volumétriques dudit membre,
¨ mesures biomécaniques dudit membre,
¨ fusion des mesures géométriques et/ou volumétriques et
biomécaniques afin de mettre en corrélation au moins une partie
desdites mesures géométriques et/ou volumétriques et au moins une
partie desdites mesures biomécaniques,
¨ détermination d'au moins une variable biométrique et/ou d'au moins
une variable volumétrique.
Le procédé selon cet autre aspect de l'invention permet aussi d'adapter
une orthèse préexistante à la géométrie du membre sur lequel elle était
utilisée.
Selon un mode préféré de cet aspect de l'invention, les mesures
biomécaniques peuvent être réalisées au moins durant l'étape de mesures
géométriques et/ou volumétriques dudit membre.
Comme expliqué dans les paragraphes précédents, les données
biomécaniques sont exploitées afin de déterminer un certain nombre de
variables morphologiques et/ou biomécaniques représentatives du système
vasculaire du système vasculaire dudit membre. Ces mesures peuvent être
réalisées de manière dynamique.
Les variables morphologiques et/ou biomécaniques représentatives du
système vasculaire sont principalement déduites des images échographiques,
et complétées ensuite par les mesures d'au moins un autre capteur.
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A titre d'exemple non limitatif, un modèle basé sur l'évaluation de
l'hystérésis observée sur l'évolution de la paroi vasculaire imagée par la
sonde
échographique durant la compression et la détente du système vasculaire
permet de calculer in fine l'élasticité dudit système vasculaire.
Avantageusement, les mesures biomécaniques sont réalisées en un seul
point, permettant de mesurer ainsi une variable représentative du système
vasculaire en ce point. La variable représentative est ensuite propagée à
l'ensemble du système vasculaire, considérant que les propriétés
biomécaniques dudit système vasculaire son isotropes et homogènes.
Alternativement, un modèle mathématique peut propager la valeur de
ladite variable représentative au travers du modèle numérique dudit système
vasculaire afin de calculer des valeurs estimatives de ladite variable
représentative en fonction de la valeur mesurée et calculée en un point.
Alternativement, les mesures sont réalisées en plusieurs point et/ou
plusieurs zones différentes afin de raffiner ledit modèle mathématique et de
calculer plusieurs valeurs de la variable représentative en fonction de la
localisation de la portion du système vasculaire considérée.
Selon un mode de réalisation particulier, le procédé selon l'invention
peut comprendre une étape de prétraitement des images échographiques
réalisées, préalable à la fusion des données. Cette étape de prétraitement
consiste notamment à traiter le bruit des images et/ou enlever ou identifier
les artefacts (diffraction, réfraction, inclusions...) afin de faciliter
l'extraction
des informations géométriques.
Une étape suivante consiste par ailleurs à extraire les contours d'au
moins une partie d'au moins une image échographique enregistrée. Pour ce
faire, plusieurs méthodes bien connues de l'homme du métier existent, telles
que les méthodes dérivatives, par segmentation, par contours actifs...
Ces prétraitements peuvent être réalisés une fois que toutes les mesures
ont été réalisées - en post-traitement - ou alors réalisés en temps réel au
fur et à mesure de l'acquisition des différentes données. Dans tous les cas de
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figure, ils permettent de mettre en concordance les données obtenues par les
dites mesures
Sur la base des résultats de fusion de données et/ou en fonction des
résultats de mesures volumétriques et biomécaniques, et selon une version
avantageuse de cet aspect de l'invention, le procédé peut comprendre en
outre une étape de définition, d'adaptation ou de sélection d'une orthèse de
compression pour le membre, en fonction de l'au moins une variable
biométrique et/ou de l'au moins une variable géométrique et/ou
volumétrique.
Il peut aussi préférentiellement comprendre une étape supplémentaire
d'élaboration d'un modèle biomécanique prédictif des effets de l'orthèse de
compression sur le membre et son système vasculaire.
Description des figures et des modes de réalisation
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront
encore au travers de la description qui suit d'une part, et de plusieurs
exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence
aux dessins schématiques annexés d'autre part, sur lesquels :
¨ la FIGURE 1A illustre une vue d'ensemble schématique du dispositif de
mesure volumétrique selon l'invention,
¨ la figure 1B illustre un premier mode de réalisation du dispositif de
mesure volumétrique selon l'invention,
¨ la FIGURE 2 illustre le porte-sonde utilisé pour réaliser une partie des
mesures biomécaniques du système vasculaire du membre,
¨ la FIGURE 3 illustre un bras articulé pour le porte-sonde et selon un
mode de réalisation particulier de l'invention,
¨ la FIGURE 4 illustre le principe de caractérisation bio-morphologique
selon l'invention, et
¨ la FIGURE 5 illustre une séquence d'analyse d'images échographiques
réalisées durant les mesures biomécaniques.
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Les modes de réalisation qui seront décrits dans la suite ne sont
nullement limitatifs ; on pourra notamment imaginer des variantes de
l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites par la
suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de
caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour
différencier l'invention par rapport à l'état antérieur de la technique .
Cette
sélection comprend au moins une caractéristique de préférence fonctionnelle
sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels
si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique
ou pour différencier l'invention par rapport à l'état antérieur de la
technique.
En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation
décrits sont combinables entre eux si rien ne s'oppose à cette combinaison
sur le plan technique.
Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la
même référence.
Une orthèse est un appareillage qui compense une fonction absente ou
déficitaire d'un membre, assiste une structure articulaire ou musculaire,
stabilise un segment corporel pendant une phase de réadaptation ou de
repos. Elle diffère de la prothèse, qui elle, a pour fonction de remplacer un
élément manquant du corps humain.
La FIGURE 1A illustre une vue d'ensemble schématique du dispositif de
mesure volumétrique 100 selon l'invention et la FIGURE 1B illustre un mode
de réalisation particulier de l'invention.
Le patient dont l'un des membres doit bénéficier de l'installation d'une
orthèse est installé sur un banc de mesure dont une partie est représentée
sur la FIGURE 1B. Le banc de mesure comprend typiquement une première
structure - optionnelle et non représentée - permettant au patient d'être
confortablement installé pour l'analyse morphologique de son membre sur
lequel l'orthèse sera mise en place, ainsi qu'une deuxième structure 100
représentée sur les FIGURES 1A et 1B et qui permettent de placer ledit
membre 110 à l'intérieur d'une zone de mesure.
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Plus particulièrement, la FIGURE 1A illustre schématiquement une telle
installation pour caractériser un membre inférieur 110.
Le membre inférieur 110 est placé à l'intérieur d'un cadre articulé 120
qui dispose plusieurs capteurs tridimensionnels 131-137 dans l'espace
périphérique audit membre 110. Le cadre 120 est constitué d'une base 124
à l'extrémité 123 de laquelle deux capteurs 137a, 137b permettent d'imager
la voute plantaire du membre 110. En extension par rapport à ladite base
124, un bâti 125 s'étend dans une direction sensiblement parallèle à
l'élongation du membre inférieur 110.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le bâti 125
supporte un bras circulaire 121sur lequel sont fixés les capteurs
tridimensionnels 131-135.
Le bras circulaire 121 est articulé afin de ménager un dégagement à
droite ou à gauche et permettre ainsi au patient d'introduire ou d'enlever son
membre 110 de la zone de mesure à l'intérieur dudit cadre 120.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, compatible avec
n'importe quelle version du cadre 120, le bâti 125 peut être télescopique afin
de s'adapter aux tailles des membres inférieurs de différents patients.
Sur la FIGURE 1A le bras circulaire 121 supporte cinq capteurs
tridimensionnels 131-135 qui peuvent être articulés et/ou motorisés de
manière à réaliser un balayage autour du membre inférieur 110.
Eventuellement, les bras circulaires 121, 122 peuvent aussi ou
alternativement être articulés et/ou motorisés de manière à réaliser une
rotation autour du membre inférieur 110.
En d'autres termes, l'articulation des différents capteurs peut être
collective, c'est-à-dire mise en oeuvre par l'articulation et/ou la rotation
du
ou des bras qui les supporte(nt) et/ou du bâti ; alternativement,
l'articulation
des différents capteurs peut être individuelle, chaque capteur possédant ses
propres moyens d'articulation et/ou de rotation par rapport au bâti ou au
cadre qui le supporte.
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Les moyens d'articulation et/ou de rotation sont bien connus en tant que
tels et non décrits ici.
La distance séparant les bras circulaire 121par rapport à la base 124
peut aussi être ajustable de manière à adapter le dispositif de mesure
volumétrique 100 aux dimensions du membre 110 à caractériser.
En complément au dispositif de mesure volumétrique 100, la FIGURE lA
illustre aussi la mise en place de capteurs de pression superficielle 141-143
utilisés pour mesurer par exemple la pression exercée par l'orthèse sur le
membre inférieur 110 lorsque celle-ci est mise en place, ou la pression
superficielle en l'absence d'orthèse. Sur la FIGURE 1A, trois capteurs 141-
143 sont ainsi disposés le long du membre inférieur 110.
De manière préférentielle, la position des capteurs de pression
superficielle 141-143 peut être choisie de manière à caractériser les zones
qui sont par ailleurs imagées par les capteurs tridimensionnels 131-137 afin
de pouvoir - in fine - fusionner les données et d'établir une analyse plus
complète dudit membre 110 et de l'effet de l'orthèse.
Dans le mode de réalisation particulier illustré à la FIGURE 1B, le
membre inférieur 110 est placé à l'intérieur d'un cadre articulé 120 qui
dispose plusieurs capteurs tridimensionnels 131-137 dans l'espace
périphérique audit membre 110. Le cadre 120 est constitué d'une base 124
à l'extrémité 123 de laquelle un premier capteur 137 permet d'imager la
voute plantaire du membre 110. En extension par rapport à ladite base 124,
un bâti 125 s'étend dans une direction sensiblement parallèle à l'élongation
du membre inférieur 110 et supporte deux bras circulaires 121, 122 sur
lesquels sont fixés les capteurs tridimensionnels 131-136.
Dans cet exemple, chaque bras circulaire 121, 122 est agencé d'une part
pour permettre une insertion aisée du membre 110 à caractériser à l'intérieur
du dispositif 100 et d'autre part est articulé de manière déplacer les
capteurs
tridimensionnels 131-136 autour dudit membre.
Comme expliqué précédemment, le déplacement des capteurs
tridimensionnels 131-136 autour dudit membre peut être collectif à l'aide
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d'une motorisation et d'une articulation indépendante de chaque bras et/ou
par une articulation et une motorisation indépendante de chaque capteur afin
de permettre - collectivement et/ou individuellement - à ces dernier d'imager
plusieurs zones du membre.
La FIGURE 2 illustre le porte-sonde 200 utilisé pour réaliser une partie
des mesures biomécaniques du système vasculaire du membre 110.
Le porte-sonde est constitué d'un châssis 201 à l'intérieur duquel ou sur
lequel sont fixés une sonde échographique 210 montée sur un support à
translation linéaire et relié àun capteur de force 220. Le porte-sonde 200 est
conçu de manière à autoriser l'insertion de plusieurs types de sondes
échographiques 210. Il comprend ainsi des moyens de fixations de ladite
sonde, non représentés sur la FIGURE 2, comme par exemple au moins un
collier passant au travers du châssis 201 et autour de la sonde 210.
L'extrémité active de la sonde échographique 210 dépasse du porte-sonde
afin de pouvoir être mise en contact avec la peau du membre 110 à
caractériser.
Le capteur de force 220 est fixé à proximité de la sonde échographique
230 grâce à des moyens de fixation quelconques 230, et de manière à ce qu'il
soit en contact avec la peau du membre 110 à caractériser lorsque la sonde
échographique 210 l'est.
Les mesures de forces les plus significatives sont celles réalisées dans
l'axe de la sonde échographique 210, c'est-à-dire sensiblement
perpendiculaire à la surface active 211 de ladite sonde 210. Cependant, des
mesures complémentaires de forces dans les directions transverses peuvent
permettre d'affiner les mesures et de corriger certaines erreurs éventuelles
liées à un défaut d'alignement du capteur de force 220 par rapport à ladite
sonde échographique 210.
Le capteur de force 220 est agencé pour mesurer au moins la force
normale à sa surface de contact 221.
La FIGURE 3 illustre un bras articulé 300 pour le porte-sonde 200 et
selon un mode de réalisation particulier de l'invention.
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Le porte-sonde 200 est fixé sur un bras articulé 300 à l'aide de moyens
de fixations 307. Le bras articulé 300 peut être indépendant du dispositif de
mesures volumétriques 100, ou solidaire dudit dispositif de mesures
volumétriques 100.
A l'extrémité du bras articulé 300, une rotule 306 permet au porte-sonde
200 de réaliser trois rotations.
A la base 301 du bras articulé 300, une rotule 302 permet d'orienter ce
dernier dans n'importe quelle direction.
Entre les deux extrémités, le bras articulé 300 peut comprendre un
nombre indéfini de liaisons cinématiques. Sur l'exemple illustré dans la
FIGURE 3, le bras articulé est composé de deux segments intermédiaires 303,
305 reliés entre eux par une rotule 304.
La FIGURE 4 illustre le principe de caractérisation bio-morphologique
selon l'invention, et comprend les étapes suivantes :
¨ le patient est installé sur le banc d'analyse, et son membre 110 est
placé à l'intérieur du cadre 120 supportant les capteurs 131-137.
Eventuellement, le membre 110 sur lequel les mesures vont être
réalisées peut être maintenu par un dispositif de contention
temporaire ;
¨ à l'étape 401, les mesures volumétriques sont réalisées. Le cadre 120
met en mouvement les capteurs tridimensionnels 131-137 afin de
numériser au moins une partie dudit membre 110 ;
¨ à l'étape 402, au moins une mesure par échographie d'au moins une
partie du système vasculaire dudit membre est réalisée à l'aide du
porte-sonde 200, et plus particulièrement via la sonde échographique
210, afin de déterminer certaines variables morphologiques dudit
système vasculaire, notamment le diamètre du vaisseau à l'étape 404
¨ à l'étape 405, l'évolution de la force exercée par la sonde 210 sur le
membre 110 durant les mesures échographiques 402 est enregistrée
via le capteur de force 220 embarqué sur le porte-sonde 200.
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- à l'étape 403, des mesures de la pression superficielle exercée par
l'orthèse sur le membre 110 sont réalisées à l'aide des capteurs de
pression d'interface 141-143;
- fusion des différentes données et mise en corrélation à l'étape 407,
analyse des mesures réalisées afin notamment de déterminer
l'efficacité et l'impact de l'orthèse de compression sur le système
vasculaire dudit membre 110 et, finalement, de sélectionner ou
adapter une orthèse de manière spécifique ;
- éventuellement, aide à la prescription d'orthèses de compression
particulières à l'étape 408, résultant des mesures et des analyses
précédentes.
La FIGURE 5 illustre une séquence d'analyse d'images échographiques
réalisées durant l'étape des mesures biomécaniques.
Selon cette méthode d'analyse particulière, une région d'intérêt (ROI)
est d'abord déterminée 501. Elle comprend notamment le vaisseau vasculaire
511 dont les caractères morphologiques sont recherchés.
Ensuite, la région d'intérêt est binarisée à l'étape 502 en fonction d'un
seuil défini en fonction des paramètres de mesures et/ou de l'utilisateur ; il
peut par exemple être réalisé suivant une méthode dite de calcul des
gradients, permettant de réaliser un seuillage adaptatif. Il peut être aussi
prédéfini, de manière invariante aux images et/ou patients.
L'étape suivante 503 consiste à reconstruire une géométrie cohérente
de la cellule ainsi isolée dans la région d'intérêt, par le biais d'une
opération
de morphologie mathématique.
Il est alors possible de déterminer la position des parois du vaisseau à
l'étape 504 et à l'étape 505. Suivant l'orientation de ces parois et au
voisinage
de la partie centrale de la région d'intérêt, le diamètre moyen du vaisseau
est
calculé. La position et l'évolution de la section transverse le long du
vaisseau
sanguin est mesurée.
Avantageusement, la position, l'orientation et les dimensions des parois
du vaisseau sont mesurées - éventuellement à l'aide d'une modélisation
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ellipsoïdale simplifiée de la section transverse dudit vaisseau - afin de
calculer
la surface transverse (et son évolution) dudit vaisseau en au moins une
position.
Au moins une partie des diamètres et/ou positions et/ou dimensions
et/ou orientations calculés est sauvegardée dans un fichier.
Une visualisation simplifiée 506 - sous la forme d'une représentation
ellipsoïdale des vaisseaux permet d'observer en temps réel la variation du
diamètre desdits vaisseaux, ladite variation étant calculée suivant une coupe
longitudinale et/ou transversale.
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être
décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples
sans sortir du cadre de l'invention. Notamment, les différentes
caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l'invention
peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons
dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des
autres. En particulier toutes les variantes et modes de réalisation décrits
précédemment sont combinables entre eux.
