Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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On sait que pour déterminer la nature de certains trai-
tements dermatologiques ou pour constater les effets de certains
traitements dermatologiques, on est amené ~ rechercher certaines
caractéristiques spécifiques de la peau et ~ étudier leur évolu-
tion dans le temps et éventuellement les relations qu'elles
peuvent avoir entre elles. L'une des caractéristiques importantes
de la peau est le volume de la secrétion sébacée par unité de
surface et l'on a déjà proposé à cet égard, divers dispositifs
de mesure. Une autre caractéristique importante de la peau est
`10 son élasticité que l'on peut repérer en déterminant le module
élastique d'une peau (module d'YOUNG).
Pour déterminer le module élastique de la peau d'un
sujet vivant, on peut penser à utiliser les dispositifs actuelle-
ment existants étudiant la vitesse de propagation d'une onde
mécanique entre un point d'émission de l'onde et un point de
réception éloigné d'une distance connue du point d'émission. En
général, on envoie sur l'échantillon à étudier un train d'ondes
de faible amplitude et de haute fréquence produit par un vibra-
teur à quartz. La propagation de ce train d'ondes dans le
matériau, que l'on étudie, est possible, malgré la haute fréquence
des vibrations transmises, si le matériau n'est pas trop amortis-
seur' malheureusement, dans le cas de la peau, on éprouve à ce
sujet des difficultés non négligeables car le coefficient d'amor-
tissement est fort important. En outre, les dispositifs actuelle-
ment connus fonctionnant à ultrasons ne permettent pas de réaliser
des mesures localisées ~ la surface des matériaux. Les ultrasons
se propagent dans la masse de l'ensemble étudié et donnent lieu
à des réflexions multiples devant être interprétées. Ainsi une
mesure en surface in vivo n'est-elle pas concevable par les
techniques classiques. A l'inverse, l'appareil selon l'invention
crée une perturbation mécanique en surface sous forme d'impulsion
brève à laquelle le matériau répond selon son amortissement et sa
.. ,... . . . ~ ~ .................................. .
:
lV84~
fréquence propres. Le dispositif d'excitation n'impose pas une
fréquence de travail. L'analyse de la réponde ne peut qu'être
plus riche en renseignements.
Par ailleurs, dans les dispositifs connus, la mesure
du temps de propagation du train d'ondes dans l'échantillon étudié
s'effectue d'une façon telle que le temps mesuré est égal au
temps de propagation dans le matériau étudié, augmenté de l'écart
existant entre le début du comptage et le début de l'émission
de la vibration ajouté à l'écart existant entre l'arrivée de la
vibration sur le récepteur et la fin du comptage sur l'horloge.
On voit donc que l'on introduit une difficulté supplémentaire car,
pour avoir le temps de propagation de l'onde dans le métériau
étudié, il faut retrancher les temps afférents aux voies de
transmission à l'émission et à la réception.
Enfin, un autre inconvénient des dispositifs actuelle-
ment connus du type ci-dessus indiqué, provient du fait que, pour
transmettre les vibrations dans le matériau étudié au niveau de
l'émetteur et pour les recevoir au niveau au récepteur, il est
nécessaire d'appliquer l'émetteur et le récepteur sur l'échantillon
soumis à l'essai. Or, dans le cas de mesures effectuées sur la
peau, il convient de remarquer que la peau est un tissu vivant
et que l'application d'un émetteur ou d'un récepteur sur sa
surface modifie localement ses propriétés, par exemple en empê-
chant la perte d'eau.
On constate donc que les dispositifs existants basés
sur le répérage d'un temps de propagation d'ondes, entre un
émetteur et un récepteur, sont assez peu susceptibles d'être
appliqués de façon satisfaisante à la mesure du module d'élasti-
cité de la peau. La présente invention a pour but de décrire
un appareil permettant de déterminer les caractéristiques
mécaniques de la peau, et en particulier le module elastique, en
étudiant la propagation d'une onde de vibrations provoquée ~ la
, ~ . ,.' ~,
10~4~
surface de la peau. L'appareil selon l'invention provoque,
dans une première zone de peau, une perturbation génératrice
d'une vibration qui se propage à la surface de la peau et étudie
ladite propagation dans une deuxième zone distante de la zone
directement perturbée. Par ailleurs, l'appareil selon l'inven-
tion repère le passage d'une vibration au droit d'un point sans
appliquer l'organe récepteur directement sur la peau. Dans ces
conditions, on concoit que, dans la zone où s'effectue la mesure,
la peau ne soit aucunement perturbée et conserve, au cours des
essais, des caractéristiques parfaitement constantes. Enfin,
l'appareil selon l'invention, est capable d'analyser entièrement
la perturbation se propageant à la surface en donnant d'une
manière générale sa forme, son amplitude, sa fréquence propre
et de transcrire le signal reçu dans son ensemble sur un enre-
gistreur rapide approprié. Dans un mode de réalisation particu-
lier, si on s'intéresse en premier lieu au temps de propagation,
l'appareil selon l'invention détecte le passage de vibrations
en deux points écartés l'un de l'autre d'une longueur connue:
les voies de mesure afférentes aux récepteurs disposés en chacun
de ces deux points sont identiques de sorte que le temps mesuré
pour la propagation de la vibration du premier au second récep-
teur n'est entaché d'aucune erreur due à des écarts de transmis-
sion entre des voies électroniques différentes.
Il est clair que l'appareil selon l'invention, qui donne
des résultats particulièrement intéressants dans le cas des
mesures effectuées sur la peau d'un sujet vivant, peut être
utilisé pour mesurer les caractéristiques mecaniques de tout
matériau susceptible de transmettre une vibration mécanique : on
sait que l'étude de la tranmission des vibrations permet de
déterminer de nombreuses caractéristiques des matériaux où se
propagent lesdites vibrations et en particulier le module
éLastique.
-- 3 --
` ~ '' ' ' '
461g
La presente invention adonc pour ohject le pro-
duit industriel nouveau que constitue un appareil destine a
mesurer certaines caracteristiques mecaniques d'un matériau
susceptible de transmettre une vibration. Le matériau peut
être avantageusement la peau d'un sujet vivant. L'appareil
comporte un organe generateur emetteur d'une perturbation e-t un
organe recepteur separe dudit emetteur d'une certaine distance.
L'organe genérateur émetteur de perturbation est un petit marteau
venant frapper la surface du matériau à tester, la perturbation
étant une impulsion breve. L'organe récepteur est constitué
d'au moins une source lumineuse associée a deux cellules récep-
trices photosensibles ecartees l'une de l'autre, caracterise
par le fait que la (ou les) source (s) lumineuse (s) envoie (nt)
un rayonnement sur la surface du materiau a tester, les cellules
photosensibles recevant ledit rayonnement apres reflexion sur la
surface du materiau ~ tester.
Dans un mode préféré de réalisation le marteau
frappe une seule fois a chaque essai sur la surface du matériau
a tester; la force de frappe du marteau est reglable en fonction
du materiau a tester et de la distance existant entre l'organe
récepteur et l'organe émetteur; la distance existant entre les
cellules photosensibles réceptrices et la surface du matériau
a étudier, est réglable; le reglage de la distance entre les
cellules receptrices et le materiau a etudier est effectue de
façon que la vibration de l'intensite lumineuse reçue par chaque
cellule soit sensiblement proportionnelle a la variation de la
distance existant entre la cellule receptrice et la surface du
matériau mis en vibration, la (ou les) source (s) lumineuse (s)
de l'organe récepteur emettent un rayonnement dans seulement une
partie du spectre, par exemple un rayon~nement rouge; chaque cellule
photosensible repere le passage de la premiere onde dans la zone
de réflexion, ~ _
4 -
- . ~ .. .
108461~
qui lui correspond, cette onde provenant de la vibration qui se
propage à partir du point du matériau qui a été frappé par le
marteau, une chaine électronique commandée par la cellule récep-
trice permettant de déclencher un comptage de temps au moment du
passage de ladite première onde sur la première cellule atteinte
et d'arrêter ledit comptage au moment o~ la réception de la
deuxième cellule commence à être perturbée par le passage de
ladite première onde ; les chaines électroniques associées aux
deux cellules réceptrices sont identiques , la chaine electron-
que associée à chaque cellule réceptrice comporte deux voies
identiques connectées aux deux entrées d'une porte "OU", l'une
de ces voies permettant de repérer l'augmentation de la distance
du matériau par rapport à la cellule et l'autre voie permettant
de répérer la diminution de ladite distance , le comptage de
temps n'est déclenché par le passage d'une vibration au droit
d'une cellule que dans la mesure où l'on a provoqué antérieure-
ment le fonctionnement du marteau g~nérateur de vibrations , le
fonctionnement du marteau générateur de vibrations est déclenché
par un bouton-poussoirmanoeuvré manuellement, le comptage pouvant
s'effectuer pendant toute la période au cours de laquelle l'utili-
sateur appuie sur le bouton-pressoir, le relâchement du bouton-
poussoir provoquant un signal de retour à l'état initial envoyé
sur deux monostables qui reçoivent chacun les signaux provenant
du bouton-pressoir et respectivement de l'une des cellules récep-
trices, les sorties de ces deux monostables alimentant les deux
entrées d'une porte "OU exclusif" dont la sortie commande une
horloge associée à un dispositif d'affichage.
Des modes de réalisation préférées seront décrits ci-
après, avec référence aux dessins, dans lesquels
la figure 1 représente schématiquement l'appareil selon
un mode de réalisation selon la présente invention,
la figure 2 représente schématiquement le premier étage
. ~ , ~ . ,
.
~Oi~46~9
du circuit de transformation associé à chacune des cellules
réceptrices;
la figure 3 représente le schéma-bloc de deux chaines
électroniques commandées par chacune des deux cellules réceptrices,
ces deux chaînes se rejoignant pour commander une horloge permet-
tant un comptage de temps; et
la figure 4 représente la forme des signaux en diffé-
rents points du circuit électronique permettant le comptage du
temps de propagation.
En se référant au dessin, on voit que l'on a désigné
par 1, le bras d'un sujet vivant sur lequel on veut effectuer
une mesure du module élastique de la peau. Le bras 1 nla été
représenté que partiellement ; l'appareil comporte une gouttière
2 dans laquelle le sujet soumis au test dispose son bras, ladite
gouttière évitant tout mouvement du bras du sujet. L'organe
générateur émetteur de vibrations est séparé de la gouttière 2
mais son éloignement par rapport au matériau à tester est régla-
ble à une vis 4, qui permet le coulissement par rapport au support
3 d'une glissière 5. La glissière 5 porte un axe 6 autour
20 duquel est articulée une tige 7 dont une extrémité porte un
marteau 8 en forme de demi-sphère ; à l'autre extrémité de la
tige 7 se trouve une pastille de ferrite 9 disposée en vis-à-vis
du noyau 10 d'une bobine électro-magnétique dont le bobinage 11
est alimenté sur commande de l'expérimentateur. Le noyau 10
est porté par la glissière 5. La tige 7 est soumise à l'action
d'un ressort de compression 12 qui agit de fa,con ~ provoquer ~:.
l'écartement de la pastille 9 et du noyau 10 dans le cas où l'at-
traction magnétique provoquée par l'alimentation du bobinage 11
n'existe pas.
L'alimentation du bobinage 11 est commandée par la
main 13 de l'expérimentateur au moyen d'un bouton-poussoir 14
qui permet la fermeture d'un contacteur associé ~ un monostable 15.
-- 6 --
;, . . ~- ~:
.. . ~ , ,
.. . . :
^.. . . .. , - ....... ..
10~46'19
Le mor.ostable 15 commande un étage d'amplification 16 comportant
un transistor 17 dont la base est reliée au monostable 15, le
transistor 17 étant débloqué au moment où l'on agit sur le
bouton-poussoir 14 et permettant ainsi la connexion à la masse
de celle des extrémités de l'enroulement 11 qui n'est pas reliée
au pôle positif de l'alimentation électrique.
L'organe récepteur est fixé sur un bâti séparé de
celui de l'organe générateur d'impulsion pour éviter toute
vibration parasite véhiculée par un socle commun. Le réglage
de la position de l'organe récepteur par rapport à la surface
de la peau du bras 1 s'effectue par coulissement vertical commandé
par la vis 20.
L'organe récepteur est constitué d'une part de deux
cellules photosensibles 21 et 22 identiques constituées de
phototransistors et d'autre part, d'une source lumineuse froide
(type L.E. D 23) émettant une lumière d'intensité réglable qui peut
avoir une pulsation allant jusqu'à 1 MHz. Dans le cas d'une
lumière pulsée de porteuse déterminée, un dispositif démodulateur
est adjoint aux cellules réceptrices. La source 23 émet vers le
bras 1 une lumière rouge qui se réfléchit sur la surface de la
peau du bras et est recue dans chacune des deux cellules 21 et
22. On peut, bien entendu, utiliser plusieurs sources lumineuses
et, en particulier, faire en sorte que les plans de réflexion de
lumière soient parallèles et perpendiculaires à une droite passant
par le marteau 8 dans sa position de frappe et par les deux
cellules réceptrices 21 et 22. On a constaté que l'on obtenait
de bons résultats en utilisant une source lumineuse fournissant
un faisceau lumineux ayant une intensit~ lumineuse moyenne de 35
mcd et en disposant la source lumineuse et les cellules réceptrices
3Q 21 et 22 à une distance d'environ 4 mm de la surface de la peau
à étudier. L'intensité lumineuse réfléchie est, dans ces condi-
tions, sensiblement proportionnelle à la distance commune adoptée
61~
poux la source lumineuse et pour les cellules réceptrices par
rapport ~ la peau à étudier, le coefficient de proportionnalité
étant lmportant. Le choix de cette distance a une influence non
négligeable sur la sensibilité de l'appareil.
Chacune des cellules 21 et 22 est associée à un premier
étage de transformation désigné par 24 dans son ensernble. La
figure 2 représente le détail du premier étage 24 associé à la
cellule 21, dans le cas où le faisceau de lumière est un faisceau
continu, les étages de transformation associés à chacune des deux
cellules étant identiques.
On voit que le collecteur du phototransistor 21, qui
constitue la cellule réceptrice, est relié à un premier étage
d'amplification désigné par 25 dans son enser~ble, alors que
l'émetteur est relié par une résistance 26 et un condensateur 27
à la masse. L'alimentation positive est également reliée par
l'intermédiaire d'une résistance 28 au collecteur du phototransis~
tor 21. L'arnplificateur 25 comprend un transistor 29, dont la
base est reliée par un condensateur 30 au collecteur de la cellule
21.
La sortie de l'amplificateur 25 s'effectue par le
collecteur du transistor 29, elle est envoyée sur un filtre passe-
bas 31 constitué d'une résistance 32 et d'un condensateur 33. Ce
filtre passe-bas atténue toutes les fréquences supérieures à 1
kHz. La sortie du filtre 31 est envoyée sur un filtre passe-haut
34 constitué d'un amplificateur opérationnel 35, ledit filtre
atténue fortement toutes les fréquences inférieures à 10 Hz,
lesdites frequences correspondant à ce que l'on peut considérer
comme un "bruit biologique" dans l'étude de la peau. La sortie
de llamplificateur opérationnel 34 est envoyée sur un étage
d'amplification 36 constitué également d'un amplificateur opération-
nel 37 monté de façon convenable, ledit amplificateur permettant
d'obtenir un gain de 10 entre 10 Hz et 200 hz. La sortie de ce
.
-
1~84615~
premier étage de transformation 24 s'effectue par une borne A
pour la cellule 21 et A~ pour la cellule 22. Lorsqu~une onde
provoquée par un coup frappé par le marteau 8 se propage en
direction de l'organe récepteur et qu'elle arrive au droit de la
cellule 21, cette onde provoque une modification de la distance
de la peau par rapport ~ la cellule 21 dans la zone où s'effectue
la réflexion de lumière et il en résulte une variation de l'inten-
sité reçue par le phototransistor 21, ce qui se traduit, après
le passage ~ travers le premier étage de transformation 24 par
une oscillation du type de celle représentée à la première ligne
de la figure 4.
Dans ce dispositif, la relation linéaire existant
entre la distance des cellules à la surface du matériau d'une
part et l'intensité lumineuse recue par le capteur d'autre part
permet de visualiser sous forme de signal électrique la totalité
de la perturbation se propageant au droit de la zone de mesure.
Après l'étage de transformation 24, donc en Al et A2,
l'oscillation obtenue, représentée à la première ligne de la
figure 4 est l'image exacte de la perturbation mécanique en
surface.
Le signal en A1 et A2 peut donc être directement enre-
gistré et traité par des moyens appropriés pour en calculer tous
les éléments.
Cependant dans un mode de fonctionnement particulier où
le paramètre préférentiel est la vitesse de propagation, on veut
repérer l'arrivée dans la zone de réflexion de la première onde
propagee , il est neanmoins nécessaire de prévoir un seuil de
sensibilité qui correspond à une variation au-dessous de laquelle
on considère qu'il n'y a pas une arrivée d'onde. Ces seuiIs de
sensibilité ont été désignés (+a) et (-a) sur la première ligne
du graphique de la figure 4. On veut également repérer l'arrivée
de la première onde, que cette onde corresponde à une diminution
g
,
1~84619
ou ~ une augmentation de l'intensité re~ue par la cellule. On
envoie donc le signal obtenu au point ~1 sur l'une des entrées
de deux comparateurs 38 et 39, l'autre entrée de ces deux compara-
teurs étant sou~ise ~ une tension réglable obtenue par un poten-
tiomètre réglable 40, 41 respectivement, ces tensions réglables
correspondant aux seuils (~a) et (-a) précités. Les comparateurs
38 et 39 délivrent sur leur sortie respective Sl et Tl des
signaux qui sont représentés respectivement sur les deuxième et
troisième lignes de la figure 4. Le signal en Sl est normalement
au niveau + 1 et passe au niveau zéro lorsque le signal en Al
a ùne valeur inférieure au seuil -a , le signal en Tl e~st normale-
ment au niveau + 1 et passe au niveau zéro lorsque le signal en
est supérieur au seuil ta, Le signal fourni sur la borne A2 est
traité de fa~on identique et fournit donc sur les bornes S2 et T2
des signaux analogues à ceux qui sont obtenus sur les bornes
Sl et Tl à cette différence près que ces signaux ne sont pas
produits au même moment, puisque la perturbation n'arrive sur la
cellule 22 qu'un certain temps après son arrivée sur la cellule
21.
Les signaux produits en Sl, Tl, S2, T2 sont envoyés
dans un circuit de mise en forme 42 constitué d'un trigger de
Schmidt. Ce trigger de Schmidt inverse également le sens de
variation des signaux. Ainsi à la sortie de ce trigger, le signal
correspondant à Sl passe du niveau zéro au niveau 1, et le signal
correspondant à Tl passe du niveau zéro au niveau 1: Les deux
sorties correspondant aux bornes Sl et Tl sont envoyées sur
les deux entrées d'une porte "OU" 43 , il en est de même pour
les signaux correspondants aux bornes S2 et T2. La sortie de
chacune des portes "OU" 43 est envoyée sur un monostable 44 qui
re~coit également les signaux émis sur une borne I de l'interrup-
teur 14.
Lorsque l'expérimentateur appuie sur le bouton-poussoir
-- 10 --
.. . . . . . .
~18~6~S~
14, le signal en I passe du niveau zéro au niveau 1. Lorsque
l'une quelconque des bornes Sl ou Tl passe au niveau zéro, la
sortie de la porte 43 passe au niveau 1. La première fois que
les deux entrées du monostable 44 se trouvent simultanément
au niveau 1, le monostable 44 bascule et sa sortie passe du
niveau 1 au niveau zéro. Dans l'exemple qui est représenté sur
les trois premières lignes du graphique de la figure 4, on voit
que le signal en Pl, à la sortie du monostable 44 afférent à la
cellule 21, bascule au moment du premier front descendant du
si.gnal en Sl. Sur le dessin de la figure 4, on n'a pas repré-
senté les signaux en S2 et T2 mais on a simplement représenté
le signal en P2, le passage du niveau +1 au niveau zéro s'effec-
tuant un certain temps après que le même basculement ait eu lieu
en P . Le retour des monostables 44 à l'état initial s'effectue
au moment où l'expérimentateur relâche le bouton-poussoir, ce
signal remettant au niveau 1 les sorties en Pl et P2. Compte
tenu du décalage très court existant entre les fronts descendants
des signaux Pl et P2 d'une part, et de la lenteur du doigt de
l'expérimentateur sur le bouton-poussoir 14 d'autre part, la
remise à l'état initial s'effectue toujours bien après le passage
des perturbations au droit des deux cellules 21 et 22.
Les sorties des deux monostables 44 sont envoyées sur
les deux entrées d'une porte "ou exclusif" 45, dont la sortie
passe du niveau 0 au niveau 1 au passage du premier flan descen-
dant, c'est-à-dire celui de Pl, et qui revient au niveau 0 au
passage d1l deuxième flan descendant, c'est-à-dire celui de P2.
Le signal à la sortie Q est représenté sur la dernièrc ligne de
la figure 4. Il commande une horloge 47, qui compte le temps
pendant toute la durée du créneau du signal Q, et le comptage
de l'horloge 47 est affiché sur un dispositif de visualisation
48. On peut ainsi obtenir la mesure en microsecondes du temps
de propagation de l'onde de vibration générée par le choc du
,
1084~9
marteau ~ sur la peau, entre la zone de réflexion afférente ~ la
cellule 21 et celle afférente à la cellule 22. On a constaté
que les mesures ainsi effectuées étaient parfaitement reproduc-
tibles.
I1 est clair que cet appareil permet d'effectuer une
mesure sur les caractéristiques mécaniques de la peau sans que
la peau soit perturbée dans la zone de la mesure, puisque les
cellules réceptrices ne sont pas appliquées sur la peau. Par
ailleurs, le temps de propagation donné par le dispositif 48,
n'est pas entaché d'erreur, puisque le comptage est effectué
à partir d'informations provenant de deux voies électroniques
identiques montées en parallèle.
Il est bien entendu que le mode de réalisation ci-
dessus décrit n'est aucunement limitatif et pourra donner lieu
à toutes modifications désirables, sans sortir pour cela du
cadre de l'invention; en particulier, il est possible d'étudier
avec l'appareil selon l'invention, des caractéristiques mécaniques
de matériau autres que le module d'YOUNG, par exemple en repérant
le passage de deux maxima successifs dans le train d'ondes ou
l'évolution de l'amplitude des ondes d'un train d'ondes , il
suffit dans ce cas, de modifier le circuit électronique associé
aux cellules réceptrices pour obtenir une mesure de la caracté-
ristique jugée intéressante.
! 12 -
-. - . , . - " . . . . . .
