FR2830430A1 - Procede et dispositif pour determiner la loi de comportement d'une artere a partir des mesures non invasives de diametre et epaisseur en fonction de la pression sanguine - Google Patents

Procede et dispositif pour determiner la loi de comportement d'une artere a partir des mesures non invasives de diametre et epaisseur en fonction de la pression sanguine Download PDF

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Abstract

Procédé et dispositif pour déterminer une loi de comportement d'une artère comporte un capteur oscillométrique en forme de bracelet (1) pour la mesure de tension sanguine et un capteur ultrasonique (2) pour la mesure de diamètre interne et exteme de l'artère, et un boîtier (3) comportant des cartes électroniques pour le traitement des signaux pour l'acquisition des mesures non invasives précitées et détermination automatique de l'élasticité artérielle, et un écran de visualisation (4) de la dite élasticité artérielle, une lampe témoin (5), un bouton poussoir (6), un code d'accès sécurisé (7) et des prises de communication, de préférence de type RS-232 (8). Ledit bracelet peut être positionné au poignet ou à tout autre endroit du bras ou ailleurs. L'écran de visualisation permet d'afficher la date et heure de chaque prise de mesure. Ces données sont mémorisées dans un registre particulier pouvant être rappelées par simple touche sur le bouton (6). Un code d'accès personnalisé (7) permet d'identifier les données de mesure au cas où l'appareil est utilisé par plusieurs personnes.

Description

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L'invention est relative à un procédé pour déterminer la loi de comportement d'une artère et à un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé.
Nous savons que la rigidité artérielle pourrait jouer un rôle important dans l'évaluation du vieillissement et pour l'investigation des risques cardiovasculaires.
Une mesure directe de la rigidité artérielle par des méthodes non invasives permettra de réaliser des études épidémiologiques et des essais thérapeutiques ayant comme critère principal la rigidité artérielle.
Il est alors nécessaire de connaître la relation contrainte-déformation en un point de l'artère. Cette relation dépend du comportement dite hyperélastique de l'artère et pour l'étabitr, on ChOISit automatiquement parmi les relations connues dans la littérature pouvant être de forme polynomiale, logarithmique, exponentielle ou une quelconque combinaison de ces formes, celle qui correspond à la déformation réelle de l'artère.
On a proposé un dispositf intitulé procédé et dispositif pour établir la relation pression-diamètre d'une artère par des mesures non invasives , brevet du 13/03/89 n F2644054. Ces moyens de mesure connus évaluent les courbes de compliance et de vitesse de propagation en fonction de la pression. Ce dispositif connu ne donne pas entièrement satisfaction car la relation de comportement choisi est issue des essais sur organes isolés et par conséquent ne correspond pas à la déformation réelle de l'artère.
On a proposé un autre dispositif intitulé : distensibilité artérielle, mesure de la
Figure img00010001

vitesse de l'onde de pouls f. o. p. , comp/ef de/nes/ de v. o. p. COMPLIOR 2, COLSON/EC-MED Journée Hypertension Artèriette, Paris 10112199, qui consiste à mesurer la vitesse moyenne de l'onde de pression le long d'un segment d'artère.
Ce dispositif ne donne pas entièrement satisfaction car d'une part, ledit segment d'artère peut comporter des plaques d'athérome et d'autre part, ladite valeur v. o. p. n'est qu'une valeur moyenne le long d'un parcours de l'artère. En plus il ne nous donne pas directement des renseignements sur le comportement réel de l'artère.
La présente invention a pour objet de proposer un dispositif perfectionné du type précité permettant de déterminer la'loi de comportement réelle d'une artère à partir des résultats de mesures non invasives.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la loi de comportement réelle d'une artère peut être obtenue à l'aide d'une méthode mathématique d'ajustement connue de la technique qui permet de déterminer les constantes
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caractéristiques qui donneraient des déplacements calculés identiques à des déplacements mesurés de la déformation de l'artère. On calcule ensuite les contraintes et les déformations et déduire en particulier, la rigidité de la paroi artérielle (E#) dans la direction tangentielle d'une section transversale.
Selon l'invention, le choix d'une relation de comportement dite hyperélastique s'effectue automatiquement dans une liste de relations proposées connues de la technique ou l'une des combinaisons possibles des formes polynomiale, logarithmique et exponentielle.
On commence par mémoriser les couples de mesures de diamètre et pression
Figure img00020001

(di, pi), (d2, P2),... et choisir successivement une loi de comportement W (k 1, a1, c, ai, a2, a3.) sélectionnée dans le bloc (5) du calculateur (35), figure 4-.
Ayant choisi une relation W () i, u, ai, c, ai, a2, a3...), on calcule ensuite les
Figure img00020002

contraintes et déformations dites contraintes de Piola-Kirchhoff et déformations de Green-Lagrange dans 3 dimensions (i = 1, 2, 3) :
Figure img00020003

0"1 = (11 À1) (8W 1 8À1) contraintes de Piola-Kirchhoff 81 = (2À ? - 1) déformation de Green-Lagrange
Figure img00020004

Les invariants de déformations 11, 12, b sont définies en fonction des élongations ; A2, A3 (figure 5) :
Figure img00020005
La loi de comportement pourrait être de la forme polynomiale et exponentielle donnée dans l'article intitulé A new finite axisymmetrical membrane element for anisotropic finite strain analysis of arteries , Communications in Numerical Methods In Engineering, Vol. 12, 507-517 (1996), H. G. Weizäcker et al. :
Figure img00020006
Figure img00020007

1 où jni, ai, c, a1, a2, a3 sont des constantes caractéristiques de l'artère. Dans les nombreuses relations proposées dans la littérature : bloc (5) de la figure 4, le nombre de constantes caractéristiques 1, #1, c, a1, a2, a3,... sont variables.
Figure img00020008
Ayant calculé les contraintes et déformations par les relations c, = a, (i, ai, c, ai, a2, a3, d1, pi, d2, P2,...) contraintes de Piola-Kirchhoff s, = si (gui, ai, c, ai, a2, a3, di, pi, d2, P2,...) déformation de Green-Lagrange
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en utilisant l'hypothèse de volume presque incompressible et paroi mince généralement admise dans la littérature :
Figure img00030001
On calcule ensuite les déplacements de la paroi artérielle, puis détermine, par une méthode mathématique d'ajustement, par exemple la méthode des moindres carrés sur les couples de valeurs mesurés et mémorisés (di, pi), (dus, P2),..., les
Figure img00030002

constantes Jl1, ai, c, ai, az, a3,.... caractéristiques du comportement de l'artère. D'autres méthodes possibles sont décrits en détails dans l'ouvrage Numerical Recipes publié par The Press Syndicate of the University of Cambridge , 1986. Il s'agit généralement d'un procédé mathématique de minimisation des écarts.
Cet ajustement, symbolisé par le bloc (7) de la figure 4, permet de tester les déplacements calculés et les déplacements mesurés : si les écarts sont inférieurs à une limite, par exemple égale à 1%, l'on peut considérer que ce test est réussi, c'est-à-dire la loi de comportement choisi correspond bien au déformation réelle de l'artère. Si non, l'on choisit une autre loi de comportement, bloc (5) de la figure 4.
Ainsi de suite jusqu'à l'obtention d'une loi de comportement permettant de calculer des déformations qui correspondent aux déformations de l'artère avec des écarts inférieurs à 1%.
Ayant trouvé la loi de comportement réelle de l'artère, on détermine les contraintes et déformations de la paroi artérielle, et plus particulièrement la rigidité artérielle (Ea) dans la direction tangentielle d'une section transversale. Ce paramètre, déterminé automatiquement, est considéré comme important dans la détection des sujets à haut risque cardiovasculaire, dans l'étude épidémiologique et pour des essais thérapeutiques.
On mentionnera également que le calcul des contraintes et déformation de l'artère pourra s'effectuer en symétrie cylindrique en admettant que la déformation soit uniforme dans l'épaisseur.
On notera aussi que le calcul des contraintes et déformations de l'artère peut être réalisé en tenant compte des trois couches dans l'épaisseur avec chacune une loi de comportement différent.
La figure 1 est un schéma synoptique du dispositif et procédé pour déterminer une loi de comportement d'une artère selon l'invention comporte un boîtier (23) comportant des cartes électroniques : (21) (acquisition des mesures de pression
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sanguine), (22) (traitement des signaux pour mesurer les diamètres interne/ externe et calcul de l'élasticité artérielle), (22) (mémorisation des résultats de mesure), des bus de transfert de données : (26) (échange de données z 22), (27) (26 vers 23), (28) (23 vers liaison externe), (29) et (30) (vers capteurs (1) et (2)), un processeur (35) et un écran de visualisation (36).
La figure 2 est un schéma synoptique du procédé et dispositif pour déterminer une loi de comportement de l'artère selon l'invention comporte un capteur oscillométrique en forme de bracelet (1) pour la mesure de tension sanguine et un capteur ultrasonique (2) pour la mesure de diamètre interne et externe de l'artère, et un boîtier (3) comportant des cartes électroniques pour le traitement des signaux pour l'acquisition des mesures non invasives précitées et détermination automatique de l'élasticité artérielle, et un écran de visualisation (4) de la dite élasticité artérielle, une lampe témoin (5), un bouton poussoir (6), un code d'accès sécurisé (7) et des prises de communication, de préférence de type RS-232 (8).
Ledit bracelet peut être positionné au poignet ou à tout autre endroit du bras ou ailleurs. L'écran de visualisation permet d'afficher la date et heure de chaque prise de mesure. Ces données sont mémorisées dans un registre particulier pouvant être rappelées par simple touche sur le bouton (6). Un code d'accès personnalisé (7) permet d'identifier les données de mesure au cas où l'appareil est utilisé par plusieurs personnes. il comporte des cartes électroniques : (11) (acquisition des mesures de pression sanguine), (12) (traitement des signaux pour mesurer les diamètres interne/externe et calcul de la rigidité artérielle), (13) (mémorisation et visualisation des résultats de mesure et calcul), des bus de transfert de données : (16) (échange de données 11 --+ 12), (17) (16 vers 13), (18) (13 vers liaison externe), (19) et (20) (vers capteurs (1) et (2)). Contrôleurs d'accès (14) et (15).
La figure 3 est un schéma synoptique du procédé et dispositif pour déterminer une loi de comportement d'une artère selon l'invention comporte des cartes électroniques : (11) (acquisition des mesures de pression sanguine), (12) (traitement des signaux pour mesurer les diamètres interne/externe et calcul de la rigidité artérielle), (13) (mémorisation et visualisation des résultats de mesure et calcul), des bus de transfert de données : (16) (échange de données 11 --+ 12), (17) (16 vers 13), (18) (13 vers liaison externe), (19) et (20) (vers capteurs (1) et (2)).
Contrôleurs d'accès (14) et (15)
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En outre, l'hypothèse de paroi mince peut être remplacée par une paroi épaisse avec en plus l'hypothèse de déformation uniforme dans l'épaisseur.
Pour déterminer la rigidité artérielle, on utilise généralement une technique de calcul numérique, par exemple la méthode des éléments finis, ou tout autre . simulation numérique, pour calculer les contraintes et déformations d'une artère.
La liste des lois de comportement possibles peut comporter des
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paramètres tels que : température, vitesse de déformation,...
...
On visualise sur l'écran (4) les histogrammes.

Claims (16)

REVENDICATIONS
1) Procédé pour déterminer la loi de comportement d'une artère en un point de mesure, caractérisé par le fait qu'il comporte les étapes successives suivantes : a) On mesure le diamètre interne et externe de la paroi artérielle ainsi que la pression sanguine de façon non invasive. b) On choisit successivement une loi de comportement dite hyperélastique de
Figure img00060001
forme polynomiale, logarithmique, exponentielle ou une combinaison de ces formes, puis on établit la relation contrainte déformation correspondante. c) On établit ensuite un système d'équations compte tenu des couples de valeurs mesurées de pression et de diamètre de façon non invasive. d) On détermine les constantes caractéristiques de la loi de comportement à l'aide d'une méthode mathématique d'ajustement connue de la technique. e) On répète l'opération c) jusqu'à l'obtention du meilleur ajustement pour le calcul des contraintes et déformations, et on déduit la rigidité artérielle dans la direction tangentielle d'une section transversale.
2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que pour établir le système d'équations de l'étape c), on utilise l'hypothèse de volume presque inchangé et paroi mince (or = 0).
3) Procédé selon la revendication 1), caractérisé par le fait que pour le calcul des contraintes et déformations de l'étape e), on utilise les descriptions de Piola- Kirchhoff et Green-Lagrange et on déduit la rigidité artérielle (Eo) dans la direction tangentielle d'une section transversale.
4) Procédé selon la revendication 1), caractérisé par le fait que la vitesse de propagation de l'onde de pouls (vop) est déterminée automatiquement à l'aide de l'expression : Vop = Ee h/d p
5) Procédé selon la revendication 1), caractérisé par le fait que la méthode mathématique d'ajustement est réalisée par une technique de minimisation des écarts.
6) Procédé selon la revendication 1), caractérisé par le fait que le meilleur ajustement correspond à ce que les déplacements calculés sont identiques aux déplacements mesurés, c'est-à-dire les écarts sont inférieurs à une valeur limite très faible comme par exemple inférieurs à 1'%..
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7) Procédé selon la revendication 1), caractérisé par le fait que pour l'étape c) on utilise l'hypothèse de paroi épaisse avec en plus l'hypothèse de déformation uniforme dans l'épaisseur.
8) Procédé selon la revendication 2) ou 7), caractérisé par le fait que pour calculer les contraintes et déformations de l'artère, on considère la paroi comme composée de trois couches ayant des comportements différents.
9) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que pour déterminer la rigidité artérielle, on utilise une technique de calcul numérique, par exemple la méthode des éléments finis, ou de simulation numérique, pour calculer les contraintes et déformations d'une artère.
10) Procédé selon la revendication 9), caractérisé par le fait que le calcul des contraintes et déformations est réalisé en supposant que l'artère soit symétrique par rapport à son axe.
11) Procédé selon l'une des revendications 3), 4), 9), caractérisé par le fait que l'on visualise automatiquement sur l'écran (4) la rigidité artérielle Eo.
12) Procédé selon l'une des revendications 1), 3), 4), 9), caractérisé par le fait que l'on visualise sur l'écran (4) tout ou une partie des résultats.
13) Procédé selon les revendications 11), 12), caractérisé par le fait que l'on visualise sur l'écran (4) les histogrammes.
14) Dispositif (figure 1) pour déterminer une loi de comportement d'une artère mettant en oeuvre le procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte un boîtier (23) comportant des cartes électroniques : (21) (acquisition des mesures de pression sanguine), (22) (traitement des signaux pour mesurer les diamètres/externe et calcul de la rigidité artérielle), (22) (mémorisation des résultats de mesure), des bus de transfert de données :. (26) (échange de données 21 22), (27) (26 vers 23), (28) (23 vers liaison externe), (29) et (30) (vers capteurs (1) et (2)), un processeur (35) et un écran de visualisation (36).
<Desc/Clms Page number 8>
15) Dispositif (figure 2) pour déterminer une loi de comportement d'une artère mettant en oeuvre le procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé par le fait qu'il comporte un capteur oscillométrique en forme de bracelet (1) pour la mesure de tension sanguine et un capteur ultrasonique (2) pour la mesure de diamètre interne et externe de l'artère, et un boîtier (3) comportant des cartes électroniques pour le traitement des signaux pour l'acquisition des mesures non invasives précitées automatique de l'élasticité artérielle, et un écran de visualisation (4) de la dite élasticité artérielle, une lampe témoin (5), un bouton poussoir (6), un code d'accès sécurisé (7) et des prises de communication, de préférence de type RS-232 (8). L'écran de visualisation permet d'afficher la date et heure de chaque prise de mesure. Ces données sont mémorisées dans un registre particulier pouvant être rappelées par simple touche sur le bouton (6). Un code d'accès personnalisé (7) permet d'identifier les données de mesure au cas où l'appareil est utilisé par plusieurs personnes.
16) Dispositif (figure 3) selon la revendication 15) caractérisé par le fait qu'il comporte des cartes électroniques : (11) (acquisition des mesures de pression sanguine), (12) (traitement des signaux pour mesurer les diamètres interne/ externe et calcul de la rigidité artérielle), (13) (mémorisation et visualisation des résultats de mesure et calcul), des bus de transfert de données : (16) (échange de données 11-)-12), (17) (16 vers 13), (18) (13 vers liaison externe), (19) et (20) (vers capteurs (1) et (2)). Contrôleur d'accès (14) et (15).
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