WO2015014796A1 - Dispositif et procede de mesure de la rigidite des tissus orbitaires - Google Patents

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WO2015014796A1 PCT/EP2014/066184 EP2014066184W WO2015014796A1 WO 2015014796 A1 WO2015014796 A1 WO 2015014796A1 EP 2014066184 W EP2014066184 W EP 2014066184W WO 2015014796 A1 WO2015014796 A1 WO 2015014796A1
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patient
force
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interface
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Inventor
Pascal SWIDER
Florian JALBERT
Jérôme BRIOT
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Centre Hospitalier Universitaire de Toulouse
Universite de Toulouse
Original Assignee
Centre Hospitalier Universitaire de Toulouse
Universite Toulouse III Paul Sabatier
Universite de Toulouse
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B3/00—Apparatus for testing the eyes; Instruments for examining the eyes
    • A61B3/10—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions
    • A61B3/16—Objective types, i.e. instruments for examining the eyes independent of the patients' perceptions or reactions for measuring intraocular pressure, e.g. tonometers

Definitions

  • the invention relates to a device for measuring the rigidity of the orbital tissues (orbitonometer), as well as to a method of using such a device.
  • Graves' disease is an autoimmune disease in which autoantibodies attack both the thyroid parenchyma and the orbital tissues (that is, contained in the orbits of the eyes), including the oculomotor muscles. .
  • the latter infiltrated by lymphocytes and reaction glycominoglycans, gradually increase in volume.
  • This results in an orbitopathy related to a volume mismatch between the container (inextensible bone orbital cavity) and the content (orbital tissues increasing in volume).
  • the direct consequence is an exophthalmia (that is to say an ocular protrusion, or projection of the globe out of the orbit) particularly unattractive and with serious functional consequences on the ocular mobility and on the compression view of the optic nerve.
  • Surgical treatment to correct such exophthalmia consists of resecting two or three of the orbital cavity walls to allow the orbital tissues to spread in the sinus cavities of the face, causing a receding of the globe and a decrease in retro pressures. -orbitaires.
  • the first instrument for measuring orbital compliance that can be used in clinical practice was invented by Copper in 1948, who called it an "orbitonometer".
  • This device consists essentially of a dynamometer equipped with a contact lens and a fixing system Cranial. The patient is placed in an extended position and the device is supported on the outer orbital rim on each side. A contact lens is placed on the eye after local anesthesia with topical eye drops. Calibrated pressures (masses of 100, 200, 300 and 400 g) are exerted on the lens. The backward displacement of the eye is measured on a graduated mark after waiting for a latency of 4 seconds. A curve is deduced from the measurements, which makes it possible to determine the orbital compliance. The accuracy of this device is quite limited, especially because of the reading of the retrodéplacement on a graduated mark. In addition, its use is restrictive because the patient must be lying down.
  • the invention aims to overcome the aforementioned drawbacks by providing an orbitonometer that is both accurate, simple, inexpensive and easy to use.
  • An object of the invention making it possible to achieve this goal is a device for measuring the rigidity of the orbital tissues, characterized in that it comprises:
  • an elastic beam having a free end, said distal, and an opposite end, said proximal, embedded in a base;
  • a cranial fixation system for maintaining said base in contact with a patient's forehead so that said beam extends primarily in an inferior-to-superior direction of the body of said patient;
  • a mechanical support interface fixed to said beam, extending from said beam to come into contact with an eye of said patient;
  • At least four strain gauges attached to at least one face of the beam which, when said base is in contact with the forehead of said patient, is oriented in an anteroposterior direction of the body of said patient;
  • a signal processing module configured to provide an orbital tissue stiffness value from the signals generated by said strain gauge gauges when a force is applied to said beam causing it to bend, such that said mechanical bearing interface exerts pressure on said patient's eye.
  • Said signal processing module may be configured to: calculate, from the signals from said strain gage gauges, a transverse displacement value of the beam at said mechanical interface and a transverse force value transmitted by said mechanical interface auditing eye; and calculate said value of rigidity of the orbital tissues as a function of the ratio between said transverse force value and said transverse displacement value.
  • Said signal processing module may also be configured to: calculate, from said local values of longitudinal deformation, the value of the force applied to said beam; identify a preload situation corresponding to a predefined value of said force; and resetting said transverse displacement and transverse force values to zero in correspondence with said prestressing situation.
  • Said processing module may also be configured to calculate said values of transverse displacement and transverse force as linear combinations of the signals issuing from said strain gage gauges.
  • At least one of said strain gauges may be located closer to said distal end of the beam than the point of attachment of said mechanical interface, and at least one of said strain gauges may be located closer to said proximal end of said beam. the beam as the point of attachment of said mechanical interface.
  • Said mechanical bearing interface may be attached to said beam at an intermediate longitudinal position with respect to said distal and proximal ends.
  • Said beam may have a length at least ten times, and preferably at least fifteen times, greater than its thickness, said length being measured between said proximal end and said distal end and said thickness being measured in a direction which, when said base is maintained in contact with the forehead of said patient, is oriented in an anteroposterior direction of the body of said patient.
  • Said cranial fixation system comprises a headband intended to surround the head of said patient.
  • Another object of the invention is the use of a device according to one of the preceding claims for measuring the rigidity of the orbital tissues of a patient.
  • said force can be manually applied near said free interface of the beam.
  • said mechanical support interface can be positioned on the eyelid of a closed eye of said patient.
  • FIG. 1 an overview of a device according to the invention
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the positioning of the strain gauges and the mechanical interface (or "ocular shell”) along the beam of the device of FIG. 1;
  • the main element of a device according to the invention is a PE elastic beam, generally metallic and for example made of stainless steel, preferably of a length of 8 centimeters, and more generally between 5 and 1 5 or 20 cm maximum.
  • the thickness of the beam (its smallest dimension) is preferably smaller by a factor of 10 or more, and preferably at most, relative to the length.
  • the width is less important, it should just be greater than the thickness to avoid any risk of lateral bending; it can be for example 1 or 2 cm.
  • the beam is "elastic” in the sense that it can flex in the "y" direction of its thickness (more precisely, in the plane defined by its longitudinal direction “x” and the thickness direction “y”) with a displacement its end greater than or equal to 5% or even 10% or more of its length, without permanent deformation.
  • the beam PE is preferably straight, but it can be slightly curved. It is preferably of rectangular section.
  • a so-called proximal end A of the beam PE is embedded in a base BP. This base may be a simple block of parallelepipedal shape or - preferably - allow adjustment of the orientation of the beam and / or the position of its proximal end A.
  • the opposite end B of the beam called distal, is free.
  • a fixation system BF makes it possible to securely hold the base BF in contact with the forehead of a patient, so that the beam PE extends in an inferior "x" direction of said patient, and more precisely downwards (c). 'ie to the face).
  • the fastening system BF comprises an elastic band with a fastening type self-gripping tape.
  • this system can use a spectacle frame slightly larger than normal, the ends of the branches are connected by an elastic to pass behind the patient's head.
  • the fixing system may comprise a frame mounted on a table, against which the patient comes to support his forehead.
  • An ocular shell CO is fixed to the beam, extending perpendicularly ("y" direction) to the longitudinal direction "x" of the latter to the patient's face, so as to bear against an eye OP of the latter.
  • the shell is a mechanical support interface to transmit a mechanical effort between the beam and the eye.
  • the shell is attached to the beam at an intermediate longitudinal position with respect to said distal and proximal ends.
  • L the ocular shell is located at a distance L2 from the proximal end A with L2 included, preferably between 0.5L and (2/3) L (see Figure 2).
  • L2 is essentially dictated by the patient's anatomy (front-to-eye distance) and by the geometry of the fixation system.
  • strain gauges X 1 , X 2 X 3 and X 4 are attached to the upper face of the beam (the one facing away from the patient's face) at different longitudinal positions.
  • At least one said strain gauge is closer to the proximal end of the beam than the eye shell, and at least one other strain gauge is closer to the distal end of the beam as the eye shell.
  • the shell CO is fixed between the second and the third gauge.
  • the number of strain gauges may be greater than four. One or more of them may be attached to the underside of the beam, that is, oriented toward the patient's face.
  • the strain gauges generate a signal proportional to the local longitudinal deformation of the beam.
  • they may be strain gauges - advantageously of the "rosette" type for minimizing alignment problems and preferably bridged in order to improve the sensitivity of the measurement - the electrical resistance of which depends on said longitudinal deformation.
  • the electrical signals s 1 - s 4 from the X 1 - X 4 strain gauges are transmitted to a signal processing module, indicated in the figures by the reference MTS, which can be a computer programmed in a timely manner and equipped with a card for acquiring, conditioning and digitizing the signals.
  • the transmission of signals s 1 - s 4 can be done by means of electrical wires simply placed on the beam, if necessary passing through the base BP.
  • the processing implemented by the MTS module will be detailed later.
  • a force F1 is applied at a point of the beam PE situated at a distance L 1> d 2 from the proximal end A, this force being directed according to the direction y and towards the patient's face.
  • the beam flexes and the ocular shell CO exerts pressure on the patient's OP eye, causing the patient to shift back.
  • the force F1 is applied near the distal end of the beam, or even at said end; Therefore .
  • the ratio L1 / L2 is a lever that depends on the sensitivity of the measuring device.
  • F1 force can be applied manually; therefore, its value - as well as that of force F2 and displacements v 1 and v 2 - is unknown. These values can be obtained thanks to the X 1 - X 4 strain gage gauges, as illustrated schematically in FIG. 4.
  • E (expressed in Pascals - Pa) is the modulus of elasticity of the beam material
  • G its shear modulus (also expressed in Pascals)
  • S the section of the beam, assumed to be constant (expressed in m 2 )
  • I its quadratic moment (expressed in m 4 )
  • k without dimensions - its shear coefficient.
  • the coefficient k is 5/6.
  • the displacements v 1 and v 2 can be obtained by applying the equations of the beams in simple bending to the two sections: proximal end A - attachment point to the beam of the ocular shell CO, and point of attachment to the beam of the ocular shell CO - distal end B, with the appropriate boundary conditions (embedding at A, continuity at the point of attachment of the ocular shell).
  • Equations (1) and (2) make it possible to calculate F1, F2, v 1 and v 2 .
  • the coefficients a - h, or a '- h' can be calculated numerically, or even determined experimentally.
  • the processing module identifies the preload condition and "readjusts" the values of F2 and v 2 calculated by equations (3) so that they are zero when F1 is F PR .
  • the force F1 and, if appropriate, the displacement v- 1 can be calculated as linear combinations deformations ⁇ 1 - ⁇ 4 or signals s1 - s 4 , as explained above for F2 and v 2 .
  • the device comprises more than four strain gauges, redundancy of information is obtained which can be exploited in various ways known in the art of measuring signal processing.
  • five "quadruplets" can be formed ( ⁇ 1, ⁇ 2 , ⁇ 3 , ⁇ 4 ), ( ⁇ 1, ⁇ 2 , ⁇ 3 , ⁇ 5 ), ( ⁇ 1; ⁇ 3 , ⁇ 4 , ⁇ 5 ), ( ⁇ 1; ⁇ 2 , ⁇ 4 , ⁇ 5 ), ( ⁇ 2 , ⁇ 3 , ⁇ 4 , ⁇ 5 ) which make it possible to five calculate respective values of rigidity of orbital tissues, K1- K 5.
  • the value K supplied at the output of the module can be the average of these five intermediate values.
  • the measurement can not be limited to determining a numerical value of the parameter K.
  • the processing module can determine a plurality of pairs of values (F2, v 2) both during the application of the force F1 that during its release to draw hysteresis curves, which is known per se.
  • Figure 5 illustrates a device according to one embodiment of the invention in use.
  • the distal end of the beam has a transverse extension supported by the operator so that the point of application of the force is well defined.
  • the average displacement measurement error is of the order of + 7% and that of the force is -0.74%. This is acceptable for the intended clinical applications.

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Abstract

Dispositif de mesure de la rigidité des tissus orbitaires, caractérisé en ce qu'il comprend : - une poutre élastique (PE) ayant une extrémité libre (B), dite distale, et une extrémité opposée (A), dite proximale, encastrée dans une base (BP); - un système de fixation crânienne (BF), pour maintenir ladite base en contact avec le front (FP) d'un patient; - une interface mécanique d'appui (CO) s'étendant à partir de ladite poutre pour venir en contact avec un œil (OP) dudit patient; - au moins quatre jauges d'extensométrie (X1 - X4) fixées sur au moins une face de la poutre; et - un module de traitement des signaux (MTS) configuré pour fournir une valeur de rigidité des tissus orbitaires (K) à partir des signaux générés par lesdites jauges d'extensométrie lorsqu'une force (F1) est appliquée à ladite poutre provoquant sa flexion, de telle sorte que ladite interface mécanique d'appui exerce une pression sur ledit œil du patient. Utilisation d'un tel dispositif pour mesurer la rigidité des tissus orbitaires d'un patient.

Description

DISPOSITIF ET PROCEDE DE MESURE DE LA RIGIDITE DES TISSUS
ORBITAIRES
L'invention porte sur un dispositif de mesure de la rigidité des tissus orbitaires (orbitonomètre), ainsi que sur un procédé d'utilisation d'un tel dispositif.
La maladie de Basedow est une maladie auto-immune dans laquelle des auto-anticorps s'attaquent à la fois au parenchyme thyroïdien et aux tissus orbitaires (c'est-à-dire contenus dans les orbites des yeux), et notamment aux muscles oculomoteurs. Ces derniers, infiltrés par des lymphocytes et des glycominoglycanes réactionnels, augmentent progressivement de volume. Il en résulte une orbitopathie liée à une inadéquation de volume entre le contenant (cavité orbitaire osseuse inextensible) et contenu (tissus orbitaires augmentant de volume). La conséquence directe est une exophtalmie (c'est-à-dire une protrusion oculaire, ou saillie du globe hors de l'orbite) particulièrement inesthétique et aux conséquences fonctionnelles graves sur la mobilité oculaire et sur la vue par compression du nerf optique.
Le traitement chirurgical visant à corriger une telle exophtalmie consiste à réséquer deux voire trois des parois osseuses de la cavité orbitaire pour permettre aux tissus orbitaires de s'épandre dans les cavités sinusiennes de la face, entraînant un recul du globe et une diminution des pressions rétro-orbitaires.
Une prise en charge optimale de l'exophtalmie résultant de la maladie de Basedow - ou d'autres conditions pathologiques telles que des tumeurs - nécessite une mesure de la « compliance orbitaire », c'est-à-dire de la résistance opposée par l'œil à une pression tendant à le repousser dans la cavité orbitaire. En effet, cette résistance augmente en même temps que la protrusion.
Le premier instrument de mesure de la compliance orbitaire utilisable dans la pratique clinique a été inventé par Copper en 1 948, qui l'a appelé « orbitonomètre ». Ce dispositif se compose essentiellement d'un dynamomètre équipé d'une lentille de contact et d'un système de fixation crânienne. Le patient est placé en position allongé et l'appareil prend appui sur le rebord orbitaire externe de chaque côté. Une lentille de contact est mise en place sur l'œil après anesthésie locale par un collyre topique. Des pressions calibrées (masses de 1 00, 200, 300 et 400 g) sont exercées sur la lentille. Le rétrodéplacement de l'œil est mesuré sur un repère gradué après avoir attendu une latence de 4 secondes. On déduit des mesures une courbe, qui permet de déterminer la compliance orbitaire. La précision de ce dispositif est assez limitée, notamment à cause de la lecture du rétrodéplacement sur un repère gradué. En outre, son utilisation est contraignante car le patient doit être allongé.
En 1 984 Frueh a proposé un nouveau type d'orbitonomètre qui applique à l'œil des rétrodéplacements imposés (un déplacement tous les millimètres, jusqu'à 6mm au maximum) et mesure électroniquement les efforts correspondants. Ce dispositif est décrit dans l'article « Grave's eye disease: orbital compliance and other physical measurements » Tans Am Ophtalmol Soc. 1 984; 82: 492-598. Les mesures peuvent être effectuées en chargement et en déchargement, ce qui permet de prendre en compte le comportement viscoélastique de l'orbite et tracer des courbes d'hystérésis très informatives. En outre, les mesures sont plus précises que dans le cas de l'orbitonomètre de Copper, et le patient peut être assis. Les principaux inconvénients de ce dispositif sont sa complexité et son coût, car il nécessite un étage de translation (manuel ou motorisé) pour imposer les rétrodéplacements, un capteur électronique de déplacement et un capteur électronique d'effort.
Plus récemment, en 2003, Luboz et al. ont développé un orbitonomètre comprenant un capteur pour mesurer la pression exercée manuellement sur l'œil du patient. Le déplacement correspondant est mesuré par un système de localisation optique tridimensionnelle pour chirurgie assistée par ordinateur. Ce dispositif est décrit dans l'article « Intra-operative quantification of the surgical gesture in orbital surgery : Application to the proptosis réduction », Clinical Biomechanics 22 (2007), pages 198 - 303, ainsi que la Demande de brevet FR 2863856. Cet appareil n'est pas très précis et nécessite un système de localisation optique assez complexe, qui en limite l'utilisation à des mesures préopératoires, réalisées au bloc.
L'invention vise à surmonter les inconvénients précités en procurant un orbitonomètre qui soit à la fois précis, simple, peu coûteux et facile d'utilisation.
Un objet de l'invention, permettant d'atteindre ce but est un dispositif de mesure de la rigidité des tissus orbitaires, caractérisé en ce qu'il comprend :
une poutre élastique ayant une extrémité libre, dite distale, et une extrémité opposée, dite proximale, encastrée dans une base ;
un système de fixation crânienne, pour maintenir ladite base en contact avec le front d'un patient de telle sorte que ladite poutre s'étende principalement dans une direction inférosupérieure du corps dudit patient ;
- une interface mécanique d'appui fixée à ladite poutre, s'étendant à partir de ladite poutre pour venir en contact avec un œil dudit patient ;
au moins quatre jauges d'extensométrie fixées sur au moins une face de la poutre qui, lorsque ladite base est maintenue en contact avec le front dudit patient, est orientée dans une direction antéropostérieure du corps dudit patient ; et
un module de traitement des signaux configuré pour fournir une valeur de rigidité des tissus orbitaires à partir des signaux générés par lesdites jauges d'extensométrie lorsqu'une force est appliquée à ladite poutre provoquant sa flexion, de telle sorte que ladite interface mécanique d'appui exerce une pression sur ledit œil du patient.
Selon des modes de réalisation avantageux d'un tel dispositif :
Ledit module de traitement des signaux peut être configuré pour : calculer, à partir des signaux issus desdites jauges d'extensométrie, une valeur de déplacement transversal de la poutre au niveau de ladite interface mécanique et une valeur d'effort transversal transmis par ladite interface mécanique audit œil ; et calculer ladite valeur de rigidité des tissus orbitaires en fonction du rapport entre ladite valeur d'effort transversal et ladite valeur de déplacement transversal.
Ledit module de traitement des signaux peut être également configuré pour : calculer, à partir desdites valeurs locales de déformation longitudinale, la valeur de la force appliquée à ladite poutre ; identifier une situation de précontrainte correspondant à une valeur prédéfinie de ladite force ; et recaler à zéro lesdites valeurs de déplacement transversal et d'effort transversal en correspondance de ladite situation de précontrainte.
Ledit module de traitement peut également être configuré pour calculer lesdites valeurs de déplacement transversal et d'effort transversal en tant que combinaisons linéaires des signaux issus desdites jauges d'extensométrie.
Au moins une desdites jauges d'extensométrie peut être située plus proche de ladite extrémité distale de la poutre que le point de fixation de ladite interface mécanique, et au moins une autre desdites jauges d'extensométrie peut être située plus proche de ladite extrémité proximale de la poutre que le point de fixation de ladite interface mécanique.
Ladite interface mécanique d'appui peut être fixée à ladite poutre à une position longitudinale intermédiaire par rapport auxdites extrémités distale et proximale.
Ladite poutre peut présenter une longueur au moins dix fois, et de préférence au moins quinze fois, supérieure à son épaisseur, ladite longueur étant mesurée entre ladite extrémité proximale et ladite extrémité distale et ladite épaisseur étant mesurée dans une direction qui, lorsque ladite base est maintenue en contact avec le front dudit patient, est orientée dans une direction antéropostérieure du corps dudit patient.
Ledit système de fixation crânienne comprend un bandeau destiné à entourer la tête dudit patient.
Un autre objet de l'invention est l'utilisation d'un dispositif selon l'une des revendications précédentes pour mesurer la rigidité des tissus orbitaires d'un patient. Dans une telle application, ladite force peut être appliquée manuellement à proximité de ladite interface libre de la poutre.
Avantageusement, ladite interface mécanique d'appui peut être positionnée sur la paupière d'un œil fermé dudit patient.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemple et qui représentent, respectivement :
la figure 1 , une vue d'ensemble d'un dispositif selon l'invention ;
- la figure 2, un schéma illustrant le positionnement des jauges d'extensométrie et de l'interface mécanique (ou « coque oculaire ») le long de la poutre du dispositif de la figure 1 ;
la figure 3, la flexion de ladite poutre lors de l'utilisation du dispositif ;
- la figure 4, un diagramme illustrant le traitement des signaux conduisant à une mesure de la rigidité des tissus orbitaires ; et
la figure 5, le dispositif de la figure 1 en cours d'utilisation. Comme illustré sur la figure 1 , l'élément principal d'un dispositif selon l'invention est une poutre élastique PE, généralement métallique et par exemple en acier inoxydable, préférablement d'une longueur de 8 centimètres, et plus généralement comprise entre 5 et 1 5 ou 20 cm au maximum. L'épaisseur de la poutre (sa plus petite dimension) est de préférence plus petite d'un facteur 1 0 ou plus, et de préférence 1 5 au plus, par rapport à la longueur. La largeur a moins d'importance, elle devrait juste être supérieure à l'épaisseur pour éviter tout risque de flexion latérale ; elle peut être par exemple de 1 ou 2 cm. La poutre est « élastique » au sens qu'elle peut fléchir dans la direction « y » de son épaisseur (plus précisément, dans le plan défini par sa direction longitudinale « x » et la direction d'épaisseur « y ») avec un déplacement de son extrémité supérieur ou égal à 5% - voire 1 0% ou plus - de sa longueur, sans déformation permanente. La poutre PE est de préférence droite, mais elle peut être légèrement incurvée. Elle est de préférence de section rectangulaire. Une extrémité A, dite proximale, de la poutre PE est encastrée dans une base BP. Cette base peut être un simple bloc de forme parallélépipédique ou - de préférence - permettre un réglage de l'orientation de la poutre et/ou de la position de son extrémité proximale A. L'extrémité opposée B de la poutre, dite distale, est libre.
Un système de fixation BF permet de maintenir solidement la base BF en contact avec le front d'un patient, de telle sorte que la poutre PE s'étende dans une direction inférosupérieure « x » dudit patient, et plus précisément vers le bas (c'est-à-dire vers le visage). Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le système de fixation BF comprend un bandeau élastique avec un accrochage de type bande autogrippante. En variante, ce système peut utiliser une monture de lunette de dimensions légèrement supérieures à la normale, dont les extrémités des branches sont reliées par un élastique destiné à passer derrière la tête du patient. Selon encore une autre variante, le système de fixation peut comprendre un cadre monté sur une table, contre lequel le patient vient appuyer son front.
Une coque oculaire CO est fixée à la poutre, s'étendant perpendiculairement (direction « y ») à la direction longitudinale « x » de cette dernière vers le visage du patient, de façon à venir en appui sur un œil OP de ce dernier. La coque constitue une interface mécanique d'appui pour transmettre un effort mécanique entre la poutre et l'œil. De préférence, la coque est fixée à la poutre à une position longitudinale intermédiaire par rapport auxdites extrémités distale et proximale. Par exemple, si on indique par L la longueur totale de la poutre, mesurée de l'extrémité proximale A à l'extrémité distale B, la coque oculaire est située à une distance L2 de l'extrémité proximale A avec L2 compris, de préférence, entre 0,5L et (2/3)L (voir la figure 2). La valeur de L2 est essentiellement dictée par l'anatomie du patient (distance front - œil) et par la géométrie du système de fixation.
Quatre jauges d'extensométrie X1 , X2 X3 et X4 sont fixées à la face supérieure de la poutre (celle orientée à l'opposé du visage du patient) à des positions longitudinales différentes. Par exemple, en plaçant l'origine de l'axe x au niveau de l'extrémité proximale A, on peut avoir une première jauge X1 située à une position longitudinale x=d1=15 mm, une deuxième jauge X2 située à une position longitudinale x=d2=30mm, une troisième jauge X3 située à une position longitudinale x=d3=50mm et une première jauge X4 située à une position longitudinale x=d4=65mm. De préférence, bien que cela ne soit pas indispensable, au moins une dite jauge d'extensométrie est plus proche de l'extrémité proximale de la poutre que la coque oculaire, et au moins une autre dite jauge d'extensométrie est plus proche de l'extrémité distale de la poutre que la coque oculaire. Dans l'exemple des figures 1 et 2, la coque CO est fixée entre la deuxième et la troisième jauge.
Le nombre des jauges d'extensométrie peut être supérieur à quatre. Une ou plusieurs d'entre elles peuvent être fixées à la face inférieure de la poutre, c'est-à-dire orientées vers le visage du patient.
Les jauges d'extensométrie génèrent un signal proportionnel à la déformation longitudinale locale de la poutre. Il peut notamment s'agir de jauges de contrainte - avantageusement du type « rosette » pour minimiser les problèmes d'alignement et de préférence montées en pont pour améliorer la sensibilité de la mesure - dont la résistance électrique dépend de ladite déformation longitudinale. Les signaux électriques s1 - s4 issus des jauges d'extensométrie X1 - X4 sont transmis à un module de traitement des signaux, indiqué sur les figures par la référence MTS, qui peut être un ordinateur programmé de manière opportune et équipé d'une carte d'acquisition, conditionnement et numérisation des signaux. La transmission des signaux s1 - s4 peut se faire au moyen de fils électriques simplement posés sur la poutre, le cas échéant passant par la base BP. Le traitement mis en œuvre par le module MTS sera détaillé plus loin.
Comme illustré sur la figure 3, pour effectuer une mesure de rigidité des tissus orbitaires, une force F1 est appliquée en un point de la poutre PE situé à une distance L1 >d2 de l'extrémité proximale A, cette force étant dirigée selon la direction y et vers le visage du patient. Par conséquent, la poutre fléchit et la coque oculaire CO exerce un appui sur l'œil OP du patient, provoquant un rétrodéplacement de ce dernier. On indique par F2 la force exercée sur l'œil du patient par la coque oculaire (F2≠F1 , sauf dans le cas particulier où L2=L1 ), par v1 le déplacement transversal de la poutre au niveau du point d'application de la force F1 et par v2 le déplacement transversal de la poutre au niveau de la coque oculaire ; v2 est aussi égal au rétrodéplacement de l'œil.
Avantageusement, la force F1 est appliquée près de l'extrémité distale de la poutre, voire au niveau de ladite extrémité ; par conséquent
Figure imgf000010_0002
. Le rapport L1 /L2 constitue un bras de levier dont dépend la sensibilité du dispositif de mesure.
La force F1 peut être appliquée manuellement ; par conséquent, sa valeur - ainsi que celle de la force F2 et des déplacements v1 et v2 - est inconnue. Ces valeurs peuvent être obtenues grâce aux jauges d'extensométrie X1 - X4, comme illustré schématiquement par la figure 4.
Cette figure montre que les signaux s1 - s4 générés par les jauges d'extensométrie X1 - X4 permettent au module de traitement MTS de déterminer - au moyen d'une simple table de correspondance obtenue par étalonnage - les déformations longitudinales ε1 - e4 de la poutre aux positions d1 - d4. Ces quatre valeurs de déformation permettent à leur tour, par application des équations de la théorie de poutres, de calculer les forces F1 , F2 et les déplacements v1 et v2.
Plus précisément, la méthode énergétique basée sur l'énergie de flexion et de cisaillement de la poutre aboutit à l'équation matricielle :
S F = v (1 )
Figure imgf000010_0001
où E (exprimé en Pascals - Pa) est le module d'élasticité du matériau de la poutre, G son module de cisaillement (également exprimé en Pascals), S la section de la poutre, supposée constante (exprimée en m2), I son moment quadratique (exprimé en m4) et k - sans dimensions - son coefficient de cisaillement. Dans le cas d'une poutre à section rectangulaire, le coefficient k vaut 5/6.
Les déplacements v1 et v2 peuvent être obtenus en appliquant les équations des poutres en flexion simple aux deux tronçons : extrémité proximale A - point de fixation à la poutre de la coque oculaire CO, et point de fixation à la poutre de la coque oculaire CO - extrémité distale B, avec les conditions aux limites opportunes (encastrement en A, continuité au point de fixation de la coque oculaire). On obtient :
Figure imgf000011_0001
(2) où h est la demi-épaisseur de la poutre.
Ces équations paraissent complexes, mais elles se limitent à exprimer les déplacements v1 et v2 en tant que fonctions linéaires des déformations ε1 - ε4.
Les équations (1 ) et (2) permettent de calculer F1 , F2, v1 et v2. La rigidité ou raideur des tissus orbitaires vaut K=F2/v2.
Concrètement, en substituant (2) dans (1 ) et en inversant la matrices S, on peut obtenir des expression explicites de F1 et F2 en fonction des déformations ε1 - ε4.
On remarque que les valeurs de F1 et v1 ne sont pas nécessaires pour déterminer le paramètre K. Le module de traitement peut donc se limiter à effectuer les calculs suivants :
Figure imgf000012_0001
où « a », « b », « c », « d », « e », « f », « g » et « h » sont des coefficients dépendant des propriétés géométriques et physiques de la poutre et qui peuvent être calculés une fois pour toutes à partir des équations (1 ) et
(2).
Lorsque - comme c'est généralement le cas - la relation est linéaire, on peut même exprimer F2 et v2 en tant que combinaisons linéaires des signaux issus des jauges d'extensométrie :
Figure imgf000012_0002
si elle présente une section non uniforme), les coefficients a - h, ou a' - h', peuvent être calculés numériquement, voire être déterminés expérimentalement.
Bien qu'il ne soit pas indispensable, le calcul de la force F1 peut néanmoins s'avérer utile pour identifier une situation de précontrainte. En effet, les inventeurs se sont rendu compte que la coque oculaire peut être positionnée sur la paupière de l'œil OP fermé, au lieu d'être mise directement en contact avec la cornée (ce qui est très désagréable pour le patient et entraine un faible risque d'infection). Pour ce faire, cependant, il est nécessaire d'appliquer une précontrainte FPR de l'ordre de 1 N afin de chasser la graisse sous-cutanée. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, le module de traitement identifie la condition de précontrainte et « recale » les valeurs de F2 et v2 calculées au moyen des équations (3) pour qu'elles soient nulles lorsque F1 vaut FPR. La force F1 et, le cas échéant, le déplacement v-1 , peuvent être calculées en tant que combinaisons linéaires des déformations ε1 - ε4 ou des signaux s1 - s4, comme expliqué plus haut pour F2 et v2.
Si le dispositif comporte plus de quatre jauges d'extensométrie, on obtient une redondance d'information qui peut être exploitée de différentes façons connues dans l'art du traitement des signaux de mesure. Par exemple, avec cinq jauges d'extensométrie et donc cinq mesures de déformation longitudinale ε1 - ε5 on peut former cinq « quadruplets » (ε1 ; ε2, ε3, ε4), (ε1 ; ε2, ε3, ε5), (ε1 ; ε3, ε4, ε5), (ε1 ; ε2, ε4, ε5), (ε2, ε3, ε4, ε5) qui permettent de calculer cinq valeurs respectives de rigidité des tissus orbitaires, K1- K5. La valeur K fournie à la sortie du module peut être la moyenne des ces cinq valeurs intermédiaires.
La mesure peut ne pas se limiter à la détermination d'une valeur numérique du paramètre K. Avantageusement, le module de traitement peut déterminer plusieurs paires de valeurs (F2, v2) aussi bien au cours de l'application de la force F1 que pendant son relâchement afin de tracer des courbes d'hystérésis, ce qui est connu en soi.
La figure 5 illustre un dispositif selon un mode de réalisation de l'invention en cours d'utilisation. La base BP est fixée au front FP du patient par l'intermédiaire d'un bandeau BF ; la force F1 est appliquée à l'extrémité distale de la poutre (L1 =L) par un doigt d'un opérateur. L'extrémité distale de la poutre présente une extension transversale sur laquelle appuie l'opérateur afin que le point d'application de la force soit bien défini.
Le dispositif de la figure 5 a été testé sur banc d'essai, avec des déplacements v2 imposés par une machine de test. Les résultats sont reproduits dans les tableaux suivants :
Figure imgf000013_0001
Figure imgf000014_0001
L'erreur moyenne de mesure du déplacement est de l'ordre de +7% et celle de la force est de -0,74%. Cela est acceptable pour les applications cliniques visées.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Dispositif de mesure de la rigidité des tissus orbitaires, caractérisé en ce qu'il comprend :
- une poutre élastique (PE) ayant une extrémité libre (B), dite distale, et une extrémité opposée (A), dite proximale, encastrée dans une base (BP) ;
un système de fixation crânienne (BF), pour maintenir ladite base en contact avec le front (FP) d'un patient de telle sorte que ladite poutre s'étende principalement dans une direction inférosupérieure (x) du corps dudit patient ;
une interface mécanique d'appui (CO) fixée à ladite poutre, s'étendant à partir de ladite poutre pour venir en contact avec un œil (OP) dudit patient ;
- au moins quatre jauges d'extensométrie (X1 - X4) fixées sur au moins une face de la poutre qui, lorsque ladite base est maintenue en contact avec le front dudit patient, est orientée dans une direction antéropostérieure (y) du corps dudit patient ; et
un module de traitement des signaux (MTS) configuré pour fournir une valeur de rigidité des tissus orbitaires (K) à partir des signaux
(s1 - s4) générés par lesdites jauges d'extensométrie lorsqu'une force (F1 ) est appliquée à ladite poutre provoquant sa flexion, de telle sorte que ladite interface mécanique d'appui exerce une pression sur ledit œil du patient.
2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel ledit module de traitement des signaux est configuré pour :
calculer, à partir des signaux (s1 - s4) issus desdites jauges d'extensométrie, une valeur de déplacement transversal (v2) de la poutre au niveau de ladite interface mécanique et une valeur d'effort transversal (F2) transmis par ladite interface mécanique audit œil ; et calculer ladite valeur de rigidité des tissus orbitaires (K) en fonction du rapport entre ladite valeur d'effort transversal et ladite valeur de déplacement transversal.
3. Dispositif selon la revendication 2 dans lequel ledit module de traitement des signaux est également configuré pour :
calculer, à partir desdites valeurs locales de déformation longitudinale, la valeur de la force (F1 ) appliquée à ladite poutre ;
identifier une situation de précontrainte correspondant à une valeur prédéfinie de ladite force ; et
recaler à zéro lesdites valeurs de déplacement transversal et d'effort transversal en correspondance de ladite situation de précontrainte.
4. Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3 dans lequel ledit module de traitement est configuré pour calculer lesdites valeurs de déplacement transversal et d'effort transversal en tant que combinaisons linéaires des signaux issus desdites jauges d'extensométrie.
5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel au moins une desdites jauges d'extensométrie est située plus proche de ladite extrémité distale de la poutre que le point de fixation de ladite interface mécanique, et au moins une autre desdites jauges d'extensométrie est située plus proche de ladite extrémité proximale de la poutre que le point de fixation de ladite interface mécanique.
6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel ladite interface mécanique d'appui est fixée à ladite poutre à une position longitudinale (L2) intermédiaire par rapport auxdites extrémités distale et proximale.
7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel ladite poutre présente une longueur (L) au moins dix fois, et de préférence au moins quinze fois, supérieure à son épaisseur (T), ladite longueur étant mesurée entre ladite extrémité proximale et ladite extrémité distale et ladite épaisseur étant mesurée dans une direction qui, lorsque ladite base est maintenue en contact avec le front dudit patient, est orientée dans une direction antéropostérieure (y) du corps dudit patient.
8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel ledit système de fixation crânienne comprend un bandeau (BF) destiné à entourer la tête dudit patient.
9. Utilisation d'un dispositif selon l'une des revendications précédentes pour mesurer la rigidité des tissus orbitaires d'un patient.
1 0. Utilisation selon la revendication 9, où ladite force (F1 ) est appliquée manuellement à proximité de ladite interface libre (B) de la poutre.
1 1 . Utilisation selon l'une des revendications 9 ou 10, dans lequel ladite interface mécanique d'appui (CO) est positionnée sur la paupière d'un œil fermé dudit patient.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2004036268A2 (fr) * 2002-10-18 2004-04-29 Eyelab Group, Llc Dispositif et procede d'auto-mesure de la pression intra-oculaire
US20040267108A1 (en) * 2003-03-21 2004-12-30 Moore Eugene John Non-invasive electro-mechanical tonometer for measurement of intraocular pressure

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LUBOZ ET AL: "Intra-operative quantification of the surgical gesture in orbital surgery: Application to the proptosis reduction", CLINICAL BIOMECHANICS, BUTTERWORTH SCIENTIFIC LTD, GUILDFORD, GB, vol. 22, no. 3, 7 February 2007 (2007-02-07), pages 298 - 303, XP005878533, ISSN: 0268-0033, DOI: 10.1016/J.CLINBIOMECH.2006.10.008 *

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