WO2019057732A1 - Conduit anatomique et banc de simulation comprenant un tel conduit - Google Patents

Conduit anatomique et banc de simulation comprenant un tel conduit Download PDF

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WO2019057732A1
WO2019057732A1 PCT/EP2018/075256 EP2018075256W WO2019057732A1 WO 2019057732 A1 WO2019057732 A1 WO 2019057732A1 EP 2018075256 W EP2018075256 W EP 2018075256W WO 2019057732 A1 WO2019057732 A1 WO 2019057732A1
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WO
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duct
epiglottis
conduit
anatomical
bench
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Application number
PCT/EP2018/075256
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Inventor
Nicolas Perrin
Yo FUJISO
Julian VAN DER GIESSEN
Original Assignee
Protip Medical
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    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B23/00—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
    • G09B23/28—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for medicine
    • G09B23/30—Anatomical models
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
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    • G09B23/28—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for medicine
    • G09B23/30—Anatomical models
    • G09B23/32—Anatomical models with moving parts

Definitions

  • the technical field of the invention is that of swallowing robots.
  • the present invention relates to an anatomical conduit reproducing part of the organs of an aerodigestive conduit and an electromechanical simulation bench comprising such a conduit.
  • the pharyngeal phase of swallowing refers to the passage of a bolus from the mouth to the esophagus. It includes the following steps:
  • the larynx rises about 2 cm to facilitate the closure of the epiglottis and to contribute to the opening of the upper sphincter of the esophagus;
  • the larynx descends, the epiglottis rises, releasing access to the larynx and trachea, and the upper sphincter of the esophagus closes (contraction at rest) which re-closes access to the esophagus.
  • JP 2006 3931 1 A describes a robot simulating these mechanisms and in particular the oral phase and the pharyngeal phase.
  • the robot described in this document notably models the tongue, the hyoid bone, the pharynx, the larynx as well as the epiglottis (by means of a simple shutter valve).
  • the tongue is modeled using a rectangular section structure made of a deformable material so as to imitate the tongue, a flat spring being disposed on the latter.
  • cables are anchored on the flat spring so as to deform the latter, said cables being also connected to actuators.
  • the tongue thus represented is able to guide the bolus during the oral phase of swallowing.
  • the hyoid bone is represented by a mechanical element connected to the tongue and the pharynx.
  • the larynx is represented by a hexahedral structure and carries the shutter valve.
  • the pharynx is represented by a flat surface, a second flat spring being disposed thereon.
  • cables (not shown in the drawings of JP 2006 3931 1 A) actuate pressure elements which in turn produce a bolus-driving motion.
  • the valve representing the epiglottis obstructs the airways so that the bolus is directed towards the esophagus.
  • Actuation of the valve is performed using a mechanical joint representing the hyaline cartilage.
  • the actuating means in charge of the movement of the tongue are also responsible for the movement of the shutter valve.
  • the actuating means of the various organs are not all independent. More particularly, the shutter valve representing the epiglottis is coupled to the movement of the tongue via a mechanical joint representing the hyaline cartilage. This causes a certain rigidity in the way the organs are actuated that does not simulate all modes of operation or all pathologies.
  • the various elements of aerodigestive pathways are represented, the geometrical shapes of these are far removed from the actual shape of the organs which makes the robot according to the state of the art unsuitable in tests to verify the operation of a prosthesis.
  • This aspect is further reinforced by the use of flat springs at the level of the tongue and pharynx which stiffens only part of the duct, which is not in conformity with the reality where the rigidity of the various organs adopts a configuration more complex than that of a flat spring.
  • the document US2013296998 describes the implementation of a patient-specific fenestration template, as a guide for the fenestration of a grafted stent, generated using the medical imaging data of a patient allowing a model to be obtained. digital 3D of a patient's aortic lumen.
  • EP2832293 discloses a swallowing simulation apparatus comprising a head and neck modeling unit, an organ movement adjusting unit, an oral ingestion product physical property setting unit, an input unit configured to enter a pseudo-oral ingestion product, a motion analysis unit configured to analyze the movements of the organs, and a display unit to display a result of analyzing the movements of the organs.
  • FR301 1474 describes a mannequin of therapeutic education after total laryngectomy simulating the presence of a tracheoesophageal fistula.
  • CN201364678Y describes a swallowing mechanism model, which includes a human head and neck model and a simulated bed plate, so that students can accurately determine and understand and visually grasp the principle of swallowing.
  • CN103426350A discloses a device simulating swallowing consisting of a model of the upper body, a skin and a swallowing mechanism, which is composed of an air bag, a catheter, a bolt an elastic air bag, a throat module, a thyroid module and a hyoid membrane module.
  • the invention offers a solution to the problems mentioned above, by proposing an anatomical conduit for reproducing part of an aerodigestive conduit. It also proposes an electromechanical bench actuating said conduit so as to realistically reproduce the mechanisms of the pharyngeal phase of swallowing, in particular the movement of the epiglottis.
  • the advantage of the devices described here is the independence of the actuating means of the various organs shown, allowing to move them independently of each other, and in particular a fine reproduction of different pathologies of swallowing.
  • a first aspect of the invention relates to an anatomical conduit reproducing a part of the organs of an aerodigestive conduit having an upper portion comprising a first section, said first section splitting in two to give, in a lower portion of the conduit, a second representative section of the airways and a third representative section of the pathway digestive; an upper orifice carried by one end of the first section; a first lower port carried by one end of the second section; and a second lower port carried by one end of the third section.
  • Reproduced biomechanical groups include the lower part of the tongue, also known as the tongue base, the larynx, the upper part of the trachea, the pharynx, the upper part of the esophagus and the epiglottis.
  • the biomechanical groups are reproduced using materials having a shape, size and deformability similar to those observed in humans.
  • the biomechanical conduit is formed of a single mass: it is therefore a duct formed in one piece, which will therefore have different geometries and thicknesses according to the locations of the biomechanical organs represented (see the figures) .
  • the epiglottis as modeled is in particular an integral part of the anatomical conduit according to the invention. It is recalled that the epiglottis is located behind the root of the tongue, has the shape of a leaf or heart, has a free edge, and has a flexibility (rocking movement downwards, to block access to the trachea in cooperation with the larynx).
  • the epiglottis is thus represented by a projecting protrusion inside the anatomical conduit.
  • the fact that the epiglottis is an integral part of the anatomical duct, and that it also has a first section separating in two is a significant difference from the description of JP 2006 3931 1 A.
  • the anatomical conduit according to the invention is substantially symmetrical with respect to a plane that will be called "sagittal" because it corresponds to the median sagittal plane in humans in vivo.
  • the anatomical conduit according to the invention comprises at least one insert adapted to receive a means of actuating the epiglottis (which means that the outer portion of the anatomical conduit is hollowed out so as to penetrate the actuating means of the epiglottis ), and a plurality of anchor points.
  • anchoring points being arranged on the conduit, allow to receive movement / mobility means to generate a deformation of the anatomical conduit and finely modulate the amplitude of the deformation.
  • Anchor point means an element disposed on the duct that includes a fastening system for hanging another element, for example a cable.
  • the anchoring points are located on the external faces of the anatomical duct according to the invention, on the anterior face and the posterior face, at any point at which it is desired to be able to induce deformation of the duct, to reproduce the natural phenomena of swallowing.
  • the insert adapted to receive a means of actuating the epiglottis allows for it to change the position of the latter independently of the other stresses exerted on the anchoring zone or zones, when said actuating means is in place.
  • the means for actuating the epiglottis are independent of the actuating means of the other biomechanical groups. In fact, the actuating means of each of the biomechanical groups are all independent of each other.
  • the aerodigestive conduit according to a first aspect of the invention may have one or more additional characteristics among the following, considered individually or in any technically possible combination.
  • the geometric shape of the anatomical duct that is to say the geometry of the different reproduced biomechanical groups is obtained and reproduced from anatomical imaging data from one or more scanners made on one or more subjects, by example using a CT-scan (for "computerized tomography scan” in English or computed tomography in French).
  • CT-scan for "computerized tomography scan” in English or computed tomography in French.
  • the thickness of the duct wall at the different biomechanical groups is modulated so as to account for the mechanical behavior and the deformability of said groups.
  • biomechanical group is meant a representation of an organ or part of an organ. Thus, it is possible to accurately report the mechanical behavior of each organ or part of the organ.
  • a second aspect of the invention relates to an electromechanical bench comprising a control module, an actuation module controlled by the control module.
  • the electromechanical bench according to the invention also comprises an anatomical conduit according to a first aspect of the invention, one or more cables connecting at least a portion of the anchoring points of said conduit to the actuation module, the actuation module. being configured so as to be able to urge said cables in traction and / or thrust. So cables of sufficient rigidity (such as bicycle brake cables) are used to be used in thrust.
  • the anatomical conduit is fixed to the bench frame by any suitable point, including a connecting point corresponding to the palate, the position of the cricoid, and the entrance of the esophagus.
  • control module controls the actuation module, the latter actuating the cables which then allow the conduit according to a first aspect of the invention to reproduce the movements relating to the pharyngeal phase of swallowing.
  • the bench according to a second aspect of the invention may have one or more additional characteristics among the following, considered individually or in any technically possible combination.
  • the bench comprises at least one orientation means for orienting the direction of traction or thrust of the cable or cables in the three directions of space.
  • the bench comprises at least one orientation means for orienting the direction of traction or thrust of the cable or cables in the three directions of space.
  • the means for actuating the epiglottis comprises at least one rigid rod, said rod being inserted into the insert adapted to receive a means for actuating the epiglottis so as to actuate the epiglottis, the latter alternating between a first position in which said epiglottis does not close the second section of the duct and a second position in which said epiglottis closes the second section of the duct.
  • the bench comprises means for actuating the upper part of the larynx so that the larynx can be actuated in a first horizontal direction and a second vertical direction.
  • the bench comprises an injection means disposed at the upper orifice of the anatomical conduit and controlled by the control module.
  • the bench comprises a first pressure generator controlled by the control module and disposed at the level of the first lower orifice so as to hermetically close said first lower orifice.
  • the pressure / depression value during the pharyngeal swallowing cycle can be regulated at the airway level and one or more breathing cycles can be simulated independently of the swallowing cycle (s).
  • the bench comprises a second pressure generator controlled by the control module and disposed at the second lower orifice so as to hermetically close said second lower orifice.
  • the pressure generator makes it possible to reproduce the phenomenon of "suction" of the bolus in the esophagus associated with oesophageal peristalsis.
  • a third aspect of the invention relates to a method of artificial pharyngeal swallowing of a food bolus using a bench according to a second aspect of the invention, said method comprising:
  • a step of controlling the biomechanical groups of the anatomical duct by the actuation module according to instructions provided by the control module, the instructions being a function of activation chronograms of the biomechanical groups.
  • the activation chronograms of the biomechanical groups are activation chronograms relating to dysfunctions of swallowing to reproduce pathologies.
  • the artificial pharyngeal swallowing process comprises a step of measuring at least one physical quantity within the conduit during the step of introducing the bolus or the step of controlling the biomechanical groups.
  • a fourth aspect of the invention relates to a method for testing a prosthesis using a simulation bench according to a second aspect of the invention, said method comprising:
  • a prosthesis for example a laryngeal prosthesis, into the anatomical conduit
  • a fifth aspect of the invention relates to a computer program product comprising instructions that drive the bank according to a second aspect of the invention to perform the steps of the method according to a third aspect or a fourth aspect of the invention.
  • a sixth aspect of the invention relates to a computer readable medium on which the computer program according to a fifth aspect of the invention is stored.
  • a seventh aspect of the invention relates to a method of manufacturing an anatomical conduit according to the invention, comprising:
  • This manufacturing can be carried out additively (also known as 3D printing), or by molding the elastomeric material from a mold obtained from these data.
  • An eighth aspect of the invention relates to a method of manufacturing a mold, comprising:
  • These seventh and eighth aspects of the invention may also include a step of obtaining computed tomography data from the oropharyngeal system of a patient.
  • FIG. 1 and 2 show a conduit according to an embodiment of a first aspect of the invention.
  • FIG. 3 shows an anchor point according to an embodiment of a first aspect of the invention.
  • FIG. 4 shows a conduit according to an embodiment of a first aspect of the invention.
  • FIG. 5 shows a conduit according to an embodiment of a first aspect of the invention.
  • FIG. 6 shows an electromechanical bench according to a second aspect of the invention.
  • FIG. 7 shows the direction of deformation of a conduit according to a first aspect of the invention at an anchoring zone.
  • FIG. 8 shows the different cable configurations in a bench according to a second aspect of the invention.
  • FIG. 9 shows a means of orientation of a bench according to a second aspect of the invention.
  • FIG. 11 shows a mechanical assembly simulating the vocal cords and the cricoid cartilage of a bench according to a second aspect of the invention.
  • FIG. 12 shows the actuating mechanism of the epiglottis of a bench according to a first aspect of the invention.
  • FIG. 13 shows a bolus injection means of a bench according to a second aspect of the invention.
  • FIG. 14 shows activation chronograms of biomechanical groups during pharyngeal swallowing.
  • FIG. 15 shows a flow chart of an artificial pharyngeal swallowing method according to a third aspect of the invention.
  • FIG. 16 shows a flowchart of a method for testing a prosthesis according to a fourth aspect of the invention.
  • a first embodiment of a first aspect of the invention illustrated in FIG. 1 concerns an anatomical CA tract reproducing part of the biomechanical groups of an aerodigestive conduit.
  • the anatomical duct CA has an upper portion PS comprising a first section SC1 of the duct, said first section SC1 splitting in two to give, in a lower portion PI of the duct CA, a second section SC2 representative of the airways and a third section SC3 representative of the digestive tract.
  • the duct CA also comprises an upper orifice OS carried by one end of the first section SC1, a first orifice lower 011 carried by one end of the second section SC2 and a second lower orifice OI2 carried by the third section SC3. As illustrated in FIGS.
  • the duct CA also has an anterior face FA, a posterior face FP, a left lateral face FG and a right lateral face FD.
  • the biomechanical groups reproduced include the lower part of the tongue (or base of the tongue) LA, the larynx LR, the pharynx PH, the upper part of the esophagus SO and the EP epiglottis.
  • the first section SC1 of the duct CA comprises on the anterior side FA the lower part of the tongue LA, the epiglottis EP and an upper part of the larynx LR and on the posterior face FP the pharynx PH.
  • the second section SC2 of the duct CA comprises on the anterior face FA, the larynx LR.
  • the third section SC3 of the duct comprises on the posterior face FP the upper part of the esophagus SO.
  • the conduit according to a first aspect of the invention extends tonsils (not shown) to the top of the trachea on the respiratory side and below the upper sphincter of the esophagus SO digestive side.
  • the anatomical conduit CA further comprises at least one insert adapted to receive a means for actuating the epiglottis EP and a plurality of anchoring points PA.
  • each anchoring point PA comprises a first portion P01 extended by a second portion P02.
  • the first portion P01 takes the form of the letter U so that a cable CB can be inserted, possibly in force, between the two branches of said U.
  • the first portion P01 also comprises a stop lug ER for preventing an accidental exit of the cable CB, said locking pin ER closing a portion of the U.
  • the first P01 and the second P02 portions form a plane surface SP through which the anchor can be attached to the CA conduit.
  • the anchoring points PA are fixed to the duct CA by gluing, the gluing being done at the plane surface SP of the anchoring point PA.
  • the anchoring points are taken in the duct itself during molding of the latter.
  • a cable inserted in one or more PA anchorage points can be actuated in traction or thrust as required by inducing a local deformation of the CA conduit.
  • the geometry of the anchor points allows for quick cable placement and removal, which makes it easy to reconfigure cable layouts on the conduit.
  • each anchor point is obtained using an additive manufacturing technique.
  • the anchoring points PA may have different geometries. For example, the length of the first portion P01 or the second portion P02 may vary.
  • the tongue comprises a plurality of anchor points PA distributed so as to form three lines (for example implanted at the areas ML1, ML2 and ML3 of FIG. 5) and the pharynx PH comprises a plurality of anchoring points PA distributed so as to form six lines, said lines being formed along the diameter of the duct and each line comprising at least two anchoring points PA.
  • the anchoring points PA of the pharynx PH are furthermore arranged so as to be able to recreate a peristalsis mechanism.
  • the anchoring points PA are staggered between at least part of the lines.
  • the anchoring points of the first line L1 starting from the top of the duct
  • the anchoring points of the second line L2 are arranged staggered with respect to the anchoring points of the second line L2 (always starting from the top of the conduit).
  • the distance between at least two lines L1, L2 is chosen so that a cable engaged in the U-shaped part of the anchoring points PA of a second line L2 also takes pressing on the second portion P02 of the anchoring points AP of the first line L1, immediately preceding the second line L2.
  • an anchoring point PA may not only be solicited by the actuation of the cable present in the U-shaped part but also by the actuation of the cable bearing on the second portion P02.
  • the bolus is more easily guided in the CA conduit.
  • the conduit is sealed to reproduce realistic pressure conditions within the conduit. Indeed, the evolution of the pressure field prevailing inside the duct and in particular at the aerodigestive junction plays an important role in the deglutition process and it may be advantageous to integrate this aspect in the tests in s' ensuring the tightness of the CA anatomical conduit.
  • the geometric shape of the CA anatomical conduit is obtained from anatomical imaging data from one or more scanners made on one or more subjects.
  • Conducting a conduit from anatomical imaging data has at least two advantages. This allows first of all to obtain forms and mechanical behavior true to reality (ie those observed in the patient). It also makes it possible to model, when necessary, the "pathology" specific to a patient, such as a duct that has undergone partial ablation leading to desynchronization.
  • the conduit is printed in 3D or molded in an elastomeric material such as silicone, the 3D printing or the mold being made using said anatomical imaging data. It should be noted that the mold can also be made by additive manufacturing, depending on the data obtained from the patient.
  • the material used for manufacturing the CA conduit is a silicone from the company Nusil® referenced MED-4286 or even a silicone of the same company referenced CF1 1 -2188 more transparent.
  • These materials have the advantage of being commonly used in medical applications and their mechanical behavior (notably deformability, elasticity) makes it possible to obtain synthetic reproductions of biomechanical groups that are close in terms of the mechanical behaviors of the actual structures.
  • these materials are transparent and thus allow to observe the interior of the CA anatomical conduit.
  • the thickness of the material forming the duct CA at the different biomechanical groups simulating the physiological organs is modulated so as to account for the mechanical behavior of said groups, said mechanical behavior being determined for example by means of reference data from the literature on the anatomy and physiology of swallowing.
  • the thickness of the material constituting the pharynx PH is between 2mm and 4mm.
  • the posterior face thickness FP is equal to 3.5 mm while the thickness at the right side faces FD and left FG is equal to 2 mm.
  • the thickness of the material constituting the tongue LA is between 3 and 10 mm, for example equal to 5 mm.
  • the thickness of the material constituting the larynx LA is between 2mm and 5mm, for example equal to 3.5mm.
  • the thickness of the material constituting the epiglottis EP is between 2 mm and 4 mm, preferably equal to 3.5 mm.
  • a second aspect of the invention illustrated in Figures 6 to 13 relates to an electromechanical bench BE comprising an anatomical conduit CA according to a first aspect of the invention.
  • the bank BE comprises a control module MC, an actuation module MA controlled by the control module MC, and an anatomical conduit CA according to a first aspect of the invention.
  • the bench also comprises one or more CB cables connecting at least a portion of anchoring points PA of the plurality of anchoring points PA of said AC conduit to the actuating module MA, the module actuation being configured so as to be able to solicit said CB cables in traction and / or thrust.
  • the actuation module MA comprises at least one actuator, preferably an electric actuator.
  • each cable CB connects an actuator of the actuating means MA to one or more anchoring points PA of the conduit CA. As illustrated in FIGS. 8A, 8B and 8C, the term "connected" means that:
  • a first end of the cable CB is connected to the actuator A1;
  • a part of the length of the cable CB is made attached to at least one anchorage point PA;
  • a second end of the cable CB is connected to the actuator A1 on which is connected the first end of the cable (FIG. 6A) to a fixed point P F of the bench
  • each actuator comprises a DC electric motor and an encoder for measuring the instantaneous position of said motor.
  • Each actuator further comprises a screw / nut system set in motion by said motor and which makes it possible to transform the rotational movement of the motor into a translational movement (and thus a pull or pull load on the CB cables).
  • each actuator also comprises an end-of-travel sensor which makes it possible to detect when an actuator comes to a stop.
  • each actuator is connected to at least one anchorage point PA by means of a CB cable, said CB cable being inserted in a sheath except for a portion of CB cable at each end. The presence of this sheath makes it easier to urge the cable CB in thrust, the movement of the cable being guided by the sheath.
  • the bank BE further comprises at least one MR orientation means making it possible to orient the direction traction and / or thrust relative to each cable CB in the three directions of space.
  • each MR orientation means comprises an RA rail, a CL sliding element which translates on the RA rail, a CO column fixed vertically on the sliding element CL, at least one orientable element.
  • Each orientable element OR can translate along the column and rotate along the main axis of the CO column.
  • the BE bench comprises two MR orientation means configured so as to orient the CB cables on either side of the anatomical duct CA.
  • the BE bench comprises a mechanism for reproducing vocal cords and cricoid cartilage comprising a CHA chassis, a first MA1 and a second MA2 mounted jaws. on the chassis CHA and configured to cooperate to exert pressure on the walls of the CA conduit thus reproducing the hermetic closure of the larynx LA by the vocal cords.
  • said chassis CHA comprises a first axis AX1 of rotation and a second axis AX2 of rotation, the first jaw MA1 being inserted on the first axis AX1 by means of an orifice formed in said first jaw MA1 and the second jaw MA2 being inserted on the second axis AX2 by means of an orifice formed in said second jaw MA2.
  • the mechanism MC also comprises a collar COL in extension of the CHA chassis, said collar COL being configured to surround the second section SC2 of the duct.
  • the mechanism MC further comprises a counter collar CCO configured so that the third section of the conduit is between the collar and the counter-collar. As shown in Figure 11, so arranged, the collar and the against-collar can open and close the third section SC3 of the duct and reproducing the upper sphincter of the esophagus SO. So that the mechanism can translate in at least a first direction and a second direction, the bench comprises a central portion PC on which is disposed a first slide. This first slide GL1 allows an element intermediate US to translate in a direction parallel to the posterior face FP face FA front of the CA conduit when the latter is in place on the bench BE.
  • the translational movement of the intermediate element EU is obtained by means of a cable whose first end is connected to an actuator and a second end to the intermediate element EU, said cable being able to be biased in traction or in thrust by the actuator.
  • the intermediate portion EU comprises a second slide GL2 on which is fixed the chassis CHA and which allows the latter to translate in a direction parallel to the main axis of the conduit CA.
  • the translation movement of the chassis CHA is obtained by means of a cable whose first end is connected to an actuator and a second end to the chassis CHA, said cable being able to be biased in traction or thrust by the actuator. It is therefore by a translation of the intermediate element (and therefore of the frame) with the aid of the first slide that the opening and closing of the upper oesophageal sphincter are obtained.
  • the epiglottis is actuated using at least one rigid rod, preferably two rigid rods, one end (distal) of said rod or rods being inserted into the inserts provided for this purpose. effect in the duct.
  • the rod thus inserted can then be rotated (relative to its proximal end) so that it can be actuated.
  • the rotation of the rod allows the epiglottis EP to alternate between a first position in which said epiglottis EP does not close the second section SC2 of the duct CA and a second position in which said epiglottis EP closes the second section SC2 of the CA conduit.
  • the actuating means of the rod or rods can do the same. In other words, in addition to the rotation of the rods, the actuating means must be able to translate in the sagittal plane.
  • the BE bench which comprises an MT motor connected to a first axis AE 1 so as to be able to drive this last in rotation.
  • the first axis AE1 comprises a plate, said first plate being connected by a first belt to a second plate, said second plate being fixed to a second axis.
  • the first axis AE1 comprises a second first plate PLTT, said second first plate being connected by a second belt C02 to a third plate PLT3, said third plate being fixed to a third axis AE3.
  • the first axis AE1 when the first axis AE1 is rotated, it causes the third axis AE3, the reduction between the two rotations can be modulated through the diameter of the second first plate and PLTT PLT3 third.
  • the use of the system comprising the second first PLTT tray and the third PLT3 tray is preferred in order to maintain the symmetry of the system and ensure a good tilt of the epiglottis.
  • the bank further comprises a fourth axis AE4 connected to the second axis AE2 by a first cardan joint CR1 and, when a third axis AE3 is present, the third axis AE3 with a second cardan joint CR2.
  • the second end of the rod or rods for actuating the epiglottis EP are fixed to the fourth axis AE4 so as to actuate the epiglottis as described above when the fourth axis AE4 is rotated by the motor MT.
  • the gimbals CR1, CR2 make it possible to ensure that the actuation of the rod or rods is possible during the simulation of the operation of the larynx LR during the laryngeal ascent, and in particular the movement of the latter in a first step towards the top to facilitate the closing of the larynx LR by the epiglottis EP (by allowing the rocking of the latter) then forward contributing in particular to the opening of the upper sphincter of the esophagus SO.
  • the fourth axis AE4 has three degrees of freedom (in rotation around its main axis and two directions of translation in the sagittal plane) and thus ensures good reproduction of the movement of the EP epiglottis.
  • the bench further comprises an injection means, for example a pump, associated with at least one solenoid valve arranged at the upper orifice OS of the anatomical conduit CA and controlled by the control module MC.
  • an injection means for example a pump, associated with at least one solenoid valve arranged at the upper orifice OS of the anatomical conduit CA and controlled by the control module MC.
  • the injection is done by means of a syringe pump PS whose piston is actuated by a PCA actuator, said actuator being controlled by the control module MC.
  • the BE bench also includes an ONI bolus insertion port that allows, when a first solenoid valve EVP1 is open, fill the bolus PS syringe pump.
  • the bench further comprises a second solenoid valve EVP2 which allows, when the latter is open, to inject the bolus into the CA conduit with the syringe pump.
  • a second solenoid valve EVP2 which allows, when the latter is open, to inject the bolus into the CA conduit with the syringe pump.
  • the first solenoid valve EVP1 is open and the second solenoid valve EVP2 is closed.
  • the first solenoid valve EVP1 is closed and the second solenoid valve EVP2 is open.
  • the opening and closing of the first solenoid valve EVP1 and the second solenoid valve EVP2 are controlled by the control module MC.
  • the BE bench thus obtained allows to reproduce the pharyngeal phase of swallowing through five sub-phases:
  • control module MC comprises a computer and / or a programmable card.
  • control module MC comprises a computer equipped with software, for example LabView, as well as one or several electronic cards interacting with the actuator module MA (and therefore the actuators) through a connection port, for example a USB port, according to instructions given by an operator.
  • the instructions are provided to the actuators by means of timing diagrams.
  • the chronogram represents for each actuator, and therefore for each biomechanical group, the displacement to be performed as a function of time. It will be noted that a mechanical group may be set in motion by one or more actuators.
  • the mechanical actions resulting from the movements of the actuators can be of three types: stay at rest, exert traction or exert thrust.
  • the said chronogram is established as a function of the number and position of the PA anchoring points solicited, the type of pathology that is to be simulated, as well as medical data concerning the swallowing phenomenon in said pathology.
  • these medical data can be obtained from observation observations of swallow fluoroscopy videos.
  • medical data can take the form of chronograms illustrating the solicitation of different biomechanical groups over time.
  • the BE bench also comprises one or more sensors positioned in the anatomical conduit CA and intended to measure one or more physical quantities within said CA conduit.
  • said sensors comprise one or more pressure sensors positioned within the anatomical duct CA as a function of the phenomenon that it is desired to observe.
  • the conduit has two pressure sensors located at the level of the pharynx PH (a first located at the level of the oropharynx and a second located at the level of the hypopharynx), a pressure sensor located at the level of the larynx. LR and a pressure sensor located at the level of the upper sphincter of the esophagus.
  • the conduit has two pressure measurement points located at the level of the pharynx PH (a first located at the level of the oropharynx and a second located at the level of the hypopharynx), a point of pressure measurement. located at the LR larynx and a pressure point at the upper esophageal sphincter; each measuring point being connected to a pressure sensor by means of a pipe, for example a silicone pipe.
  • a pipe for example a silicone pipe.
  • the BE bench also comprises a first pressure generator connected to the first lower orifice 011 and a second pressure generator connected to the second lower orifice OI2.
  • each generator comprises a motorized piston mounted in a preferentially cylindrical cavity and / or Plexiglas.
  • each pressure generator is controlled by the control means MC as a function of the pressure measured within the conduit.
  • the two pressure generators allow the control means MC to regulate the pressure within the conduit CA.
  • the CA conduit is made of a transparent material and the BE bench also comprises one or more cameras, preferably so-called fast cameras (generally an acquisition frequency of up to 1000 images per second), to observe the movement of the bolus within the CA conduit.
  • the camera or cameras are preferably located outside the CA conduit, but may also be located inside the CA conduit. Alternatively, all the cameras are located outside the AC conduit and holes are provided in the conduit CA to allow the insertion of one or more optical fibers.
  • a first camera is arranged to film the FD or left side face FG of the duct CA and a second camera is arranged to film the posterior face FP of the duct CA.
  • the actuation of these two cameras is synchronized.
  • FIG. 14 One embodiment of a third aspect of the invention illustrated in FIG. 14 relates to a method 100 of artificial pharyngeal swallowing of a food bolus using a BE bench according to a second aspect of the invention.
  • the method comprises a step 101 of introducing a food bolus through the upper orifice OS of the anatomical conduit CA.
  • this introduction step is done by means of an injection device comprising a syringe pump PS, for example an injection device as illustrated in FIG. 13.
  • step 101 of introducing the bolus comprises:
  • a first sub-step 101 1 for opening the first solenoid valve EVP1, for inserting the bolus by the insertion orifice ONI, and for actuating the syringe driver PS by the actuator ACP of the push syringe PS of so that the latter is filled with the bolus;
  • the method also comprises a step 102 for controlling the biomechanical groups of the anatomical conduit CA by the actuation module MA, according to instructions provided by the control module MC, the instructions being a function of group activation diagrams.
  • the chronograms represent temporal sequences of displacement instructions of the biomechanical groups involved in swallowing, each anatomical structure being set in motion by one or more CB cables connected to at least a part of the PA anchorage points of the biomechanical group in question, each cable CB being actuated by means of an actuator as has been detailed before.
  • each actuator receives as a function of time a movement amplitude (or rotation) setpoint.
  • timing diagrams make it possible to synchronize the movements of the different biomechanical groups so as to reproduce the phenomenon of swallowing.
  • the chronograms are established for each biomechanical group according to experimental data listing, for each of said groups, the amplitude of the movements as a function of time during swallowing. These data are generally obtained through statistics on several patients and depend on the pathologies of which said patients are affected.
  • each timing diagram is smoothed so as to to obtain progressive amplitude variations which are not likely to generate saccades at the level of the actuators.
  • step 102 of controlling the biomechanical groups of the CA anatomical conduit comprises:
  • the larynx LR by the control, by the actuating module MA on instruction of the control module MC, CHA chassis;
  • the movement of the larynx LR upwards participates in the closure of the second section SC2 of the duct CA (in other words the closure of the larynx) in addition to the flip-flop of the EP epiglottis and the displacement of the larynx LR to the anterior FA contributes to the opening of the lower part of the pharynx PH (or lower stage or hypopharynx) and upper sphincter of the esophagus OS.
  • a video recording step of the CA conduit and / or a step of measuring the pressure at different points of the CA conduit are implemented during the step 102 of controlling the biomechanical groups of the CA anatomical conduit.
  • An embodiment of a fourth aspect of the invention illustrated in FIG. 15 relates to a method 200 for testing an implant, for example a laryngeal implant, with the aid of a BE bench according to a second aspect of the invention.
  • the method includes a step 201 of inserting a prosthesis into the CA conduit. It can be a laryngeal prosthesis, a pharyngeal prosthesis or even a prosthesis of the upper sphincter of the esophagus.
  • the method also comprises a step 202 of implementing a method 100 for reproducing the swallowing of a food bolus according to a third aspect of the invention.

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Abstract

Un aspect de l'invention concerne un conduit anatomique (CA) reproduisant une partie des groupes biomécaniques d'un conduit aérodigestif comportant une partie supérieure (PS) comprenant une première section (SC1), ladite première section (SC1) se scindant en deux pour donner, dans une partie inférieure (PI) du conduit (CA), une deuxième section (SC2) représentative des voies aériennes et une troisième section (SC3) représentative de la voie digestive, un orifice supérieur (OS) porté par une extrémité de la première section (SC1); un premier orifice inférieur (OI1) porté par une extrémité de la deuxième section (SC2); et un deuxième orifice inférieur (OI2) porté par une extrémité de la troisième section (SC3). Les organes reproduits comportent la partie basse de la langue (LA), le larynx (LR), le pharynx (PH), la partie haute de l'œsophage (SO) et l'épiglotte (EP). Le conduit anatomique (CA) selon l'invention comporte également au moins un insert adapté à recevoir un moyen d'actionnement de l'épiglotte (EP) et une pluralité de points d'ancrage (PA).

Description

CONDUIT ANATOMIQUE ET BANC DE SIMULATION COMPRENANT UN TEL
CONDUIT
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
Le domaine technique de l'invention est celui des robots de déglutition. La présente invention concerne un conduit anatomique reproduisant une partie des organes d'un conduit aérodigestif ainsi qu'un banc de simulation électromécanique comprenant un tel conduit. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION
La phase pharyngée de la déglutition se rapporte au passage d'un bol alimentaire de la bouche à l'œsophage. Elle comprend les étapes suivantes :
les cordes vocales se ferment ;
- la base de langue recule et descend ;
- l'épiglotte bascule afin de protéger le larynx et la trachée lors du passage des aliments dans le pharynx ;le larynx remonte d'environ 2 cm afin de faciliter la fermeture de l'épiglotte et de contribuer à l'ouverture du sphincter supérieur de l'œsophage ;
- le bol alimentaire passe dans l'œsophage.
Après cette phase, le larynx redescend, l'épiglotte se relève, libérant l'accès au larynx et à la trachée, et le sphincter supérieur de l'œsophage referme (contraction au repos) ce qui ré-obture l'accès à l'œsophage.
L'analyse des mécanismes de déglutition est une thématique de recherche en pleine expansion en passe de devenir une priorité de santé publique. Au-delà même du domaine de la santé, l'industrie agroalimentaire s'intéresse également à cette analyse afin notamment de comprendre la façon dont les aliments sont déglutis dans le but d'en améliorer les textures. Il est cependant difficile d'analyser les mécanismes de déglutition en détail compte tenu du fait que ces derniers ne sont pas visibles à l'observation directe. En effet, il est généralement fait usage de l'imagerie médicale et éventuellement d'agents de contraste, ce qui est exigeant en temps et en argent et non sans conséquence sur la santé du sujet sur lequel est pratiquée ladite imagerie. De plus, un tel procédé d'analyse exclut les tests de prothèses ou autres dispositifs médicaux tels que les endoscopes, mais également les usages à but pédagogique pour la formation médicale.
Afin d'étudier in vitro les mécanismes de déglutition, le document JP 2006 3931 1 A décrit un robot simulant ces mécanismes et en particulier la phase orale et la phase pharyngée. Le robot décrit dans ce document modélise notamment la langue, l'os hyoïde, le pharynx, le larynx ainsi que l'épiglotte (au moyen d'un simple clapet d'obturation). La langue est modélisée à l'aide d'une structure de section rectangulaire réalisée dans un matériau déformable de sorte à imiter la langue, un ressort plat étant disposé sur cette dernière. Afin d'actionner ladite langue, des câbles sont ancrés sur le ressort plat de sorte à déformer ce dernier, lesdits câbles étant également reliés à des actionneurs. La langue ainsi représentée est en mesure de guider le bolus lors de la phase orale de la déglutition. L'os hyoïde est quant à lui représenté par un élément mécanique relié à la langue et au pharynx. Le larynx est représenté par une structure de forme hexaédrique et porte le clapet d'obturation. Le pharynx est représenté par une surface plane, un second ressort plat étant disposé sur ce dernier. De la même manière que pour la langue, des câbles (non représentés dans les dessins du document JP 2006 3931 1 A) actionnent des éléments de pression qui produisent à leur tour un mouvement entraînant le bolus. Lorsque le bolus arrive au niveau de la séparation entre les voies aériennes et l'œsophage, le clapet représentant l'épiglotte obstrue les voies aériennes de sorte que le bolus est dirigé vers l'œsophage. L'actionnement du clapet s'effectue à l'aide d'une articulation mécanique représentant le cartilage hyalin. Autrement dit, les moyens d'actionnement en charge du mouvement de la langue sont également chargés du mouvement du clapet d'obturation.
Si un tel robot permet une étude qualitative de la déglutition, il impose cependant quelques limitations. Premièrement, les moyens d'actionnement des différents organes ne sont pas tous indépendants. Plus particulièrement, le clapet d'obturation représentant l'épiglotte est couplé au mouvement de la langue par l'intermédiaire d'une articulation mécanique représentant le cartilage hyalin. Cela entraine une certaine rigidité dans la façon dont les organes sont actionnés qui ne permet pas de simuler tous les modes de fonctionnement ou toutes les pathologies. De plus, bien que les différents éléments des voies aérodigestives sont représentés, les formes géométriques de ces derniers sont très éloignées de la forme réelle des organes ce qui rend le robot selon l'état de l'art peu adapté dans des tests visant à vérifier le fonctionnement d'une prothèse. Cet aspect est encore renforcé par l'usage de ressorts plats au niveau de la langue et du pharynx qui rigidifie une partie seulement du conduit, ce qui n'est pas conforme à la réalité où la rigidité des différents organes adopte une configuration plus complexe que celle d'un ressort plat.
Il existe donc un besoin d'un robot permettant de simuler l'ensemble des pathologies sans être contraint par le couplage des moyens d'actionnement entre eux. Il existe également un besoin d'un robot permettant de reproduire de manière plus réaliste la géométrie et/ou la physiologie et/ou les propriétés mécaniques des différents organes, par exemple pour effectuer des tests sur des prothèses.
Le document US2013296998 décrit la mise en œuvre d'un gabarit de fenestration spécifique au patient, en tant que guide pour la fenestration d'une endoprothèse greffée, généré en utilisant les données d'imagerie médicale d'un patient permettant d'obtenir un modèle numérique 3D d'un lumen aortique du patient.
EP2832293 décrit un appareil de simulation de déglutition comprenant une unité de modélisation de la tête et du cou, une unité de réglage de mouvement d'organe, une unité de réglage de propriété physique de produit à ingestion orale, une unité d'entrée configurée pour entrer un produit à ingestion pseudo-orale, une unité d'analyse de mouvement configurée pour analyser les mouvements des organes, et une unité d'affichage pour afficher un résultat d'analyse des mouvements des organes.
FR301 1474 décrit un mannequin d'éducation thérapeutique après laryngectomie totale simulant la présence d'une fistule trachéo-œsophagienne.
CN201364678Y décrit un modèle de mécanisme de déglutition, qui comprend un modèle de tête et de cou humains et d'un plateau de lit simulant, afin que des élèves puissent déterminer avec précision et comprendre et saisir visuellement le principe de la déglutition.
CN103426350A décrit un dispositif simulant la déglutition composé d'un modèle du haut du corps humain, d'une peau et d'un mécanisme de déglutition, celui-ci étant composé d'un sac gonflable, d'un cathéter, d'un boulon de fixation, d'un sac gonflable élastique, d'un module de gorge, d'un module thyroïdien et d'un module de membrane hyoïde. RESUME DE L'INVENTION
L'invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en proposant un conduit anatomique permettant de reproduire une partie d'un conduit aérodigestif. Elle propose également un banc électromécanique actionnant ledit conduit de sorte à reproduire de manière réaliste les mécanismes de la phase pharyngée de la déglutition, notamment le mouvement de l'épiglotte. L'intérêt des dispositifs décrits ici est l'indépendance des moyens d'actionnement des différents organes représentés, permettant de faire bouger ceux-ci de façon indépendante les uns par rapport aux autres, et notamment une reproduction fine de différentes pathologies de la déglutition.
Pour cela, un premier aspect de l'invention concerne un conduit anatomique reproduisant une partie des organes d'un conduit aérodigestif comportant une partie supérieure comprenant une première section, ladite première section se scindant en deux pour donner, dans une partie inférieure du conduit, une deuxième section représentative des voies aériennes et une troisième section représentative de la voie digestive ; un orifice supérieur porté par une extrémité de la première section ; un premier orifice inférieur porté par une extrémité de la deuxième section ; et un deuxième orifice inférieur porté par une extrémité de la troisième section. Les groupes biomécaniques reproduits comprennent la partie basse de la langue aussi appelée base de langue, le larynx, la partie haute de la trachée, le pharynx, la partie haute de l'œsophage et l'épiglotte. Ainsi qu'indiqué plus bas, on reproduit les groupes biomécaniques en utilisant des matériaux présentant une forme, taille et déformabilité similaire à celles observées chez l'homme. De préférence, le conduit biomécanique est formé d'une seule masse : il s'agit donc d'un conduit formé d'une seule pièce, qui présentera donc des géométries et épaisseurs différentes selon les emplacements des organes biomécaniques représentés (voir les figures). L'épiglotte telle que modélisée est en particulier partie intégrante du conduit anatomique selon l'invention. Il est rappelé que l'épiglotte est située derrière la racine de la langue, a la forme d'une feuille ou de cœur, possède un bord libre, et présente une flexibilité (mouvement de bascule vers le bas, pour obturer l'accès à la trachée en coopération avec le larynx). L'épiglotte est ainsi représentée par une proéminence en saillie à l'intérieur du conduit anatomique. Le fait que l'épiglotte soit directement partie intégrante du conduit anatomique, et que celui-ci présente également une première section se séparant en deux est une différence notable par rapport à la description de JP 2006 3931 1 A.
Le conduit anatomique selon l'invention est substantiellement symétrique par rapport à un plan que l'on appellera « sagittal » parce qu'il correspond au plan sagittal médian chez l'homme in vivo.
Le conduit anatomique selon l'invention comporte au moins un insert adapté à recevoir un moyen d'actionnement de l'épiglotte (ce qui signifie que la partie externe du conduit anatomique est creusée afin de faire pénétrer les moyens d'actionnement de l'épiglotte), et une pluralité de points d'ancrage.
Grâce à l'invention, il est possible de reproduire un conduit anatomique susceptible de rendre compte des mouvements du conduit aérodigestif lors du phénomène de déglutition de la phase pharyngée. En effet, les points d'ancrage, en étant disposés sur le conduit, permettent de recevoir des moyens de déplacement/mobilité pour générer une déformation du conduit anatomique et moduler finement l'amplitude de la déformation. On entend par « point d'ancrage » un élément disposé sur le conduit qui comprend un système d'attache permettant d'accrocher un autre élément, par exemple un câble. Les points d'ancrage sont localisés sur les faces externes du conduit anatomique selon l'invention, sur la face antérieure et la face postérieure, en tout point auquel on souhaite pouvoir induire une déformation du conduit, pour reproduire les phénomènes naturels de déglutition.
De plus, l'insert adapté pour recevoir un moyen d'actionnement de l'épiglotte permet quant à lui de modifier la position de cette dernière indépendamment des autres contraintes exercées sur la ou les zones d'ancrage, lorsque ledit moyen d'actionnement est en place. En outre, les moyens d'actionnement de l'épiglotte sont indépendants des moyens d'actionnement des autres groupes biomécaniques. De fait, les moyens d'actionnement de chacun des groupes biomécaniques sont tous indépendants les uns des autres.
Outre les caractéristiques qui viennent d'être évoquées dans le paragraphe précédent, le conduit aérodigestif selon un premier aspect de l'invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.
Avantageusement, la forme géométrique du conduit anatomique, c'est-à-dire la géométrie des différents groupes biomécaniques reproduits est obtenue et reproduite à partir de données d'imagerie anatomique issues d'un ou plusieurs scanners réalisés sur un ou plusieurs sujets, par exemple à l'aide d'un CT-scan (pour « computerized tomography scan » en anglais ou tomodensitométrie en français). Ainsi, on obtient un conduit aérien dont la forme est proche de et restitue effectivement et fidèlement la forme des organes réels et ledit conduit est donc adapté pour effectuer des tests de prothèses qui pourront être utilisées ultérieurement chez l'homme.
Avantageusement, l'épaisseur de la paroi du conduit au niveau des différents groupes biomécaniques est modulée de sorte à rendre compte le comportement mécanique et la déformabilité desdits groupes. On entend par groupe biomécanique une représentation d'un organe ou d'une partie d'un organe. Ainsi, il est possible de rendre compte de manière précise des comportements mécaniques de chaque organe ou partie d'organe.
Un deuxième aspect de l'invention concerne un banc électromécanique comprenant un module de commande, un module d'actionnement contrôlé par le module de commande. Le banc électromécanique selon l'invention comprend également un conduit anatomique selon un premier aspect de l'invention, un ou plusieurs câbles reliant au moins une partie des points d'ancrage dudit conduit au module d'actionnement, le module d'actionnement étant configuré de sorte à pouvoir solliciter lesdits câbles en traction et/ou en poussée. On utilise donc des câbles de rigidité suffisante (type câbles de frein de vélo) pour pouvoir être utilisés en poussée. Le conduit anatomique est fixé au bâti du banc par tout point adéquat, notamment par un point de liaison correspondant au palais, à la position du cricoïde, et de l'entrée de l'œsophage.
Ainsi, le module de commande pilote le module d'actionnement, ce dernier actionnant les câbles qui permettent alors au conduit selon un premier aspect de l'invention de reproduire les mouvements relatifs à la phase pharyngée de la déglutition.
Outre les caractéristiques qui viennent d'être évoquées dans le paragraphe précédent, le banc selon un deuxième aspect de l'invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.
Avantageusement, le banc comporte au moins un moyen d'orientation permettant d'orienter la direction de traction ou de poussée du ou des câbles dans les trois directions de l'espace. Ainsi, il est possible de moduler, au niveau d'une ligne formée par une partie des points d'ancrage le long de la surface extérieure du conduit, l'amplitude et la direction de la déformation en jouant sur l'orientation du câble qui lui est associé.
Avantageusement, le moyen d'actionnement de l'épiglotte comprend au moins une tige rigide, ladite tige venant s'insérer dans l'insert adapté à recevoir un moyen d'actionnement de l'épiglotte de sorte à actionner l'épiglotte, cette dernière alternant entre une première position dans laquelle ladite épiglotte n'obture pas la deuxième section du conduit et une deuxième position dans laquelle ladite épiglotte obture la deuxième section du conduit. Ainsi, il est possible de simuler le fonctionnement de l'épiglotte au passage du bolus, mais également une pathologie où l'épiglotte ne fonctionne plus correctement. Avantageusement, le banc comporte un moyen d'actionnement de la partie haute du larynx de sorte que le larynx peut être actionné selon une première direction horizontale et une deuxième direction verticale. Ainsi, il est possible de simuler le fonctionnement du larynx lors de la phase d'ascension laryngée, et en particulier le déplacement de ce dernier vers le haut afin de contribuer à l'obturation du larynx par l'épiglotte ainsi qu'un mouvement vers l'avant contribuant notamment à l'ouverture du sphincter supérieur de l'œsophage.
Avantageusement, le banc comporte un moyen d'injection disposé au niveau de l'orifice supérieur du conduit anatomique et piloté par le module de commande. Ainsi, il est possible de contrôler l'injection du bolus et notamment de paramétrer la quantité de bolus injecté et la vitesse dudit bolus. Avantageusement, le banc comporte un premier générateur de pression piloté par le module de commande et disposé au niveau du premier orifice inférieur de sorte à fermer de manière hermétique ledit premier orifice inférieur. Ainsi, la valeur de pression/dépression au cours du cycle de déglutition pharyngée peut être régulée au niveau des voies aériennes et un ou plusieurs cycle(s) de respiration peuvent être simulés indépendamment du ou des cycle(s) de déglutition.
Avantageusement, le banc comporte un deuxième générateur de pression piloté par le module de commande et disposé au niveau du deuxième orifice inférieur de sorte à fermer de manière hermétique ledit deuxième orifice inférieur. Ainsi, la valeur de pression/dépression au cours du cycle de déglutition pharyngée peut être régulée au niveau des voies digestives. Plus particulièrement, le générateur de pression permet de reproduire le phénomène d"'aspiration" du bolus dans l'œsophage lié au péristaltisme œsophagien.
Un troisième aspect de l'invention concerne un procédé de déglutition pharyngée artificielle d'un bol alimentaire à l'aide d'un banc selon un deuxième aspect de l'invention, ledit procédé comprenant :
- une étape d'introduction d'un bol alimentaire par l'orifice supérieur du conduit anatomique ;
- une étape de commande des groupes biomécaniques du conduit anatomique par le module d'actionnement, en fonction d'instructions fournies par le module de commande, les instructions étant fonction de chronogrammes d'activation des groupes biomécaniques.
Avantageusement, les chronogrammes d'activation des groupes biomécaniques sont des chronogrammes d'activation relatifs à des dysfonctionnements de la déglutition pour reproduire des pathologies.
Avantageusement, le procédé de déglutition pharyngée artificielle comprend une étape de mesure d'au moins une grandeur physique au sein du conduit lors de l'étape d'introduction du bol alimentaire ou l'étape de commande des groupes biomécaniques. Un quatrième aspect de l'invention concerne un procédé de test d'une prothèse à l'aide d'un banc de simulation selon un deuxième aspect de l'invention, ledit procédé comprenant :
- une étape d'insertion d'une prothèse, par exemple une prothèse laryngée, dans le conduit anatomique ;
- une étape de mise en œuvre d'un procédé de reproduction de la déglutition d'un bol alimentaire selon un troisième aspect de l'invention. Un cinquième aspect de l'invention concerne un produit programme d'ordinateur comprenant des instructions qui conduisent le banc selon un deuxième aspect de l'invention à exécuter les étapes du procédé selon un troisième aspect ou un quatrième aspect de l'invention.
Un sixième aspect de l'invention concerne un support lisible par ordinateur, sur lequel est enregistré le programme d'ordinateur selon un cinquième aspect de l'invention.
Un septième aspect de l'invention concerne un procédé de fabrication d'un conduit anatomique selon l'invention, comprenant :
une étape de mise à disposition de données de tomodensitométrie du système oropharyngé d'un patient
une étape de fabrication d'un conduit anatomique, dans un matériau élastomère à partir de ces données.
Cette fabrication peut être effectuée de manière additive (aussi connue comme l'impression 3D), ou par moulage du matériau élastomère à partir d'un moule obtenu à partir de ces données.
Un huitième aspect de l'invention concerne un procédé de fabrication d'un moule, comprenant :
une étape de mise à disposition de données de tomodensitométrie du système oropharyngé d'un patient
- une étape de fabrication additive d'un moule destiné à la fabrication d'un conduit anatomique selon l'invention, à partir de ces données.
Ces septième et huitième aspects de l'invention peuvent également comprendre une étape d'obtention de données de tomodensitométrie du système oropharyngé d'un patient.
L'invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention.
- Les figures 1 et 2 montrent un conduit selon un mode de réalisation d'un premier aspect de l'invention.
- La figure 3 montre un point d'ancrage selon un mode de réalisation d'un premier aspect de l'invention.
- La figure 4 montre un conduit selon un mode de réalisation d'un premier aspect de l'invention. - La figure 5 montre un conduit selon un mode de réalisation d'un premier aspect de l'invention.
- La figure 6 montre un banc électromécanique selon un deuxième aspect de l'invention.
- La figure 7 montre la direction de déformation d'un conduit selon un premier aspect de l'invention au niveau d'une zone d'ancrage.
- La figure 8 montre les différentes configurations de câbles dans un banc selon un deuxième aspect de l'invention.
- Les figures 9 et 10 montrent un moyen d'orientation d'un banc selon un deuxième aspect de l'invention.
- La figure 1 1 montre un assemblage mécanique simulant les cordes vocales et le cartilage cricoïde d'un banc selon un deuxième aspect de l'invention.
- La figure 12 montre le mécanisme d'actionnement de l'épiglotte d'un banc selon un premier aspect de l'invention.
- La figure 13 montre un moyen d'injection du bolus d'un banc selon un deuxième aspect de l'invention.
- La figure 14 montre des chronogrammes d'activation des groupes biomécaniques lors de la déglutition pharyngée.
- La figure 15 montre un ordinogramme d'un procédé de déglutition pharyngée artificielle selon un troisième aspect de l'invention.
- La figure 16 montre un ordinogramme d'un procédé de test d'une prothèse selon un quatrième aspect de l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION DE L'INVENTION
Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique.
Un premier mode de réalisation d'un premier aspect de l'invention illustré à la figure 1 concerne un conduit anatomique CA reproduisant une partie des groupes biomécaniques d'un conduit aérodigestif. Le conduit anatomique CA comporte une partie supérieure PS comprenant une première section SC1 du conduit, ladite première section SC1 se scindant en deux pour donner, dans une partie inférieure PI du conduit CA, une deuxième section SC2 représentative des voies aériennes et une troisième section SC3 représentative de la voie digestive. Le conduit CA comporte également un orifice supérieur OS porté par une extrémité de la première section SC1 , un premier orifice inférieur 011 porté par une extrémité de la deuxième section SC2 et un deuxième orifice inférieur OI2 porté par la troisième section SC3. Comme illustré aux figures 1 et 2, le conduit CA comporte également une face antérieure FA, une face postérieure FP, une face latérale gauche FG et une face latérale droite FD. Les groupes biomécaniques reproduits comprennent la partie basse de la langue (ou base de la langue) LA, le larynx LR, le pharynx PH, la partie haute de l'œsophage SO et l'épiglotte EP. Plus particulièrement, la première section SC1 du conduit CA comprend sur la face antérieure FA la partie basse de la langue LA, l'épiglotte EP ainsi qu'une partie supérieure du larynx LR et sur la face postérieure FP le pharynx PH. La deuxième section SC2 du conduit CA comprend sur la face antérieure FA, le larynx LR. La troisième section SC3 du conduit comprend sur la face postérieure FP la partie haute de l'œsophage SO. Autrement dit, le conduit selon un premier aspect de l'invention s'étend des amygdales (non représentées) jusqu'au haut de la trachée côté respiratoire et jusqu'en dessous du sphincter supérieur de l'œsophage SO côté digestif. Le conduit anatomique CA comporte en outre au moins un insert adapté à recevoir un moyen d'actionnement de l'épiglotte EP et une pluralité de points d'ancrage PA.
Dans un mode de réalisation illustré aux figures 3A, 3B et 3C, chaque point d'ancrage PA comprend une première portion P01 prolongée par une deuxième portion P02. La première portion P01 prend la forme de la lettre U de sorte qu'un câble CB peut être inséré, éventuellement en force, entre les deux branches dudit U. Dans un mode de réalisation, la première portion P01 comprend également un ergot d'arrêt ER permettant de prévenir une sortie accidentelle du câble CB, ledit ergot ER d'arrêt fermant une partie du U. Dans un mode de réalisation, la première P01 et la deuxième P02 portions forment une surface plane SP par laquelle le point d'ancrage peut être fixé au conduit CA. Dans un mode de réalisation, les points d'ancrages PA sont fixés au conduit CA par collage, le collage se faisant au niveau de la surface plane SP du point d'ancrage PA. Ainsi, il est possible de modifier leur nombre et/ou leur position, par exemple en fonction de la pathologie que l'on souhaite simuler. Dans un mode de réalisation alternatif, les points d'ancrage sont pris dans le conduit lui-même lors du moulage de ce dernier. Un câble inséré dans un ou plusieurs points d'ancrage PA pourra être actionné en traction ou en poussée selon les besoins en induisant une déformation locale du conduit CA. La géométrie des points d'ancrage permet une mise en place et un retrait des câbles rapide ce qui permet de reconfigurer la disposition des câbles sur le conduit facilement. Dans un mode de réalisation, chaque point d'ancrage est obtenu à l'aide d'une technique de fabrication additive. Comme illustré à la figure 3C, les points d'ancrage PA peuvent avoir différentes géométries. Par exemple, la longueur de la première portion P01 ou de la deuxième portion P02 peut varier. Ils peuvent également comprendre une pluralité de parties en U de sorte à proposer différents réglages pour un même point d'ancrage PA. Dans un mode de réalisation illustré aux figures 4A, 4B et 5, afin de permettre la progression du bolus dans cette première section SC1 , une pluralité de points d'ancrage PA est présente sur chacun des groupes biomécaniques. Dans un mode de réalisation, la langue comporte une pluralité de points d'ancrages PA répartie de sorte à former trois lignes (par exemple implanté au niveau des zones ML1 , ML2 et ML3 de la figue 5) et le pharynx PH comporte une pluralité de points d'ancrage PA répartie de sorte à former six lignes, lesdites lignes étant formées le long du diamètre du conduit et chaque ligne comportant au moins deux points d'ancrage PA. Les points d'ancrage PA du pharynx PH sont en outre disposés de sorte à pouvoir recréer un mécanisme de péristaltisme. De préférence, les points d'ancrage PA sont disposés en quinconce entre au moins une partie des lignes. Par exemple, sur la figure 4B, les points d'ancrage de la première ligne L1 (en partant vers du haut du conduit) sont disposés en quinconce par rapport aux points d'ancrages de la deuxième ligne L2 (toujours en partant du haut du conduit).
Dans un mode de réalisation illustré à la figure 3B, la distance entre au moins deux lignes L1 , L2 est choisie de sorte qu'un câble engagé dans la partie en U des points d'ancrage PA d'une deuxième ligne L2 vient également prendre appui sur la deuxième portion P02 des points d'ancrage PA de première ligne L1 , précédant immédiatement la deuxième ligne L2. Ainsi, un point d'ancrage PA peut être non seulement sollicité par l'actionnement du câble présent dans la partie en U mais également par l'actionnement du câble prenant appui sur la deuxième portion P02. Ainsi, le bolus est plus aisément guidé dans le conduit CA.
Dans un mode de réalisation, le conduit est étanche afin de pouvoir reproduire des conditions de pression réalistes au sein du conduit. En effet, l'évolution du champ de pression régnant à l'intérieur du conduit et en particulier au niveau du carrefour aérodigestif joue un rôle important dans le processus de déglutition et il peut être avantageux d'intégrer cet aspect dans les essais en s'assurant de l'étanchéité du conduit anatomique CA.
Dans un mode de réalisation, la forme géométrique du conduit anatomique CA est obtenue à partir de données d'imagerie anatomique issues d'un ou plusieurs scanners réalisés sur un ou plusieurs sujets. Réaliser un conduit à partir de données d'imagerie anatomique présente au moins deux avantages. Cela permet tout d'abord d'obtenir des formes et un comportement mécanique fidèles à la réalité (c'est-à-dire celles observées chez le patient). Cela permet en outre de modéliser lorsque cela est nécessaire, la « pathologie » spécifique à un patient, comme un conduit ayant subi une ablation partielle entraînant une désynchronisation. Dans un mode de réalisation, le conduit est imprimé en 3D ou moulé dans un matériau élastomère tel que du silicone, l'impression 3D ou le moule étant réalisés à l'aide desdites données d'imagerie anatomique. Il convient de noter que le moule peut également être réalisé par fabrication additive, en fonction des données obtenues à partir du patient. Ceci permet une fabrication rapide et peu onéreuse d'un conduit anatomique adapté au patient. Dans un mode de réalisation, le matériau utilisé pour la fabrication du conduit CA est un silicone de la société Nusil® référencé MED-4286 ou bien encore un silicone de la même société référencé CF1 1 -2188 plus transparent. Ces matériaux présentent l'avantage d'être couramment utilisés dans les applications médicales et leur comportement mécanique (notamment déformabilité, élasticité) permet d'obtenir des reproductions synthétiques de groupes biomécaniques proches en termes de comportements mécaniques des structures réelles. En outre, ces matériaux sont transparents et permettent donc d'observer l'intérieur du conduit anatomique CA.
Dans un mode de réalisation, l'épaisseur du matériau formant le conduit CA au niveau des différents groupes biomécaniques simulant les organes physiologiques est modulée de sorte à rendre compte du comportement mécanique desdits groupes, ledit comportement mécanique étant par exemple déterminé à l'aide de données de référence issues de la littérature sur l'anatomie et la physiologie de la déglutition. Dans un mode de réalisation, l'épaisseur du matériau constituant le pharynx PH est comprise entre 2mm et 4mm. Par exemple, l'épaisseur côté face postérieure FP est égale à 3.5mm alors que l'épaisseur au niveau des faces latérales droite FD et gauche FG est égale à 2mm. Dans un mode de réalisation, l'épaisseur du matériau constituant la langue LA est comprise entre 3 et 10 mm, par exemple égale à 5mm. Dans un mode de réalisation, l'épaisseur du matériau constituant le larynx LA est comprise entre 2mm et 5mm, par exemple égale à 3.5mm.
Dans un mode de réalisation, l'épaisseur du matériau constituant l'épiglotte EP est comprise entre 2mm et 4mm, de préférence égale à 3.5mm.
Un deuxième aspect de l'invention illustré aux figures 6 à 13 concerne un banc électromécanique BE comprenant un conduit anatomique CA selon un premier aspect de l'invention. Dans un premier mode de réalisation, le banc BE comprend un module de commande MC, un module d'actionnement MA contrôlé par le module de commande MC, ainsi qu'un conduit anatomique CA selon un premier aspect de l'invention. Afin de reproduire les mouvements de la déglutition pharyngée, le banc comprend également un ou plusieurs câbles CB reliant au moins une partie de points d'ancrage PA de la pluralité de points d'ancrage PA dudit conduit CA au module d'actionnement MA, le module d'actionnement étant configuré de sorte à pouvoir solliciter lesdits câbles CB en traction et/ou en poussée.
Dans un mode de réalisation, le module d'actionnement MA comprend au moins un actionneur, de préférence un actionneur électrique. Dans un mode de réalisation, chaque câble CB relie un actionneur du moyen d'actionnement MA à un ou plusieurs points d'ancrage PA du conduit CA. Comme illustré aux figure 8A, 8B et 8C, on entend par « relié » le fait que :
- une première extrémité du câble CB est reliée à l'actionneur A1 ;
- une partie de la longueur du câble CB est rendue attachée à au moins un point d'ancrage PA ;
- une deuxième extrémité du câble CB est reliée à l'actionneur A1 sur lequel est reliée la première extrémité du câble (figure 6A), à un point fixe P F du banc
(figure 6B) ou bien alors à un deuxième actionneur A2 (figure 6C).
Dans un mode de réalisation, en fonction de la pathologie que l'on souhaite simuler, certains points d'ancrage PA peuvent ne comporter aucun câble CB. Dans un mode de réalisation, chaque actionneur comprend un moteur électrique à courant continu et un codeur permettant de mesurer la position instantanée dudit moteur. Chaque actionneur comprend en outre un système vis/écrou mis en mouvement par ledit moteur et qui permet de transformer le mouvement de rotation du moteur en un mouvement de translation (et donc en une sollicitation en traction ou en poussée au niveau des câbles CB). Dans un mode de réalisation, chaque actionneur comprend également un capteur de fin de course qui permet de détecter lorsqu'un actionneur arrive en butée. Dans un mode de réalisation, chaque actionneur est connecté à au moins un point d'ancrage PA au moyen d'un câble CB, ledit câble CB étant inséré dans une gaine à l'exception d'une partie de câble CB au niveau de chaque extrémité. La présence de cette gaine permet de solliciter plus facilement le câble CB en poussée, le mouvement du câble étant guidé par la gaine.
Comme illustré à la figure 7, lorsqu'un câble CB relatif à un ou plusieurs points d'ancrage PA est sollicité en traction ou en poussée, les formes et surfaces de la section du conduit anatomique CA au niveau de la ligne formée par les points d'ancrage PA varient. Afin de moduler cette variation, dans un mode de réalisation, le banc BE comprend en outre au moins un moyen d'orientation MR permettant d'orienter la direction de traction et/ou de poussée relative à chaque câble CB dans les trois directions de l'espace. Dans un mode de réalisation illustré à la figure 9, chaque moyen d'orientation MR comprend un rail RA, un élément coulissant CL qui translate sur le rail RA, une colonne CO fixée verticalement sur l'élément coulissant CL, au moins un élément orientable OR traversé par la colonne CO au niveau d'un premier orifice 01 et comportant un deuxième orifice 02 à travers lequel peut passer un câble CB afin d'en orienter la direction. Alternativement, on peut passer une tige cylindrique (serrée par une vis de pression) dans l'orifice 02, cette tige comprenant un méplat percé en son extrémité, sur lequel vient se fixer une pièce permettant de faire passer les câbles. Dans ce mode de réalisation, la position de l'extrémité fixe par laquelle passent les câbles peut alors être réglée selon les trois axes en rotation et en translation.
Chaque élément orientable OR peut translater le long de la colonne et opérer une rotation selon l'axe principal de la colonne CO. Dans un mode de réalisation illustré à la figure 10, le banc BE comporte deux moyens d'orientation MR configurés de sorte à orienter les câbles CB de part et d'autre du conduit anatomique CA.
Dans un mode de réalisation illustré aux figures 1 1 A, 1 1 B et 1 1 C, le banc BE comprend un mécanisme MC de reproduction des cordes vocales et du cartilage cricoïde comprenant un châssis CHA, une première MA1 et une deuxième MA2 mâchoires montées sur le châssis CHA et configurées pour coopérer de sorte à exercer une pression sur les parois du conduit CA reproduisant ainsi la fermeture hermétique du larynx LA par les cordes vocales. Afin de fixer les mâchoires MA1 , MA2 en rotation sur le châssis CHA, ledit châssis CHA comporte un premier axe AX1 de rotation et un deuxième axe AX2 de rotation, la première mâchoire MA1 venant s'insérer sur le premier axe AX1 au moyen d'un orifice ménagé dans ladite première mâchoire MA1 et la deuxième mâchoire MA2 venant s'insérer sur le deuxième axe AX2 au moyen d'un orifice ménagé dans ladite deuxième mâchoire MA2. Afin de reproduire le cartilage cricoïde, le mécanisme MC comprend également un collier COL en prolongement du châssis CHA, ledit collier COL étant configuré pour entourer la deuxième section SC2 du conduit. Le mécanisme MC comprend en outre un contre-collier CCO configuré de sorte à ce que la troisième section du conduit se situe entre le collier et le contre-collier. Comme illustrés à la figure 1 1 D, ainsi disposés, le collier et le contre-collier permettent de venir ouvrir et fermer la troisième section SC3 du conduit reproduisant ainsi le sphincter supérieur de l'œsophage SO. Afin que le mécanisme puisse translater dans au moins une première direction et une deuxième direction, le banc comprend une partie centrale PC sur laquelle est disposée une première glissière. Cette première glissière GL1 permet à un élément intermédiaire EU de translater dans une direction parallèle à la direction face postérieure FP face antérieur FA du conduit CA lorsque ce dernier est en place sur le banc BE. Le mouvement de translation de l'élément intermédiaire EU est obtenu à l'aide d'un câble dont une première extrémité est reliée à un actionneur et une deuxième extrémité à l'élément intermédiaire EU , le dit câble pouvant être sollicité en traction ou en poussée par l'actionneur. La partie intermédiaire EU comprend une deuxième glissière GL2 sur laquelle est fixé le châssis CHA et qui permet à ce dernier de translater dans une direction parallèle à l'axe principal du conduit CA. De la même manière que pour l'élément intermédiaire EU , le mouvement de translation du châssis CHA est obtenu à l'aide d'un câble dont une première extrémité est reliée à un actionneur et une deuxième extrémité au châssis CHA, le dit câble pouvant être sollicité en traction ou en poussée par l'actionneur. C'est donc par une translation de l'élément intermédiaire (et donc du châssis) à l'aide de la première glissière que l'ouverture et la fermeture du sphincter œsophagien supérieur sont obtenues.
Dans un mode de réalisation, l'actionnement de l'épiglotte se fait à l'aide d'au moins une tige rigide, préférentiellement deux tiges rigides, une extrémité (distale) de ladite ou desdites tiges étant insérée dans les inserts prévus à cet effet dans le conduit. La tige ainsi insérée peut ensuite être montée en rotation (par rapport à son extrémité proximale) de sorte à pouvoir être actionnée. La mise en rotation de la tige permet à l'épiglotte EP d'alterner entre une première position dans laquelle ladite épiglotte EP n'obture pas la deuxième section SC2 du conduit CA et une deuxième position dans laquelle ladite épiglotte EP obture la deuxième section SC2 du conduit CA. Ainsi, il est possible de reproduire le fonctionnement de l'épiglotte lors de la phase pharyngée de la déglutition, et notamment le basculement de cette dernière vers le bas pour guider le bolus vers l'œsophage et pour jouer le rôle d'obturateur du larynx LR. Cependant, l'obturation du larynx ne s'opère pas seulement par le basculement de l'épiglotte. En effet, la bascule de l'épiglotte EP est accompagnée d'un déplacement vers le haut et vers la face antérieure FA du larynx LR (ce mouvement étant possible grâce à la présence de la première glissière GL1 et de la deuxième glissière GL2 décrites précédemment). Donc, lors de ce mouvement, le point de pivot de la ou des tiges rigides actionnant l'épiglotte se déplace au cours du mouvement de déglutition. Il est donc souhaité que le moyen d'actionnement de la ou des tiges puisse faire de même. Autrement dit, en plus de la rotation des tiges, le moyen d'actionnement doit pouvoir translater dans le plan sagittal.
Pour cela, dans un mode de réalisation illustré en figure 12, on décrit le banc BE qui comporte un moteur MT relié à un premier axe AE1 de sorte à pourvoir entraîner ce dernier en rotation. Le premier axe AE1 comprend un plateau, ledit premier plateau étant relié par une première courroie à un deuxième plateau, ledit deuxième plateau étant fixé à un deuxième axe. Ainsi, lorsque le premier axe AE1 est mis en rotation, il entraine le deuxième axe AE2, la démultiplication entre les deux rotations pouvant être modulée par l'intermédiaire du diamètre du premier plateau et/ou du deuxième plateau. Dans un mode de réalisation, le premier axe AEl comprend un deuxième premier plateau PLTT, ledit deuxième premier plateau étant relié par une deuxième courroie C02 à un troisième plateau PLT3, ledit troisième plateau étant fixé à un troisième axe AE3. Ainsi, lorsque le premier axe AE1 est mis en rotation, il entraine le troisième axe AE3, la démultiplication entre les deux rotations pouvant être modulée par l'intermédiaire du diamètre du deuxième premier plateau PLTT et/ou du troisième plateau PLT3. L'utilisation du système comprenant les deuxième premier plateau PLTT et le troisième plateau PLT3 est préférée afin de conserver la symétrie du système et s'assurer d'un bon basculement de l'épiglotte. Le banc comporte en outre un quatrième axe AE4 relié au second axe AE2 par un premier joint de Cardan CR1 et, lorsqu'un troisième axe AE3 est présent, au troisième axe AE3 avec un deuxième joint de Cardan CR2. La deuxième extrémité de la ou des tiges permettant d'actionner l'épiglotte EP sont fixées au quatrième axe AE4 de sorte à actionner l'épiglotte comme décrit précédemment lorsque le quatrième axe AE4 est mis en rotation par le moteur MT. Les cardans CR1 , CR2 permettent de s'assurer que l'actionnement de la ou des tiges est possible lors de la simulation du fonctionnement du larynx LR lors de l'ascension laryngée, et en particulier le déplacement de ce dernier dans un premier temps vers le haut afin de faciliter l'obturation du larynx LR par l'épiglotte EP (en permettant la bascule de cette dernière) puis vers l'avant contribuant notamment à l'ouverture du sphincter supérieur de l'œsophage SO. Autrement dit, le quatrième axe AE4 possède trois degrés de liberté (en rotation autour de son axe principal et deux directions de translation dans le plan sagittal) et assure ainsi une bonne reproduction du mouvement de l'épiglotte EP. Ainsi, lorsque le larynx est actionné par la mise en mouvement du châssis CHA, les moyens d'actionnement de l'épiglotte restent opérationnels permettant une bonne reproduction du mouvement de déglutition et permettant également de reproduire certains dysfonctionnements pathologiques.
Dans un mode de réalisation, le banc comporte en outre un moyen d'injection, par exemple une pompe, associé à au moins une électrovanne disposés au niveau de l'orifice supérieur OS du conduit anatomique CA et pilotés par le module de commande MC. Grâce à cette pompe P, il est possible d'injecter la quantité souhaitée de bolus (ou bol alimentaire) dans le conduit de manière automatique. Dans un mode de réalisation alternatif illustré à la figure 13, l'injection se fait au moyen d'un pousse-seringue PS dont le piston est actionné par un actionneur ACP, ledit actionneur étant commandé par le module de commande MC. Le banc BE comporte également un orifice d'insertion du bolus ONI qui permet, lorsqu'une première électrovanne EVP1 est ouverte, de remplir le pousse-seringue PS de bolus. Le banc comporte en outre une deuxième électrovanne EVP2 qui permet, lorsque cette dernière est ouverte, d'injecter le bolus dans le conduit CA à l'aide du pousse-seringue. Ainsi, afin de remplir le pousse-seringue PS, la première électrovanne EVP1 est ouverte et la deuxième électrovanne EVP2 est fermée. Puis pour injecter le bolus dans le conduit CA, la première électrovanne EVP1 est fermée et la deuxième électrovanne EVP2 est ouverte. Dans ce mode de réalisation, l'ouverture et la fermeture de la première électrovanne EVP1 et de la deuxième électrovanne EVP2 sont commandées par le module de commande MC. Ainsi, il est possible de paramétrer la quantité de bolus injecté (paramétrage des électrovannes) et la vitesse du bolus (paramétrage de la vitesse de l'actionneur).
Le banc BE ainsi obtenu permet donc de reproduire la phase pharyngée de la déglutition au travers de cinq sous-phases :
- la propulsion du bol alimentaire dans l'étage moyen du pharynx PH par le pilotage, par le module d'actionnement MA sur instruction du module de commande MC, des points d'ancrage PA de la langue LA ;
- la contraction radiale et axiale du pharynx PH de sorte à induire un mouvement péristaltique par le pilotage, par le module d'actionnement MA sur instruction du module de commande MC, des points d'ancrages PA du pharynx PH ;
- la bascule de l'épiglotte EP vers le bas par le pilotage, par le module d'actionnement MA sur instruction du module de commande MC, de l'actionneur correspondant au moyen d'actionnement de ladite épiglotte EP ;
- le déplacement vers le haut et vers la face antérieure FA du larynx LR par le pilotage, par le module d'actionnement MA sur instruction du module de commande MC du châssis (et donc du moyen d'actionnement du larynx) ;
- l'ouverture du sphincter supérieur de l'œsophage OS, de sorte à laisser passer le bol alimentaire par le pilotage, par le module d'actionnement MA sur instruction du module de commande MC, du châssis, ledit sphincter se refermant après le passage dudit bol.
Dans un mode de réalisation, le module de commande MC comprend un ordinateur et/ou une carte programmable. Dans un mode de réalisation, le module de commande MC comprend un ordinateur équipé d'un logiciel, par exemple LabView, ainsi que d'une ou plusieurs cartes électroniques interagissant avec le module d'actionnement MA (et donc les actionneurs) par le biais d'un port de connexion, par exemple un port USB, en fonction de consignes données par un opérateur. Dans un mode de réalisation, les consignes sont fournies aux actionneurs au moyen de chronogrammes. Le chronogramme représente pour chaque actionneur, et donc pour chaque groupe biomécanique, le déplacement à effectuer en fonction du temps. On notera qu'un groupe mécanique peut être mis en mouvement par un ou plusieurs actionneurs. Les actions mécaniques résultant des déplacements des actionneurs peuvent être de trois types : rester au repos, exercer une traction ou exercer une poussée. Ledit chronogramme est établi en fonction du nombre et de la position des points d'ancrage PA sollicités, du type de pathologie que l'on souhaite simuler ainsi que de données médicales concernant le phénomène de déglutition dans ladite pathologie. Par exemple ces données médicales peuvent être obtenues à partir d'observations d'examens de vidéos de fluoroscopie de déglutition. Comme illustré à la figure 14, les données médicales peuvent prendre la forme de chronogrammes illustrant la sollicitation des différents groupes biomécaniques dans le temps. Ainsi, les actionneurs pilotés par le module de commande MC permettent de reproduire les différents mouvements de la déglutition pharyngée de manière très rapide (de l'ordre de la centième de seconde) afin d'obtenir une reproduction fidèle de la déglutition tant en termes de mouvement qu'en termes de temps.
Dans un mode de réalisation, le banc BE comporte également un ou plusieurs capteurs positionnés dans le conduit anatomique CA et destinés à mesurer une ou plusieurs grandeurs physiques au sein dudit conduit CA. Dans un mode de réalisation, lesdits capteurs comprennent un ou plusieurs capteurs de pression positionnés au sein du conduit anatomique CA en fonction du phénomène que l'on souhaite observer. Dans un mode de réalisation, le conduit comporte deux capteurs de pression situés au niveau du pharynx PH (un premier situé au niveau de l'oropharynx et un second situé au niveau de l'hypopharynx), un capteur de pression situé au niveau du larynx LR et un capteur de pression situé au niveau du sphincter supérieur de l'œsophage. Dans un mode de réalisation alternatif, le conduit comporte deux points de mesure de pression situés au niveau du pharynx PH (un premier situé au niveau de l'oropharynx et un second situé au niveau de l'hypopharynx), un point de mesure de pression situé au niveau du larynx LR et un point de mesure de pression situé au niveau du sphincter supérieur de l'œsophage ; chaque point de mesure étant connecté à un capteur de pression au moyen d'un tuyau, par exemple un tuyau en silicone. Ainsi, l'encombrement du système de mesure de pressions au niveau du conduit CA s'en retrouve limité. Comme cela a déjà été décrit, la pression au sein du conduit joue un rôle important dans le phénomène de déglutition. En effet la fermeture des sphincters (sphincter supérieur de l'œsophage et sphincters laryngés comme les cordes vocales) combinée à la mise en mouvement de certains groupes biomécaniques (langue, pharynx) et au mouvement du bolus modifie le volume de la cavité pharyngée, et donc la pression. De plus la littérature montre qu'il existe une augmentation de la pression sous-glottique qui apparaît pendant la fermeture des cordes vocales lors d'une déglutition. En outre la respiration joue un également un rôle important dans la déglutition. Afin de prendre en compte cet aspect de la déglutition, dans un mode de réalisation, le banc BE comporte également un premier générateur de pression connecté au premier orifice inférieur 011 et un deuxième générateur de pression connecté au deuxième orifice inférieur OI2. Ainsi positionné, le premier générateur de pression permet notamment de reproduire la physiologie de la respiration tandis que le deuxième générateur de pression permet notamment de reproduire en partie la physiologie de la partie supérieure de l'œsophage et notamment le phénomène de "chasse d'eau" induit par l'ouverture du SSO et le début du péristaltisme de l'œsophage. Dans un mode de réalisation, chaque générateur comprend un piston motorisé monté dans une cavité préférentiellement cylindrique et/ou en Plexiglas. Préférentiellement, chaque générateur de pression est piloté par le moyen de commande MC en fonction de la pression mesurée au sein du conduit. Autrement dit, les deux générateurs de pression permettent au moyen de contrôle MC de réguler la pression au sein du conduit CA.
Dans un mode de réalisation, le conduit CA est fabriqué dans un matériau transparent et le banc BE comporte également une ou plusieurs caméras, de préférence des caméras dites rapides (généralement une fréquence d'acquisition pouvant aller jusqu'à 1000 images par seconde), de sorte à observer le mouvement du bolus au sein du conduit CA. La ou les caméras sont de préférence situées à l'extérieur du conduit CA, mais peuvent également être situées à l'intérieur de ce dernier. Alternativement, l'ensemble des caméras est situé à l'extérieur du conduit CA et des orifices sont prévus dans le conduit CA pour permettre l'insertion d'une ou plusieurs fibres optiques. Dans un mode de réalisation, une première caméra est disposée de sorte à filmer la face latérale droite FD ou gauche FG du conduit CA et une deuxième caméra est disposée de sorte à filmer la face postérieure FP du conduit CA. De préférence, l'actionnement de ces deux caméras est synchronisé.
Un mode de réalisation d'un troisième aspect de l'invention illustré à la figure 14 concerne un procédé 100 de déglutition pharyngée artificielle d'un bol alimentaire à l'aide d'un banc BE selon un deuxième aspect de l'invention. Le procédé comprend une étape 101 d'introduction d'un bol alimentaire par l'orifice supérieur OS du conduit anatomique CA. Dans un mode de réalisation, cette étape d'introduction se fait au moyen d'un dispositif d'injection comprenant un pousse-seringue PS, par exemple un dispositif d'injection tel qu'illustré à la figure 13. Dans ce mode de réalisation, l'étape 101 d'introduction du bol alimentaire comprend :
- une première sous-étape 101 1 d'ouverture de la première électrovanne EVP1 , d'insertion du bolus par l'orifice d'insertion ONI, et d'actionnement du pousse- seringue PS par l'actionneur ACP du pousse seringue PS de sorte que ce dernier se remplisse du bolus ;
- une deuxième sous-étape 1012 de fermeture de la première électrovanne EVP1 , d'ouverture de la deuxième électrovanne EVP2 et d'actionnement du pousse- seringue PS par l'actionneur ACP du pousse-seringue PS de sorte à injecter le bolus dans le conduit CA.
Le procédé comprend également une étape 102 de commande des groupes biomécaniques du conduit anatomique CA par le module d'actionnement MA, en fonction d'instructions fournies par le module de commande MC, les instructions étant fonction de chronogrammes d'activation des groupes. Les chronogrammes représentent des séquences temporelles de consignes de déplacement des groupes biomécaniques impliqués dans la déglutition, chaque structure anatomique étant mise en mouvement par un ou plusieurs câbles CB reliée à au moins une partie des points d'ancrage PA du groupe biomécanique considéré, chaque câble CB étant actionné au moyen d'un actionneur comme cela a été détaillé auparavant. Ainsi, chaque actionneur reçoit en fonction du temps une consigne en amplitude de déplacement (ou de rotation). La mise en jeu d'une pluralité de chronogrammes permet de synchroniser les mouvements des différents groupes biomécaniques de sorte à reproduire le phénomène de déglutition. De manière générale, les chronogrammes sont établis pour chaque groupe biomécanique en fonction de données expérimentales répertoriant, pour chacun desdits groupes, l'amplitude des mouvements en fonction du temps lors de la déglutition. Ces données sont en général obtenues par l'intermédiaire de statistiques sur plusieurs patients et dépendent des pathologies dont lesdits patients sont atteints.
Il se peut cependant que les courbes ainsi obtenues comportent des variations brusques d'amplitude de nature à générer des saccades au niveau des actionneurs entraînant une mauvaise reproduction du phénomène de déglutition. Dans un mode de réalisation, afin de réduire ou supprimer ce phénomène, chaque chronogramme est lissé de sorte à obtenir des variations en amplitude progressive qui ne sont pas de nature à générer des saccades au niveau des actionneurs.
Dans un mode de réalisation, les chronogrammes d'activation des groupes biomécaniques sont des chronogrammes d'activation relatifs à des dysfonctionnements de la déglutition pour reproduire des pathologies. Dans un mode de réalisation, l'étape 102 de commande des groupes biomécaniques du conduit anatomique CA comprend :
- une première sous-étape 1021 de propulsion du bol alimentaire dans l'étage moyen du pharynx PH par le pilotage, par le module d'actionnement MA sur instruction du module de commande MC, des points d'ancrage PA de la langue LA ;
- une deuxième sous-étape 1022 de contraction radiale et axiale du pharynx PH de sorte à induire un mouvement péristaltique par le pilotage, par le module d'actionnement MA sur instruction du module de commande MC, des points d'ancrages PA du pharynx PH et de bascule de l'épiglotte EP vers le bas par le pilotage, par le module d'actionnement MA sur instruction du module de commande MC, de l'actionneur correspondant au moyen d'actionnement de ladite épiglotte EP et de déplacement vers le haut du larynx LR par le pilotage, par le module d'actionnement MA sur instruction du module de commande MC, du châssis CHA;
- une troisième sous-étape 1023 d'ouverture du sphincter supérieur de l'œsophage OS, de sorte à laisser passer le bol alimentaire par le pilotage, par le module d'actionnement MA sur instruction du module de commande MC, du châssis CHA, ledit sphincter se refermant après le passage dudit bol et de déplacement vers la face antérieure FA du larynx LR.
Comme cela a été détaillé précédemment, le déplacement du larynx LR vers le haut participe à la fermeture de la deuxième section SC2 du conduit CA (autrement dit la fermeture du larynx) en complément de la bascule de l'épiglotte EP et le déplacement du larynx LR vers la face antérieure FA contribue à l'ouverture de la partie inférieure du pharynx PH (ou étage inférieur ou hypopharynx) et du sphincter supérieur de l'œsophage OS.
Dans un mode de réalisation, une étape d'enregistrement vidéo du conduit CA et/ou une étape de mesure de la pression en différents points du conduit CA sont mises en œuvre durant l'étape 102 de commande des groupes biomécaniques du conduit anatomique CA. Un mode de réalisation d'un quatrième aspect de l'invention illustré en figure 15 concerne un procédé 200 de test d'un implant, par exemple un implant laryngé, à l'aide d'un banc BE selon un deuxième aspect de l'invention. Dans un mode de réalisation, le procédé comprend une étape 201 d'insertion d'une prothèse dans le conduit CA. Il peut s'agir d'une prothèse laryngée, d'une prothèse pharyngée ou bien encore d'une prothèse du sphincter supérieur de l'œsophage. Le procédé comprend également une étape 202 de mise en œuvre d'un procédé 100 de reproduction de la déglutition d'un bol alimentaire selon un troisième aspect de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS
Conduit anatomique (CA) reproduisant une partie des groupes biomécaniques d'un conduit aérodigestif comportant :
- une partie supérieure (PS) comprenant une première section (SC1 ), ladite première section (SC1 ) se scindant en deux pour donner, dans une partie inférieure (PI) du conduit (CA), une deuxième section (SC2) représentative des voies aériennes et une troisième section (SC3) représentative de la voie digestive ;
- un orifice supérieur (OS) porté par une extrémité de la première section (SC1 ) ;
- un premier orifice inférieur (011 ) porté par une extrémité de la deuxième section (SC2) ; et
- un deuxième orifice inférieur (OI2) porté par une extrémité de la troisième section (SC3) ;
les groupes biomécaniques reproduits comportant la partie basse de la langue (LA), le larynx (LR), le pharynx (PH), la partie haute de l'œsophage (SO) et l'épiglotte (EP), ledit conduit anatomique (CA) comportant au moins un insert adapté à recevoir un moyen d'actionnement de l'épiglotte (EP) et une pluralité de points d'ancrage (ZA).
Conduit anatomique (CA) selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il présente un moyen d'actionnement de la partie haute du larynx, et un moyen d'actionnement de l'épiglotte, le moyen d'actionnement de l'épiglotte étant indépendant des moyens d'actionnement des autres groupes biomécaniques.
Conduit anatomique (CA) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen d'actionnement de la partie haute du larynx peut être actionné selon une première direction horizontale et une deuxième direction verticale afin de simuler le déplacement du larynx dernier vers le haut lors de l'obturation du larynx par l'épiglotte, le mouvement vers l'avant contribuant notamment à l'ouverture du sphincter supérieur de l'œsophage.
Conduit anatomique (CA) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la forme géométrique dudit conduit anatomique (CA) est obtenue à partir de données d'imagerie anatomique issues d'un ou plusieurs scanners réalisés sur un ou plusieurs sujets.
Conduit anatomique (CA) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'épaisseur du conduit (CA) au niveau des différents groupes biomécanique (EP, PH, LR, LA, PM) est modulée de sorte à rendre compte du comportement mécaniques desdits groupes.
Banc électromécanique (BE) comprenant un module de commande (MC), un module d'actionnement (MA) contrôlé par le module de commande (MC), ledit banc électromécanique (BE) comprenant un conduit anatomique (CA) selon l'une des revendications 1 à 5, un ou plusieurs câbles (CB) reliant la ou au moins une partie des points d'ancrage (ZA) dudit conduit (CA) au module d'actionnement (MA), le module d'actionnement (MA) étant configuré de sorte à pouvoir solliciter lesdits câbles (CB) en traction et/ou en poussée.
Banc électromécanique (BE) selon la revendication 6 caractérisé en ce qu'il comprend au moins un moyen d'orientation (MR) permettant d'orienter la direction de traction ou de poussée du ou des câbles (CB) dans les trois directions de l'espace.
Banc électromécanique selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le moyen d'actionnement de l'épiglotte comprend au moins une tige rigide, ladite tige venant s'insérer dans l'insert adapté à recevoir un moyen d'actionnement de l'épiglotte de sorte à actionner l'épiglotte (EP), cette dernière alternant entre une première position dans laquelle ladite épiglotte (EP) n'obture pas la deuxième section (SC2) du conduit (CA) et une deuxième position dans laquelle ladite épiglotte (EP) obture la deuxième section (SC2) du conduit (CA). Banc électromécanique (BE) selon l'une des revendications 6 à 8 caractérisé en ce qu'il comporte un moyen d'injection disposé au niveau de l'orifice supérieur (OS) du conduit anatomique (CA) et piloté par le module de commande (MC).
10. Banc électromécanique (BE) selon l'une revendications 6 à 9 caractérisé en ce qu'il comporte un premier générateur de pression piloté par le module de commande (MC) et disposé au niveau du premier orifice inférieur (011 ) de sorte à fermer de manière hermétique ledit premier orifice inférieur (011 ).
1 1 . Banc électromécanique (BE) selon l'une des revendications 6 à 10 caractérisé en ce qu'il comprend un deuxième générateur de pression piloté par le module de commande (MC) et disposé au niveau du deuxième orifice inférieur (OI2) de sorte à fermer de manière hermétique ledit deuxième orifice inférieur (OI2).
12. Procédé (100) de déglutition pharyngée artificielle d'un bol alimentaire à l'aide d'un banc (BE) selon l'une des revendications 6 à 1 1 caractérisé en ce qu'il comprend :
- une étape (101 ) d'introduction d'un bol alimentaire par l'orifice supérieur (OS) du conduit anatomique (CA) ;
- une étape (102) de commande des groupes biomécaniques du conduit anatomique (CA) par le module d'actionnement (MA), en fonction d'instructions fournies par le module de commande (MC). 13. Procédé (200) de test d'un implant laryngé à l'aide d'un banc (BE) selon l'une des revendications 6 à 1 1 caractérisé en ce qu'il comprend :
- une étape (201 ) d'insertion d'une prothèse dans le conduit anatomique (CA) ;
- une étape (202) de mise en œuvre d'un procédé (100) de reproduction de la déglutition d'un bol alimentaire selon la revendication précédente.
14. Produit programme d'ordinateur comprenant des instructions qui conduisent le banc selon l'une des revendications 6 à 1 1 à exécuter les étapes du procédé (100, 200) selon l'une des deux revendications précédentes. 15. Support lisible par ordinateur, sur lequel est enregistré le programme d'ordinateur selon la revendication précédente.
16. Procédé de fabrication d'un conduit anatomique selon l'une des revendications 1 à 5, comprenant : a. une étape de mise à disposition de données de tomodensitométrie du système oropharyngé d'un patient
b. une étape de fabrication d'un conduit anatomique, dans un matériau élastomère à partir de ces données.
17. Procédé de fabrication d'un moule, comprenant :
a. une étape de mise à disposition de données de tomodensitométrie du système oropharyngé d'un patient
b. une étape de fabrication additive d'un moule destiné à la fabrication d'un conduit anatomique selon l'une des revendications 1 à 5, à partir de ces données.
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