Systèmes Intégrés Et Miniaturisés De Mesure Du Flux Et De La Pression Sanguins

Introduction

La pression artérielle correspond à la pression du sang dans les artères. On parle aussi de tension artérielle, car cette pression est aussi la force exercée par le sang sur la paroi des artères, elle tend la paroi de l’artère. La « tension » dans la paroi de l’artère résulte directement de la « pression ». C'est en 1628 que W. Harvey découvrit la circulation du sang. Il démontra, en évaluant la quantité de sang éjecté par le cœur à chaque contraction, qu'en une heure le cœur déplace une masse de sang égale à trois fois le poids du corps. C'est pourtant seulement en 1730 que la pression sanguine fut mesurée pour la première fois par S. Hales avec un manomètre relié par une canule à l'artère crurale d'un cheval. Cent ans plus tard, en 1828, J.L.M. Poiseuille fit les mêmes mesures avec un manomètre à mercure dont les unités (mm ou cm de mercure) sont encore utilisées en pratique médicale.

La pression artérielle est le résultat d’interactions complexes entre différents systèmes. Pour simplifier, on peut voir la pression par rapport au débit de sang et la résistance à son passage dans les vaisseaux due à sa viscosité. Le débit cardiaque dépend directement de la fréquence et de la force de contraction du cœur ainsi que d’autres facteurs. C’est pourquoi il est important de pouvoir mesurer la pression sanguine et ainsi déterminer s’il y a une anomalie chez le patient.

Nous pouvons nous poser la question de savoir quelles sont les caractéristiques des différents dispositifs employés actuellement et savoir si une miniaturisation des dispositifs pourrait avoir un impact significatif dans ce secteur.

Nous nous sommes alors intéressés aux dispositifs déjà existants sur le marché dans un premier temps. Nous avons vu qu’il en existait deux sortes. Ceux sans contact direct et ceux avec contact et implantables. Et dans un dernier temps nous nous somme intéressés à un exemple de traitement de l’hypertension portale (dans la veine porte) à l’aide des systèmes de mesure de pression artérielle implantables.

I. Les dispositifs préexistants

1. Mesure de la pression artérielle : le tensiomètre

Un tensiomètre, ou sphygmomanomètre est un appareil de mesure médical utilisé pour mesurer la pression artérielle, inventé par le médecin italien Scipione Riva Rocci, en 1896.

En 1905, Nikolaï Korotkov est le premier à permettre une mesure assez précise pour que l’on puisse diagnostiquer l’hypertension. Il reprend le sphygmomanomètre de Riva Rocci, auquel il ajoute l’utilisation d’un stéthoscope sur l’artère brachiale qui permet d’entendre des bruits beaucoup plus précis. Le premier bruit entendu correspond à la mesure de la pression systolique, le plus gros des deux chiffres de la mesure de la pression artérielle. Plusieurs bruits sont entendus jusqu’à la disparition. Le dernier bruit entendu correspond à la pression diastolique qui est le bruit de la pression au moment où le cœur est au repos, le plus petit chiffre. Grâce à Korotkoff, on réussit à avoir une mesure précise et les bruits que l’on entend lorsqu’on mesure la pression artérielle portent dorénavant le nom de « bruits de Korotkoff ».

Le sphygmomanomètre manuel est composé d'un brassard gonflable, d'un manomètre, d'un tube qui les relie, et d'une poire servant à augmenter la pression dans le manchon, également reliée à ce dernier par un tube. La poire est équipée d'une soupape permettant de contrôler la pression et de la faire diminuer progressivement pour effectuer la mesure. Le tensiomètre manuel est utilisé conjointement avec un stéthoscope, qui permet à l'examinateur de déceler la reprise des battements cardiaques dans l'artère du bras (pression systolique). En lisant à cet instant la valeur indiquée par le manomètre, on obtient la mesure de la pression artérielle maximale. Lorsque la pression du brassard devient inférieure à la pression diastolique, les battements deviennent inaudibles dans le stéthoscope, et la valeur fournie par le manomètre correspond à la pression artérielle minimale.

On utilise maintenant souvent des appareils automatiques, dont le brassard se gonfle automatiquement, et qui ne nécessitent plus de stéthoscope, grâce à l'utilisation de capteurs intégrés.

A l’heure actuelle, de nouvelles technologies se développent autour des tensiomètres. En effet une société américaine vient de sortir un brassard tensiomètre qu’il suffit de relier à un terminal Apple comme un Iphone ou un Ipad,

ce qui permettra d’avoir en permanence ses résultats avec soi.

2. Mesure du flux sanguin : le Doppler laser

Le laser Doppler permet d’étudier le flux sanguin de façon non invasive et de manière continue. Cette technique est basée sur un changement de fréquence subi par la lumière lors du mouvement des globules rouges dans les vaisseaux. En effet, la lumière émise par le laser est un faisceau cohérent monochromatique d’une longueur d’onde connue. Lorsque le faisceau incident rencontre une structure immobile, sa direction est modifiée, mais pas sa longueur d’onde .En revanche, lorsqu’il rencontre une hématie mobile, il est réfléchi avec une modification de longueur d’onde proportionnelle à la vitesse de l’hématie heurtée.

Le faisceau réfléchi est alors collecté au niveau de la fibre réceptrice. Le changement de fréquence est proportionnel à la vitesse des globules rouges. Plus précisément, la majorité du faisceau émergeant du tissu n'aura subi aucun changement de fréquence puisqu'il aura été réfléchi par les composantes structurelles immobiles. En effet, 1 à 5 % de la lumière détectée aura été réfléchie par les globules rouges en mouvement. Au niveau des photodétecteurs, la portion du signal inchangée en fréquence agira alors comme signal de référence.

Cette technique présente néanmoins un certain nombre d’inconvénients. En effet, lors de son utilisation, le praticien doit faire attention à certains facteurs. Le choix du signal de référence est déterminé par mesure de la perfusion tissulaire lors d’une occlusion artérielle, du fait de la persistance d’une circulation tissulaire. Il convient aussi de bien fixer la sonde en employant un porteur de sonde et ainsi éviter du bruit sur les mesures effectuées. La calibration est aussi un autre facteur important. En effet, la calibration doit se faire in vivo mais reste toutefois influencée par des variables incontrôlables, comme l’hétérogénéité

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