Campagne expérimentale de chargements mécaniques sous IRM

Campagne expérimentale de chargements mécaniques sous IRM

Organisation et déroulement de la campagne expérimentale 

Le protocole de la campagne expérimentale que nous présentons ici, a suivi le processus légal concernant la mise en œuvre d’essais cliniques sur sujets humains. Ce protocole a reçu l’autorisation d’essai clinique ne portant pas sur un produit de santé de l’ANSM le 6 mars 2015 et a été validé par le CPP du 25 juin 2015 (Comité de Protection des Personnes). Ces documents (CPP et Autorisation ANSM) sont disponibles en Annexe C. Ces essais ont été réalisés au Cermep (Cermep – Imagerie du vivant, Hopitaux Lyon Est), sous la supervision du médecin investigateur Dr Georges Baraton. Le protocole expérimental se décompose en 3 phases. Dans un premier temps, une visite médicale est réalisée par le médecin investigateur.

Cet entretien médical permet au médecin d’effectuer un examen clinique, ainsi qu’une vérification des critères d’inclusion et d’exclusion. Après un rappel de l’ensemble du protocole via la relecture commentée de la lettre d’information par le médecin investigateur, ce dernier récolte le consentement éclairé du sujet. Nous réalisons par la suite une série de mesures anthropométriques sur le sujet (fiche anthropométrique en Annexe D). Enfin, le sujet participe aux expériences sous IRM. Le temps total impliquant le sujet est ≈ 3h, dont ≈ 1h30 d’acquisitions sous IRM. Le principe global de cette étude expérimentale Figure 4.1 consiste à réaliser une acquisition IRM de la main entière sans chargement mécanique, puis dans un second temps une série d’acquisitions de l’index sous sollicitations.

Nous appliquons ainsi des chargements normaux générant de la compression simple au niveau du doigt, puis une sollicitation couplée avec un chargement normal et un chargement transverse générant du cisaillement. Ces chargements sont statiques, et appliqués sur l’index de la main principale des sujets (Figure 4.1). Nous testons également différentes interfaces de contact. Le sujet est allongé sur le dos, le bras droit allongé au-dessus de sa tˆete. La main du sujet est posée sur le dispositif expérimental qui est positionné au niveau de la zone d’acquisition (Figure 4.1 C). Le bras du sujet est posé sur des cales en mousse et des coussins de sable (Figure 4.1 B) permettant au sujet la décontraction de tous ses muscles, sa main et ses doigts sont maintenus fixes afin de ne pas perturber l’acquisition IRM. 

Population étudiée

 L’effectif est fixé à huit sujets sains vérifiant les critères d’inclusion. Au vu du diamètre relativement étroit de l’IRM (φ = 0.6m), et de la position nécessitant le bras tendu et le coude plié, l’anthropométrie des sujets doit etre contrôlée. Une étude numérique est réalisée préalablement avec un mannequin virtuel afin de déterminer l’anthropométrie maximale des sujets pouvant prendre la position nécessaire. Les dimensions maximales obtenues en terme de taille et de poids étaient de 1m79, pour 78kg (données correspondantes à un mannequin ”French” au 75eme percentile de Catia). Les sujets ont été sélectionnés pour une anthropométrie centrée autour du 50eme percentile, mesurant 1.75 pour 71kg. Ainsi, comme on peut le voir dans le Tableau4.3, les écarts-types sont faibles en termes de taille, de poids, et d’IMC. 

Dispositif d’expérimentation IRM 

Le système d’imagerie par résonance magnétique (IRM) est un système d’imagerie médicale non irradiant et non invasif. L’utilisation de séquences adaptées permettra d’acquérir des images du système musculo-squelettique sans chargement et sous compression statique, suivant différents angles de sollicitations. La machine utilisée est un 3 Teslas de la marque Siemens. L’IRM utilisé est un appareil destiné aux examens cliniques, il est constitué d’un conduit débouchant des deux côtés. Une fois le sujet en place, la zone d’intérêt (main entière puis zone de chargement) sera positionnée au centre de l’aimant de l’IRM. Les séquences IRM mises en œuvre au cours de cette campagne expérimentale ne sont pas issues de routine clinique, il s’agit de séquences T1 avec des réglages spécifiques déterminés pale CERMEP pour répondre à nos objectifs. 

Dispositif expérimental pour une acquisition sans chargement

 Dans un premier temps, nous réalisons une première acquisition IRM de la main droite du sujet. Le dispositif Figure 4.3 – Schéma général de principe du banc expérimental, avec l’antenne qui sera positionnée sur la main pour les acquisitions sans chargement utilisé ici permet de maintenir fixés la main ainsi que les doigts. Nous utilisons une fixation sur chacune des phalanges intermédiaires de la main du sujet (Figure 4.3), qui nous permet un maintien des doigts sans aucun chargement mécanique ne venant perturber la géométrie de la phalange distale. Les fixations au niveau des phalanges intermédiaires sont suffisamment serrées pour permettre un relâchement, mais permettent également de ne pas bloquer l’irrigation des phalanges distales. Cette approche assurera notamment au sujet un relâchement musculaire total de la main. Cette acquisition sera réalisée sur la main entière et plus spécifiquement sur les 5 phalanges distales. De ce fait ces données seront qualifiées dans la suite de ce manuscrit d’acquisition 3D. Cette acquisition est réalisée par la mise en œuvre de deux antennes. La première est intégrée dans le lit de l’IRM sous la zone o`u est positionnée la main du sujet. La seconde antenne (Visible en Figure 4.3) est positionnée au-dessus de la main, sans contact avec les phalanges distales. La séquence utilisée avec ces antennes nous fournira des données en voxels isotropes de 0.350mm. La durée d’acquisition IRM en elle-même a une durée de ≈ 8min. 

Dispositif expérimental de chargements mécaniques

 Dans un second temps, nous appliquerons différents chargements mécaniques grâce à un dispositif expérimental, dont le concept est en Figure 4.4, entièrement réalisé en matériaux compatibles IRM. La structure du dispositif est réalisée par impression 3D de plastique, l’utilisation de ce matériau compatible avec l’environnement IRM permet une réduction de la masse totale du dispositif tout en conservant une rigidité suffisante pour ne générer aucune plastification du dispositif (Figure 4.4)