Bio-ingéniérie de la palpation mécanique cutanée par instrumentation non invasive : compréhension du vieillissement chronologique

par Mehdi Djaghloul

Thèse de doctorat en Mécanique et ingénierie

Sous la direction de Hassan Zahouani.


  • Résumé

    Understanding the mechanical behaviour of the collagen network and elastin fibres during ageing is an important issue. It concerns the public health prevention of certain skin pathologies, and at the same time the issue engineering field for the development of equivalent cutaneous tissue. In this work, we are interesting in studying mechanical behaviour and vibro-acoustic properties of human skin at the different stages of ageing. Surface waves propagation in biological tissue in a scale of with low frequencies were few carried out in the literature. However, monitoring the waves propagation induced by friction in the skin tissue provides a non-invasive means for the study of mechanical and tribological behaviour of human skin in-vivo. In this way, "WaveSkin" is a tribometer dasigned and developed as a source of excitation by friction. It was used to measure and quantify the propagation of the surface wave by a laser velocimetry. The obtained sesults on chronological ageing and gender effects, allow the identification of the difference in mechanical behaviour of men-women skins by using their vibrational signature induced by a friction excitation. The first results permits us to follow this study and focus on understanding the genesis of a surface and volume waves. Using short time air blast impact as solicitation, the goal is to understand how from a local deformation without contact, the induced disturbance and wave propagation give us an explicit information about skin conditions, the effect ageing and the effect of gender. The air blast impact device was initially developed for the measurement of the eye tension in ophtalmology. Inspired by this approach, a new device dedicated to the solicitation of cutaneous tissue using a local impact and measuring the generated wave by controlled local deformation. After sizing the device, it has been coupled and synchronized with a velocimetry laser for measuring the velocity of surface wave propagation. This device was successfully inserted for a new experimental protocol on the effect of chronological ageing and gender. The results are unprecedented in the literature, the vibration signature of skin tissue and the local response in the impact area, confirmed the nature of behaviour Men-Women during chronological ageing related to the first part of the study. Thanks to the ease of the experimental set, it was possible to measure the propagation speed of the surface wave in different directions, and thus identify and quantify the anisotropy of the natural skin tension, which is the image of the natural tension of collagen network and elastin fibres. This original and promising device can ptentially be used in dermatology clinic for the diagnosis of certaindisease states caused by a malfunction of the collagen network and elastin fibres.

  • Titre traduit

    Bioengineering of cutaneous mechanical palpation by noninvasive instrumentation : understanding of chronological ageing


  • Résumé

    La compréhension de comportement mécanique du réseau de fibres de collagène et d'élastine durant le vieillissement est un sujet important qui concerne à la fois la santé publique en termes de prévention de certaines pathologies cutanées et en même temps pour l'aide au développement des tissus équivalents par l'ingéniérie tissulaire. Dans ce travail, on s'est intéressé à étudier les propriétés mécaniques et vibro-acoustiques de la peau humaine à différends stades du vieillissement. La propagation des ondes de surface dans les tissus biologiques dans une échelle de basses fréquences n'a reçu qu'une attention limitée dans la littérature. Cependant, le suivi de la propagation des ondes de frottement dans le tissu cutané fournit un moyen non invasif pour l'étude du comportement mécanique et tribologique de la peau humaine in vivo. Le tribomètre "WaveSkin" qui a été conçu et développé comme source d'excitation par frottement, a permis de mesurer et de quantifier la propagation de l'onde de surface par un vélocimètre laser. Les résultats obtenus sur les effets du vieillissement chronologique et du genre, permettent pour la première fois d'identifier la différence de comportement mécanique des peaux humaines hommes-femmes par la signature vibratoire du tissu cutané, suite à une excitation par frottement. Motivés par les résultats innovants de la première partie, dans la suite de l'étude on s'est focalisé sur la compréhension de la genèse d'une onde de surface et de volume suite à un impact par jet d'air. Le but est de comprendre comment à partir d'une déformation locale sans contact, la propagation de l'onde nous renvoie une information sur l'état de vieillissement de la peau et l'effet du genre. Le dispositif de compression par jet d'air a été initialement développé pour la mesure de la tension de l'oeil en ophtalmologie. En s'inspirant de cette approche, un nouveau dispositif dédié à la sollicitation du tissu cutané par impact et mesure de la propagation de l'onde générée par déformation contrôlée. Après dimensionnement de ce dispositif, il a été couplé et synchronisé avec un vélocimètre laser pour la mesure de la vitesse de propagation de l'onde de surface. L'insertion de ce dispositif dans un nouveau protocole expérimental sur l'effet du vieillissement chronologique et du genre a été menée avec succès. Les résultats obtenus sont inédits dans la littérature, la signature vibratoire du tissu cutané ainsi que la réponse locale dans la zone d'impact, ont confirmé le type de comportement hommes-femmes lors du vieillissement chronologique par rapport à la première partie de l'étude. Grâce à la convivialité du montage expérimental, il a été possible de mesurer la vitesse de propagation de l'onde de surface dans différentes directions, et ainsi identifier et quantifier l'anisotropie de la tension naturelle cutanée, qui est à l'image de la tension naturelle du réseau de fibres de collagène et d'élastine. Ce dispositif original et prometteur peut éventuellement être utilisé en clinique dermatologique pour le diagnostic de certains états pathologiques causés par un mauvais fonctionnement du réseau de fibres de collagène et d'élastine.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (X-174 p.)
  • Annexes : Bibliogr., index

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  • Bibliothèque : Ecole nationale d'ingénieurs. Bibliothèque.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 620.19 (043.2) DJA
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