Considérant le vieillissement de la population, la prévention des escarres est devenue l’une des occupations majeures des hôpitaux et des centres de long séjour. Le but de notre travail est de concevoir et réaliser un support confortable, capable de prévenir la formation des escarres d’une manière autonome et efficace. La formation d’une escarre est le résultat de plusieurs paramètres physiologiques et physiques, mais la pression d’interface présente le facteur majeur dans ce mécanisme de formation. Nous nous intéressons alors dans cette étude à minimiser l’impact de ce paramètre. Afin d’assurer une régulation automatique de la répartition des pressions d’interface sur les différentes parties du corps, il est primordiale de pouvoir mesurer la valeur de la pression d’interface sur chaque zone. L’analyse de ces valeurs de pression par notre système de contrôle permet de détecter les zones à risque et les supprimer. Pour agir sur les parties du corps présentant un risque d’escarre, le système est équipé d’un ensemble d’actionneurs capables de modifier la morphologie du support. La commande de ces actionneurs est assurée par un algorithme de commande conçu spécialement pour notre application. Cet algorithme utilise les informations sur la répartition réelle des pressions et calcule les valeurs consigne des actionneurs qui permettront d’optimiser la répartition des pressions d’une manière à assurer un risque de formation d’escarre minimal. / Having regarded the aging population, the ulcer prevention has become a major concern of hospitals and other long-stay facilities. The goal of our study is to design and made a comfortable bed which will prevent the ulcer formation in an effective and autonomous way. The ulcer formation is the result of several physiological and physical parameters, but the interface pressure is the major factor in this formation mechanism. Then this study will be focused on this parameter to minimize his impact. To ensure an automatic control of the interface pressure distribution on the different body parts, the system must be able to measure the interface pressure value on all of the body parts. The analysis of these pressure values by our control system, allows the detection of risk areas and their removing. To act on the body zones with a risk of ulcers, the system is equipped with a set of actuators able to change the morphology of the device. The control of these actuators is provided by an algorithm designed specifically for our application. This algorithm uses information of the actual pressure distribution, and computes the set values of actuators which optimize the pressure distribution in a way to insure the lowest risk level, of ulcer formation.

Ce travail concerne les bas médicaux de compression (BMC). Ce sont des dispositifs médicaux de classe 1 de la Directive Européenne 93-42. Sous forme d’articles chaussants élastiques (chaussette, bas et collant), ils ont pour fonction d’exercer une pression d’interface sur les membres en vue d’apporter un effet thérapeutique dans le cadre des protocoles de soin des maladies veineuses et des troubles lymphatiques. L’objectif de cette thèse est de constituer un ensemble de méthodologies pour caractériser les diverses fonctionnalités des BMC répondant d’une part aux exigences médicales et d’autre part aux attentes implicites des patient(e)s sur l’ensemble de ses caractéristiques essentielles. Le document est structuré en 4 chapitres. Le premier chapitre positionne le rôle des BMC dans le traitement de la maladie veineuse et des troubles lymphatiques. Après une introduction aux structures textiles, le deuxième chapitre est consacré aux techniques d’Identification de la loi de comportement des matériaux (fils et tricots) des BMC. De la connaissance de ces propriétés mécaniques, on en établit les méthodes de calcul permettant de déterminer la pression (paramètre explicite du produit) qu’exerce le BMC sur la jambe. On présente la pression statique et la pression dynamique des BMC. Le troisième chapitre quantifie l’interface sensorielle patient/produit dans le domaine du toucher, du confort thermique et des aspects visuels ; ces paramètres constituent les critères implicites du produit. Enfin, dans une démarche de prise en compte des patient(e)s au coeur du processus thérapeutique, on fait appel aux concepts de la Logique Floue pour appréhender la perception du BMC par les patient(e)s. Cette approche globale de caractérisation des impératifs explicites et des attentes implicites contribue pour une meilleure observance, et par conséquent une efficacité thérapeutique optimisée. / This work is related to the medical compression stocking (MCS). These products belong to the medical devices class 1 (EU Directive 93-42). As leg wear (below knee stocking, thigh and panty), their purpose is to exert interface pressure on limbs aiming to provide a therapeutic effect within the treatment programs for venous diseases and lymphatic disorders. The objective of this thesis is to build a set of methods to characterize the various functionalities of MCS corresponding, on the one hand, to the formal medical requirements and, on the other hand, to the patient’s personal expectations. The document is divided into 4 chapters. The first chapter highlights the role of MCS in treatment protocols for venous diseases and lymphatic disorders. A short introduction to textile materials begins the second chapter which is dedicated to the techniques of constitutive law Identification. From the constitutive law (of MCS materials as yarns and knitted fabric), it is then possible to build calculation procedures which allow us to determine the pressure (medical requirements) exerted by MCS on the legs. The notion of static and dynamic pressure is presented. The goal of the third chapter is to quantify the patient/product sensory interface in the field of touch, thermal comfort and visual aspects. These parameters are related to the patient’s expectations. Last but not least, when considering the patient as a major component of the treatment program, some concepts of Fuzzy Logic are involved to study the MCS perception of the patients. This global approach, aiming to characterize formal medical requirements and patient’s personal needs, contributes to improve the treatment compliance, and subsequently to optimize the treatment

La prise en charge de l’insuffisance veineuse chronique (IVC) et du lymphœdème repose, traditionnellement, sur des méthodes de compression fondées sur des concepts généralement admis mais insuffisamment éprouvés. Le Projet « Phlébosthène », initié en 2010, comporte le développement et l’application d’outils d’étude biomécanique quantitative de l’œdème et des troubles fonctionnels veineux. Les études n°1 et 2 reposaient sur la volumétrie par mesures étagées de circonférence du membre supérieur chez des patientes présentant un lymphœdème. Elles ont montré la valeur prédictive des variations de volume obtenues par la phase intensive du traitement décongestif quant à l’évolution du lymphœdème à moyen terme et au risque de phénomène de rebond. L’étude n°3 a validé la volumétrie de membre par caméra laser 3D chez des sujets sains et des patients souffrant d’insuffisance veineuse chronique du membre inférieur, en comparaison à la volumétrie par déplacement d’eau, méthode de référence, avec l’avantage majeur de quantifier le volume du pied et de la main. L’étude n°4 comportait, au membre inférieur, la mesure des pressions d’interface, intraveineuse, et intramusculaire sans et avec orthèse de compression dégressive de force 2 et 3, et avec orthèse de compression progressive, au repos, lors d’une manœuvre de flexion-extension du pied en position allongée, et lors d’une manœuvre de haussement sur la pointe des pieds en position debout. L’échographie avec mesure de la force d’appui sur la sonde et analyse automatique d’image calculant l’aire veineuse permettait de déterminer la courbe force / aire d’une veine superficielle et d’une veine profonde du mollet en position allongée et debout. Nous avons inclus 57 patients souffrant d’IVC (21 au stade C1s, 18 au stade C3, et 18 au stade C5 selon la classification CEAP), et 54 sujets sains témoins (18 sédentaires, 18 actifs, 18 sportifs) appariés. Les mesures de pression intraveineuse et intramusculaire ont été réalisées chez un tiers des patients et sujets sains. Le traitement des données échographiques (1776 séquences) étant en cours, nous ne pouvons présenter que des résultats préliminaires et partiels. Les pressions d’interface évoluaient conformément aux attentes, atteignant des valeurs plus élevées sous compression de force 2 que sans compression, sous compression de force 3 que de force 2, et sous compression progressive que sous compression de force 2 ou 3. La compression progressive ne se distinguait nettement des compressions dégressives qu’au niveau du mollet et non de la cheville. Les pressions d’interface étaient généralement plus élevées, sous compression, chez les témoins et les patients au stade C5, et, à un moindre degré, au stade C3, que chez les patients au stade C1s. La pression intraveineuse variait en fonction de la posture et du mouvement et était corrélée à la taille du sujet et sa longueur de jambe en orthostatisme ainsi qu’avec le stade clinique d’IVC. La pression intramusculaire évoluait parallèlement à la compression. Les boucles force / aire veineuse montraient une hystérésis caractéristique, décrivant donc la viscoélasticité des veines examinées. L’analyse complète des résultats permettra de comparer les différentes orthèses de compression et leur effet sur la biomécanique veineuse des sujets sains et pathologiques, avec des données quantitatives sur les caractéristiques viscoélastiques des veines. Nous pourrons évaluer l’effet de l’activité physique en comparant les sujets sédentaires, actifs, et sportifs. L’objectif est, à terme, de produire un modèle mathématique permettant, à partir d’un ensemble limité de données obtenues de façon non-vulnérante, de prédire l’effet des différentes modalités de compression sur la biomécanique veineuse de façon à pouvoir déterminer, grâce à la description géométrique tridimensionnelle du membre, les paramètres individuels optimaux de compression. / The conventional treatment of chronic venous insufficiency (CVI) and lymphedema is based upon mechanical compression, relying on generally admitted but insufficiently proven concepts. The " Phlebosthene " project, initiated in 2010, involves the development and implementation of innovative tools for the quantitative biomechanical evaluation of edema and venous disorders. Studies #1 and #2 were based on the calculation of the upper limb volume by serial circumference measurements in patients with lymphedema. They demonstrated the predictive value of volume variations during the intensive phase of decongestive therapy as for the medium-term outcome and the risk of rebound phenomenon. Study #3 validated segmental limb volumetry by 3D laser scanning in healthy subjects and in patients with lower limb CVI, in comparison with water displacement (reference method), with the major advantage of quantifying the volume of the foot and toes. Study #4 included the measurement, at the lower limb, of interface, intravenous, and intramuscular pressure without and with compression stockings, comparing force 2 and force 3 graduated stockings with so-called progressive compression. Measurements were performed at rest, during flexion-extension movements of the foot while the subject was lying supine, and during a tip-toe test in the standing position. Synchronously recorded B-mode sonography with automatic image analysis allowed calculating the venous area and provided force / area curves of superficial and deep calf veins in the supine and in the standing position. We included 57 patients with CVI (21 at the C1s, 18 at the C3 and 18 at the C5 stage of CVI according to the CEAP classification), and 54 matched healthy controls (18 sedentary, 18 active, 18 sportive). Intravenous and intramuscular pressure measurements were performed in one third of patients. As the processing of the 1776 B-mode sonographic sequences is still underway, we can only offer here partial and preliminary results. Interface pressures evolved as expected, reaching higher values under graduated force 2 compression stockings than without compression, under graduated force 3 than force 2 compression, and under progressive than under graduated compression. Progressive compression clearly distinguished itself from graduated compression only at the calf but not at the ankle level. Interface pressures were generally higher, under compression, in controls and in patients with IVC at the C5 stage, and, to a lesser degree, at the C3 stage, than in patients at the C1s stage. Intravenous pressure varied with posture and movement and correlated with the subject’s size and leg length in orthostatic position, and with the CVI stage. The force / area curves of superficial and deep calf veins exhibited a characteristic hysteresis, yielding viscoelasticity information. When the database will be complete and consolidated, we will be able to compare different compression stockings and their effect on the venous biomechanics of healthy and pathological subjects, providing quantitative data on the viscoelastic characteristics of superficial and deep veins. We will also be able to assess the effect of physical activity on venous biomechanics by comparing sedentary, active, and sportive subjects. The confrontation of interface, intravenous, and intramuscular pressures with these biomechanical data will provide a mathematical model using a limited set of data obtained by simple and non-invasive measurements to predict the effect of compression stockings on the biomechanics of superficial and deep veins, in order to determine, with the help of 3D laser scanning, the optimal individual compression settings.