In vivo measurement of tendon force by ultrasound : experimental and theoretical approach to acoustic propagation in tendon

• Auteur / Autrice : Claudio Vergari
• Direction : Nathalie Crevier-Denoix, David Mitton
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Recherche clinique, innovation, technologie, santé publique
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Caen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tendinite

Ultrasons

Lésions et blessures

Tissu mou

Biomécanique

Résumé

Cette thèse a eu pour objectif principal d’étudier les variables qui gouvernent la vitesse ultrasonore (VU) dans le tendon et sa variation au cours de la traction, et pour objectif secondaire d’évaluer l’intérêt des mesures de VU pour le suivi de tendons lésés. La théorie de la propagation ultrasonore prévoit que sous certaines hypothèses la VU dépend du module élastique (E) du milieu, de sa densité et de son coefficient de Poisson. Ce dernier a été mesuré pour le tendon fléchisseur superficiel du doigt équin avec un dispositif conçu dans ce but ; il s’est révélé proche de la limite d’incompressibilité et constant au cours de la traction. Cela suggère que ce coefficient et la densité du tendon n’affectent pas la variation de VU au cours de la traction. Des mesures in vitro ont ensuite montré une relation linéaire entre VU et E, ce dernier étant en partie responsable de la variabilité interindividuelle de VU. La VU dans le tendon et sa variation au cours de la traction sont donc principalement influencées par E. L’intérêt des mesures de VU pour le suivi de lésions tendineuses a ensuite été évalué. Des mesures in vivo ont montré que la VU est affectée par la progression de la lésion dans le temps. Une corrélation a été observée entre le E du tendon lésé et la VU mesurée 3,5 mois après l’apparition de la lésion, normalisée sur la VU dans le tendon sain. La VU normalisée était aussi corrélée à l’évaluation échographique effectuée au même stade par des cliniciens. Ces résultats clarifient certains aspects de la propagation ultrasonore dans le tendon et la façon dont elle est affectée par la force ; ils confirment aussi l’intérêt des mesures de VU pour le suivi de tendons lésés.

The objective of the thesis was to assess the determinants of axial speed of sound (SOS) in tendon and of its variation with loading; as secondary objective, the interest of SOS measurements in the follow-up of tendon lesions was investigated. The theory of ultrasound propagation predicts that under certain hypotheses the SOS depends on the medium’s elastic modulus (E), density and Poisson’s ratio. The latter was measured in equine superficial digital flexor tendons with a custom linear laser scanner; Poisson’s ratio was found near the limit of incompressibility and not varying with tension, suggesting that Poisson’s ratio and density do not significantly affect the SOS variation observed with load. In vitro measurements of SOS and E were then performed, finding that the latter varies linearly with SOS and it accounts for part of the inter-individual SOS variability. These results show that E is the main determinant of SOS in tendon and of its variation with load. The interest of SOS measurements in the follow-up of tendon lesions was then evaluated. In vivo SOS proved to be affected by the lesion’s progression in time. A correlation was observed between normalized SOS values (the ratio of SOS measured in vivo 15 weeks after the lesion insurgence on its value in normal tendon) and the elastic modulus of the injured tendons measured in vitro; normalized SOS was also correlated to the ultrasonographic lesion’s assessment made by clinicians at the same stage. The present work’s results give an insight on the ultrasound propagation in tendon, and on how it is affected by tendon loading; they also confirm the interest of SOS measurements in the follow-up of injured tendons.