La colonne vertébrale ou la colonne vertébrale (ou la colonne vertébrale) peut être divisée en quatre courbes principales. Les formes de ces courbes permettent à notre corps de répartir correctement le poids dans différentes positions et conditions, comme lorsqu'il est assis ou penché. Cependant, certaines malformations de la colonne vertébrale peuvent faire dévier ces courbes de manière importante, ce qui peut entraîner des douleurs chroniques ou des handicaps graves.

En conséquence, les médecins doivent mesurer correctement la courbure de ces courbes de la colonne vertébrale pour diagnostiquer des conditions potentiellement dangereuses à un stade précoce. La méthode traditionnelle consiste à prendre des images radiographiques de la colonne vertébrale du patient et à calculer la courbure de chaque section, soit manuellement, soit à l'aide d'un logiciel d'analyse d'images. Malheureusement, cette approche présente certains inconvénients :elle prend du temps et est sujette aux erreurs humaines et machine. De plus, les rayons X sont nocifs pour notre corps, il est donc préférable de limiter au minimum les examens radiographiques.

Prenant note de ce problème, les chercheurs se sont penchés sur différents types de systèmes et de capteurs pour mesurer la courbure de la colonne vertébrale. Ces techniques alternatives sont variées, impliquant des systèmes de capture de mouvement comme Vicon et Kinect, des capteurs inertiels ou des capteurs optiques. Cependant, ils partagent une limite commune :ils ne peuvent pas fournir des mesures quantitatives précises essentielles pour que les médecins diagnostiquent les problèmes de courbure de la colonne vertébrale.

Pour résoudre ce problème, des chercheurs de l'Université de Tabriz en Iran ont développé un nouveau type de capteur à base de fibres optiques. Comme expliqué dans leur article publié dans Optical Engineering , les capteurs à fibre optique offrent de nombreux avantages, notamment un faible coût, une sensibilité élevée et une petite taille. Ces capteurs ont déjà été utilisés pour surveiller la courbure de structures et de bras robotiques. Mais mesurer à la fois l'ampleur et la direction de la courbure de la colonne vertébrale présente un défi supplémentaire, que l'équipe a surmonté grâce à une conception innovante.

Dans le capteur à fibre optique proposé, il y a trois cœurs de fibre à travers lesquels la lumière d'entrée se déplace. Le principe de fonctionnement du capteur repose sur le concept de ce qu'on appelle la "modulation de longueur d'onde". En termes simples, lorsqu'une fibre optique est pliée, la structure du matériau du cœur de la fibre change, modifiant sa densité. À son tour, cela modifie l'indice de réfraction du noyau et la longueur d'onde de la lumière de sortie change en fonction du degré de courbure de la fibre. En construisant des tables d'étalonnage, l'amplitude de la courbure de la colonne vertébrale peut être estimée en fonction de la différence entre les longueurs d'onde de la lumière d'entrée et de sortie dans un seul noyau.

Mais comment ce capteur mesure-t-il la direction de la courbure ainsi que la magnitude ? La réponse réside dans la position relative des trois cœurs de fibre, qui créent une géométrie asymétrique. En d'autres termes, chacune des âmes des fibres est pliée un peu différemment lorsque le capteur est placé contre la colonne vertébrale du patient. En comparant les longueurs d'onde de la lumière de sortie des deux cœurs de fibre les plus à l'extérieur, il est possible de calculer la composante directionnelle de la courbure.

"En général, l'un des défis de la conception d'un capteur est la relation de sortie du capteur avec la valeur qu'il détecte. Une situation indésirable serait la relation non linéaire entre l'élément mesuré et la sortie. La meilleure condition possible est la relation linéaire forme », a déclaré Somayeh Makouei, l'un des auteurs de l'article. "Un avantage significatif de la fibre proposée est qu'elle affiche des résultats linéaires en sortie. De plus, la longueur de la courbe mesurée est l'une des contraintes des capteurs de mesure de courbure, en particulier dans les optiques. La fibre proposée n'a pas toute limitation sur la longueur de la courbe à mesurer."

Comparé à un autre capteur à fibre optique à trois cœurs rapporté dans une étude précédente, le nouveau capteur offrait une sensibilité nettement plus élevée d'environ 1,22 picomètres par mètre dans toutes les directions de rotation. De plus, le nouveau capteur était intrinsèquement plus résistant aux fluctuations de puissance dans la source lumineuse, un problème qui gêne considérablement les capteurs basés sur la modulation d'intensité.

Globalement, le nouveau capteur à fibre optique pourrait ouvrir la voie à une nouvelle méthode de mesure de la courbure des différentes sections de la colonne vertébrale. Nous pouvons espérer que d'autres recherches et améliorations de conception aboutiront à un outil pratique et fiable à utiliser par les médecins. + Explorer plus loin

Fibre optique à base de polymères pour la visualisation des contraintes du matériau