Brevet FR2180881A1 — publié le 19731130

La présente invention a pour objet un appareil de mesure de la fréquence du pouls par effet Doptler ultrasonore, notamment pour la captation de la fréquence du pouls chez le foetus, et comprenant un système émetteur-récepteur ultrasonore ainsi qu'un discriminateur Doppler pour le traitement des signaux recueillis. Dans les mesures de fréquence du pouls par effet Doppler ultrasonore se pose le problème de dériver, pour chaque période de pulsations cardiaques > une impulsion de tension unique et bien définie à partir des signaux Doppler fort complexes que 1' on recueille. ., lesquels en particulier lors d'observations de longue durée, sont soumis à des fluctuations importantes en amplitude aussi bien en composition de fréquences. La fréquence de succession de ces impulsions peut alors être convertie, par exemple au moyen d'un traducteur numérique-analogique > en une tension continue propvrtionnelle à la fréquence, laquelle est directement représentative de la ftéquence du pouls à mesurer. Le problème ci-dessus évoqué est résolu, dans un appareil de mesure du genre précité, grâce au fait que, selon la présente invention, cet appareil comporte en aval du récepteur d'ultra-sons un organe sélecteur qui ne transmet au discriminateur Doppler que ceux des signaux reçus qui sont engendrés par l'un des deux mouvements élémentaires de la pulsation cardiaque (soit en direction du système ultrasonore, soit dans la direction opposée), ainsi qu'en aval du discriminateur Doppler une channe d'éléments connectés en série,laquelle comporte successivement un organe pour l'élimination des composants de signaux Noppler dont la fréquence est supérieure à la plus haute fréquence prévisible des signaux Doppler engendrés par les déplacements de la paroi du coeur, un démoaulateur d'amplitude pour le traitement des signaux Doppler ainsi limités en fréquence, un organe pour l'élimination des fréquences du signal démodulé qui sont supérieures à la plus haute fréquence de pouls prévisible, un montage différentiateur qui différentie le signal démodulé et limité en fréquence, et un émetteur d'impulsions qui délivre une impulsion de tension lorsque le signal ainsi différentié excède une valeur de seuil déterminée. L'élimination par l'organe sélecteur de l'appareil de mesure selon l'inventionde ceux des signaux reçus qui sont engendrés par l'un des deux mouvements élémentaires de la pulsation cardiaque fournit des signaux Doppler simplifiés qui facilitent grandement l'obtention de l'impulsion de tension désirée.Grâce à la limitation du spectre de fréquences Doppler aux valeurs de fréquence inférieures ou égales à la plus haute frd- quence prévisible des composants de signaux résultant du déplacement de la paroi cardiaque, sont notamment éliminés les composants de signaux Doppler de fréquences supérieures provenant des valvules cardiaques lesquels, étant déphasés dans le temps par rapport au phénomène de réflexion sur la paroi du coeur, risqueraient de provoquer un double comptage, En raison de la démodulation d'amplitude subséquente ainsi que de l'émondage correspondant des fréquences du signal démodulé, on recueille des oscillations sinusotdales de même fréquence que celle de la pulsation cardiaque.A ces oscillations se superposent fréquemment toutefois, par suite des mouvements corporels ainsi que des déplacements de position du coeur qui risquent de se produire en cours d'examen (lors de la mesure de la fréquence du pouls chez le foetus, de tels déplacements sont fréquemment occasionnés par les mouvements du foetus lui-même), des oscillations perturbatrices de basse fréquence, lesquelles peuvent éventuellement se situer dans le domaine des fréquences de pulsations cardiaques. L'amplitude de crête des oscillations sinosordales se trouve ainsi soumise à de fortes variations par rapport à la valeur nulle. Cette amplitude elle-même des oscillations sinusoidales peut également varier dans d'assez larges limites. La différentiation du signal démodulé et limité en fréquence permet de compenser pour l'essentiel ces fluctuations, puisque ces crêtes d'amplitude fortement variables sont converties en des points précis de passage par zéro et que ces diverses amplitudes sont elles-mêmes converties en des valeurs de pente différentes de la courbe lors des passages par zéro. La conversion subséquente de cette oscillation sinusotdalé en impulsions fournit les impulsions de tension désirées au rythme de la fréquence de pulsations cardiaques réelle. Dans une forme de réalisation avantageuse de l'invention, il est prévu d'employer comme organe sélecteur un filtre à caractéristique de fréquence sélective, de préférence un filtre à quartz, lequel est accordé sur les fréquences du signal reçu qui sont caractéristiques du mouvement élémentaire considéré de la pulsation cardiaque.Pour une fréquence d'émission. ultra sonore d'environ 1,5 MHz, on peut de façon optimale choisir la fréquence de résonance du filtre de manière à ce qu'elle diffère d'environ 200 Hz de cette fréquence dRémission. La caractéristique de fréquence du filtre doit alors présenter une raideur de flancs telle que les fréquences composantes des signaux reçus qui diffèrent de 200 Hz de la fréquence de résonance subissent un affaiblissement d'environ 20 dB. Dans l'hypothèse où l'appareil est utilisé pour capter la fréquence du pouls chez un foetus, la fréquence de résonance du filtre doit entre inférieure de 200 Hz à la fréquence d'émission ultrasonore. L'expérience a en effet montré qu'un tel choix de la valeur de fréquence de résonance permet d'éviter de façon optimale les influences perturbatrices dues aux pulsations du coeur de la mère. Pour l'élimination des fréquences supérieures aux plus hautes fréquences prévisibles des signaux engendrés par les déplacements de la paroi du coeur, peut être avantageusement employé un filtre passe-bas accordé sur 200 Hz et présentant une raideur de flanc d'environ 40 dB par octave de fréquence. Comme démodulateur d'amplitude peut être également avantageusement employé un intégrateur précédé d'un redresseur. Un tel intégrateur est d'une réalisation économique et il présente en outre l'avantage d'éliminer automatiquement les impulsions perturbatrices de courte durée. Pour la limitation en fréquence du signal démo dulie peut être avantageusement employé un filtre passe-bas.présen- tant une fréquence limite correspondant à la ~ haute fréquence de pouls prévisible (dans l'hypothèse d'une application à la mesure de fréquence du pouls chez le foetus, une fréquence limite de 3 Hz)-; de préférence un filtre actif passe-bas Butterworth avec une raideur de flanc d'environ 35 dB par octave de fréquence. L'émetteur d'impulsionsprévu pour l'équipement de l'appareil de mesure selon l'invention peut avantageusement comporter en série un amplificateur modulable à 100 % par le signal différentié, une bascule de Scbmitt, et un étage à bascule monostable délivrant des impulsions norialisées d'une durée d'environ 225 ms. Les caractéristiques et avantages de l'appareil de mesure selon l'invention, ainsi que son mode de fonctionnement, seront aisément compris à la lumière de la description suivante d'une forme préférentielle de réalisation, donnée à simple titre d'exemple illustratif et en se référant à l'unique figure du dessin ci-annexé. Sur le dessin est schématiquement représenté en 1 l'émetteur et en 2 le récepteur (cristaux pie1zoélectriques) d'un système émetteur-récepteur ultrasonore. En état de fonctionnement, l'émetteur 1 envoie des ondes ultrasonores en direction du coeur, par exemple du coeur du foetus. Il est alimenté à partir d'un générateur de haute fréquence 3 (oscillateur stabilité par quartz), dont la fréquence est accordée sur la valeur fg = 1,5002 MHz.Les signaux qui parviennent au récepteur 2 après réflexion de l'onde ultrasonore sur la paroi du coeur sont conduitS après amplification dans un amplificateur à haute fréquence 4, à un filtre à quartz 5 dont la fréquence de résonance f r est choisie égale à 1,5 MHz et dont la raideur de flancs est choisie de telle sorte que des fréquences différant de 200 Hz de la fréquence de résonance subissent un affaiblissement d'environ 20 dB. Le filtre à quartz 5 est suivi d'un amplificateur à haute fréquence 6 et du discriminateur Doppler 7 (démodulateur). Les signaux Doppler recueillis à la sortie du discriminateur (signaux engendrés par le mouvement élémentaire de la pulsation cardiaque dans la direction qui éloigne la paroi du coeur du système émetteur-récepteur ultrasonore) sont transmis, d'une part, par l'intermédiaire d'un premier amplificateur basse fréquente 8 à un haut parleur 9 qui les transforme en un signal acoustique, et d'autre part, par l'intermédiaire d'un second amplificateur à basse fréquence 10 avec dispositif automatique de compensation d'amplitude 11, à un filtre passe-bas 12 accordé sur la fréquence 200 Hz (et présentant une raideur de flanc de 40 db par octave de fréquence).Ce filtre passe-bas 12 limite le spectre recueilli des fréquences Doppler 13 à celles des fréquences qui sont infé rieures azaiplus égales à la plus haute fréquence prévisible (200Hz) des composants de signaux Doppler correspondant au mouvement élémentaire considéré de la paroi cardiaque, ce qui a pour effet d'éSliminer les composants de fréquences supérieures engendrés par le mouvement des valvules cardiaques. Le signal Doppler ainsi en enfréquence est représenté par la courbe 14. Ce signal Doppler 14~.est ensuite traité par un démodulateur d'amplifude constitué par un redresseur 15 (diode) et par un intégrateur 16. L'intégrateur 16 fournit l'enveloppe 17 des signaux Doppler 14. Des impulsions de courte durée qui risqueraient d' exercer une influence perturbatrice sont automatiquement éliminées par l'intégrateur. L'étage suivant 18 est constitué par un filtre passe-bas actif présentant une fréquence limite de 3 Hz. Ce filtre 18 est réalisé sous la forme d'un filtre passe-bas Buttersorth, et présente une raideur de flanc de 35 dB par octave de fréquence. A.#Ia sortie de ce filtre passe-bas, on recueille des oscillations sinuso#dales 19 présentant la même fréquence que la pulsation cardiaque étudiée (par exemple la pulsation du coeur du foetus). L'oscillation 19 est différentiédans un premier organe différentiateur 20 afin d'éliminer l'influence d'éventuelles tensions perturbatrices de basse fréquence superposées (dues à des déplacements de position du coeur ou à des mouvements corporels pendant l'examen) ; cette différentiation a pour effet de convertir d'éventuels déplacements des crêtes d'amplitude par rapport à l'axe des valeurs nulles en des points précis de passage par zéro, et également des amplitudes différentes en valeurs différentes de la pente de la courbe au voisinage des points de passage par zéro ; le signal ainsi différentié 21 est conduit, après amplification dans un amplificateur 22, et en vue d'une nouvelle limitation en fréquence, un second filtre passe-bas 23 de fréquence limite égale à 3 Hz (ici encore, un filtre Butterworth présentant une raideur de flanc de 20 dB par octave de fréquence). Après une nouvelle différentiation dans un second organe de différentiation 24 destinée à améliorer encore la compensation d'am plitude, le signal différentié 25 parvient à un amplificateur 26, lequel est suivi d'une bascule de Schmitt 27 et d'un étage à bascule monostable 28. L'amplificateur 26 est conçu de manière à être modulable à 100 % par le signal différentié. La bascule de Schmitt 27 renforce la raideur des flancs des signaux rectangulaires apparaissant à la sortie de l'amplificateur 26. Les impulsions de sortie de la bascule de Schmitt 27 attaquent par leur flanc ascendant l'étage à bascule monostable 28, qui délivre de son cOté une impulsion nortnalisée d'une durée de 225 ms et d'une amplitude de 6 V. Les impulsions 29 ainsi produites sont converties par un traducteur numérique-analogique 30 en une tension continue de valeur proportionnelle à la fréquence, laquelle fournit une mesure directement représentative de la fréquence de pulsations cardiaques étudiée. Un appareil d'enregistrement 31 connecté à la sortie du traducteur 30 permet d'enregistrer de façon continue la fréquence de pulsations cardiaques, tandis qu'un appareil indicateur 32 permet de lire à tout moment la valeur de cette même fréquence de pulsations REVEND ICAT IONS 1. Appareil de mesure de la fréquence du pouls par effet Doppler ultrasonore, notamment pour la captation de la fréquence du pouls chez le foetus, et comprenant un système émetteur-récepteur ultrasonore ainsi qu'un discriminateur Doppler pour le traitement des signaux recueillis, caractérisé par le fait qu'il comporte en aval du récepteur d'ultrasons un organe#sélec- teur (5) qui ne transmet au discriminateur Doppler (7) que ceux des signaux reçus qui sont engendrés par l'un des deux mouvements élémentaires de la pulsation cardiaque (soit en direction du système ultrasonore, soit dans la direction OppOSée) ainsi qu'en aval du discriminateur Doppler une chaste d'éléments connectés en série laquelle comporte successivement un organe (12) pour l'éli- mination des composants de signaux Doppler dont la fréquence est supérieure à la plus haute fréquence prévisible des signaux Doppler engendrés par les déplacements de la paroi du coeur, un démodulateur d'amplitude (15, 16) pour le traitement des signaux Doppler ainsi limités en fréquence, un organe (18) pour l'élimi- nation des fréquences du signal démodulé qui sont supérieures à la plus haute fréquence de pouls prévisible, un montage différentiateur (20, 24) qui différentie le signal démodulé et limité en fréquence, et un émetteur d'impulsions (26 à 28) qui délivre une impulsion de tension lorsque le signal ainsi différentié excède une valeur de seuil déterminée. 2. Appareil de mesure selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'est employé comme organe sélecteur (5) un filtre à caractéristique de fréquence sélective, de préférence un filtre à quartz, lequel est accordé sur les fréquences du signal reçu qui sont caractéristiques du mouvement élémentaire considéré de la pulsation cardiaque. 3. Appareil de mesure selon la revendication 2, caractérisé par le fait que, pour une fréquence d'émission ultrasonore (fo) d'environ 1,5 MHz, la fréquence de résonance (fr) du filtre (5) diffère d'environ 200 Hz de cette fréquence d'émission. 4. Appareil de mesure selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la caractéristique de fréquence du filtre présente une raideur de flanc telle que les fréquences composantes des signaux reçus qui diffèrent de 200 Hz de la fréquence de résonance subissent un affaiblissement d'environ 20 dB. 5. Appareil de mesure selon la revendication 3 et destiné à capter la fréquence du pouls chez un foetus, caractérisé par le fait que la fréquence de résonance du filtre (5) est inférieure de 200 Hz à la fréquence d'émission ultrasonore. 6. Appareil de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'est employé, pour l'élimination des fréquences supérieures aux plus hautes fréquences prévisibles des signaux engendrés par les déplacements de la paroi du coeur, un filtre passe-bas (12) accordé sur 200 Hz et présentant une raideur de flanc d'environ 40 dB par octave de fréquence 7. Appareil de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'est employé comme démodulateur d'amplitude un intégrateur (16) précédé d'un redresseur (15). 8. Appareil de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'est employé, pour la limitation en fréquence du signal démodulé, un filtre passe-bas (18) présentant une fréquence limite correspondant à la plus haute fréquence de pouls prévisible, de préférence un filtre actif passe-bas Butterworth avec une raideur de flanc d'environ 35 dB par octave de fréquence. 9. Appareil de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le montage différentiateur comporte plusieurs organes différentiateurs (20, 24) en série, de préférence au nombre de deux. 10. Appareil de mesure selon la revendication 9, caractérisé par le fait qu'entre les organes différentiateurs (20, 24) est intercalé un autre filtre passe-bas (23) présentant une une fréquence limite correspondant à la plis haute fréquence de pouls prévisible, de préférence un filtre actif passe-bas Butter worth-avec une raideur de flanc d'environ 20 dB par octave de fréquence. 11. Appareil de mesure selon l'une des revendications 8 ou 10 et destiné à capter la fréque#nce du pouls chez un foutus, caractérisé par le fait que la fréquence limite de chacun des filtres passe-bas (18, 23) est de 3 Hz. 12. Appareil de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que l'émetteur d'impulsions comporte en série un amplificateur (26) modulable à g 100 % par le signal différentié, une bascule de Shhmitt (27), et un étage à bascule monostable (28) délivrant des impulsions normalisées d'une durée d'environ 225 ms.