Brevet FR2306455A1 — publié le 19761029

L'invention concerne la mesure de la vitesse relative de deux parois et de leur écartement instantané, notamment en vue de mesures physiologiques. Divers procédés et appareils à ultrasons ont déjà été expérimentés, qui permettent de mesurer la vitesse de déplacement d'une paroi ou sa distance à une sonde. Ces appareils qui font appel à des principes de réflexion couramment utilisés en transmission ou dans d'autres domaines techniques, mettent en jeu des signaux à haute fréquence soit continus, soit modulés en impulsions. Pour obtenir une précision suffisante, on a été amené à suturer les transducteurs à même les structures étudiées. Pourtant, les résultats obtenus par ces procédés ne sont pas entièrement satisfaisants. La présente invention a précisément pour objet d'effectuer la mesure directe des vitesses de déplacement des structures cardiaques par voie entièrement externe et d'en déduire l'écart entre deux structures. Le procédé suivant l'invention repose essentiellement sur l'exploitation simultanée des échos renvoyés par deux parois distinctes, à la suite de l'émission d'une impulsion à porteuse haute fréquence. L'invention consiste essentiellement à émettre une impulsion haute fréquence, à en recevoir les échos, à sélectionner les échos reçus dans deux intervalles de temps ou "portes prédéterminés, à démoduler ces deux échos par la porteuse de l'impulsion, à mesurer la différence de fréquence des échos démodulés et à intégrer celle-ci. Suivant une mise en oeuvre préférée, la mesure de différence de fréquence et l'intégration de celle-ci est effectuée par comptage des alternances des signaux échos démodulés. L'amélioration des résultats obtenus par rapport notamment à ceux qui sont obtenus avec les systèmes connus mettant en jeu une émission de même type tient essentiellement à la mesure différentielle des fréquences Doppler qui est effectuée dans la channe de réception dès après la démodulation. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après. Au dessin annexé La figure 1 représente schématiquement un appareil de mesure de vitesse et de distance destiné à la mise en oeuvre du procédé de l'invention : et, la figure 2 est un diagramme explicatif. Un transducteur d'émission-réception I, est placé en un point relativement fixe distinct des parois dont on veut mesurer la vitesse relative et l'écartement. Un oscillateur pilote 2 engendre une oscillation stable à haute fréquence. Cette oscillation est amplifiée dans les étages d'amplification haute fréquence d'un émetteur 3 sous le contrôle d'un générateur d'impulsions 4. Le transducteur 1, une céramique ferroélectrique par exemple, couplé, éventuellement par un commutateur d'émissionréception, non représenté, à la sortie de l'émetteur 3, rayonne dans la direction X suivant un faisceau étroit la porteuse haute fréquence modulée en impulsions. Chaque impulsion ainsi rayonnée est réflecùie en a et b par deux parois distinctes, représentées ici schématiquement, sans épaisseur, sous la forme de structures avant et arrière d'un ventricule, à titre d'exemple. A la réception, la céramique ferroélectrique 1 transmet par la borne réception du commutateur les échos reçus à un récepteur classique 5 qui comporte essentiellement des étages d'amplification et éventuellement de filtrage. Les échos reçus en 5 sont séparés dans l'étage 6 qui comporte essentiellement deux portes de distance 6a et 6b centrées respectivement sur les distances trnnSd#cteur# moyennes entre le et les parois A et B ouvertes pendant des intervalles de temps à la fois suffisants pour laisser passer les échos des surfaces A et B respectivement lorsqu'elles sont en positions extrêmes, et assez courts pour que chaque porte ne laisse passer que l'écho d'une des surfaces. Ces portes sont synchronisées par le générateur d'impulsions 4; elles sont constituées par exemple par des dispositifs monostables à déclenchement retardé par rapport à l'impulsion émise. La figure 2 met en évidence la disposition des portes de durées t1 et t2. Sur cette figure, on a représenté très schématiquement en fonction du temps à la ligne supérieure l'impulsion émise et les deux impulsions échos et à la ligne inférieure les durées d'ouverture des portes 6a et 6b. Les échos éventuels d'autres surfaces, non représentés, arrivant en dehors des portes sont éliminés. Les signaux sélectionnés en 6a et 6b sont appliqués res pectivement à des ensembles de démodulation 7a et 7b respectivement qui fournissent des signaux démodulés comportant une information du sens de déplacement. Dans le mode de réalisation représenté à la figure, chaque ensemble comporte un déphaseur et un double démodulateur (7#a2 , 7-2) auquel sont appliqués deux signaux en quadrature de phase l'un par rapport à l'autre, élaborés dans les déphaseurs. Les signaux de sortie des démodulateurs 7a et 7b qui ne sont modulés que par les fréquences Doppler définies par les vitesses de déplacement aux points a et b des parois, excitent respectivement des générateurs d'impulsions synchronisés 8a et 8b qui fournissent des signaux susceptibles d'exciter des compteurs. Dans cet exemple, les générateurs 8a et 8b sont des triggers sensibles à la phase des signaux qui leur sont appliqués. Au lieu de déphaser le signal pilote pour obtenir deux signaux de référence en quadrature, on peut déphaser les signaux issus des portes 6a et 6b pour obtenir des signaux en quadrature et effectuer la double démodulation avec le signal pilote. Dans ce cas le fonctionnement est meilleur,) la réalisation du déphaseur est plus délicate. On peut également démoduler les signaux issus des portes 6a et 6b à l'aide d'un signal local dont la fréquence est celle de l'oscillateur pilote décalé d'une quantités Ftelle que pour chaque porte, le signal Doppler ait une fréquence supérieure ou inférieure à#F, suivant le sens de déplacement de la paroi. Les générateurs synchronisés 8a et 8b sont couplés chacun aux deux entrées d'un compteur décompteur 10 à remise à zéro 9 automatique et , aux deux entrées d'un compteur décompteur Il à pré affichage contrôlé par le dispositif de commande manuelle par exemple 12. Pour chaque période de comptage, le compteur 10 fournit une mesure de la différence des fréquences Doppler des deux points a, b; cette mesure est exploitée directement ou bien transformée automatiquement en vitesse; à cet effet, une mémoire temporaire 15 suivie d'un convertisseur analogique-numérique sont couplés en série à la sortie du compteur 10. Un convertisseur analogique-numérique 15, couplé à la sortie du compteur 11 fournit à chaque instant la distance ab à une constante près, égale à zéro si la valeur affichée au départ est égale à la valeur de cette distance . > l'instant où les mesures ont démarré. L'appareil décrit peut être complété comme indiqué en trait discontinu par deux compteurs 18 et 19 respectivement couplés aux sorties des détecteurs 8a et 8b. Ces compteurs, éventuellement à même remise à zéro automatique 9 que le compteur 10 fournissent la fréquence Doppler de chacune des parois qui peut être exploitée de façon connue pour en déterminer les vitesses. Sous réserve que l'amplitude de l'oscillation pilote soit suffisamment stable, les deux échos peuvent aussi accessoirement être observés sur un écran de type A. Ce procédé, exploitable en parallèle sur le circuit de réception de l'invention, est bien connu et ne nécessite pas de description détaillée. Le fonctionnement de l'appareil que l'on vient de décrire est évident : à la sortie de chaque démodulateur double 7, on dispose de deux signaux de même fréquence fda ou fdb mais déphasés, le sens du déphasage étant déterminé par le sens du déplacement de la paroi et fda et fdb étant définis par fda = 2Va f/c fdb = 2Vb f/c avec Va = vitesse de déplacement du point a suivant X Vb = vitesse de déplacement du point b suivant X c = vitesse de propagation de l'onde sonore ( i 1500 m/s) dans les tissus). Les triggers 8a et 8b fournissent chacun un nombre de signaux égal au double du nombre d'oscillations contenues dans chaque écho démodulé, de polarité fonction du sens du déphasage des signaux d'entrée, donnant lieu, suivant leur polarité à une impulsion de comptage ou de décomptage. Dans le cas particulier d'application à l'exploration cardiologique, on utilise avantageusement une barrette de transducteurs alignés suivant une perpendiculaire à X. En déplaçant cette barrette, on obtient une analyse rapide en 16 lignes par exemple, à la suite de laquelle on peut déterminer la ligne d'ob- servation la plus favorable. Four une telle application les valeurs suivantes ont été adoptées. Fréquence d'émission F : 3MHz Fréquence de répétition fr : 3,75 KHz Durée d'une impulsion t : 1 à 5 ps urée d'une porte : correspondant à un déplacement de la paroi de l'ordre de 20 mm, étant donné que la vitesse de propagation des ultrasons dans les tissus est d'environ 1500 m/s, elle est de l'ordre de 27 ps. Dans le cas d'application en cardiologie, l'appareillage complet décrit figure 1 présente encore l'avantage de mesures instantanées, en 17 et 18, des fréquences Doppler des structures A et B, donc d'analyse d'une possible distribution des vitesses pour chacune d'elles, alors que les dispositifs classiques ne fournissent que des moyennes quadratiques de celles-ci. La connaissance de l'évolution du spectre Doppler avec le temps peut notamment révéler éventuellement des particularités ou anomalies de déplacement indétectables autrement. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation ni à l'application plus particulièrement décrite; des variantes suivant la technologie connue peuvent titre apportées, notamment on pourra avoir intérêt à effectuer la démodulation avant la sélection, dans ce cas le récepteur 5 est connecté à un démodu- lateur unique dont la sortie est connectée aux entrées portes 6b et 6a, les sorties de celles-ci alimentent alors les détecteurs 8a et 8b. Pour une étude plus précise de 11 évolution de la vitesse relative autour du zéro, la variante citée où le signal de référence des démodulateurs est décalé en fréquence d'une valeur prédéterminée sera préférée. L'essentiel étant, quelle que soit la technologie retenue pour la démodulation et le comptage, que les compteurs décompteurs reçoivent des signaux différents, c'est à dire de comptage ou de décomptage suivant qu'il s'agit de signaux Doppler positif (c'est-à-dire d'une paroi se rapprochant du transducteur) ou négatif. REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure de la vitesse relative de déplacement de deux parois mobiles et de l'écartement instantané desdites parois, caractérisé par l'émission en un point, situé hors de ces parois et relativement fixe, d'au moins une impulsion de porteuse ultrasonore stable à haute fréquence, par la réception, au même point, des deux impulsions échos résultant des réflexions de celle-ci par les deux parois respectivement, par la démodulation des deux échos, par la mesure de la différence des fréquences des signaux démodulés et par l'intégration de ladite mesure. 2. Appareil de mesure de la vitesse relative de déplacement de deux parois mobiles et de l'écartement instantané desdites parois faisant application du procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte : un émetteur d'un signal électrique à haute fréquence modulé en impulsions, un transducteur d'émission-réception excité, à l'émission, par ledit émetteur et à la réception par les échos desdites impulsions, un récepteur couplé audit transducteur et comportant deux portes de distance, soit deux ensembles de démodulateurs respectivement associés aux sorties, soit un seul ensemble de démodulation en amont desdites portes, des moyens de comptage différentiel des fréquences des deux signaux démodulés et un dispositif d'intégration, les démodulateurs étant du type fournissant des signaux indiquant si la fréquence du signal à démoduler est supérieure ou inférieure à celle du signal démodulant. 3. Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que chaque ensemble de démodulation comporte un déphaseur suivi d'un double démodulateur et lesdits moyens comportent deux générateurs d'impulsions synchronisés respectivement par les deux signaux démodulés et sensibles à la phase des signaux, fournissant chacun une impulsion à chaque passage par zéro de l'oscillation basse fréquence du signal démodulé correspondant et un compteur décompteur ayant deux entrées respectivement associées aux sorties desdits générateurs et une entrée de commande de remise à zéro automatique. 4. Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce que ledit dispositif d'intégration comporte un compteur décompteur ayant deux entrées respectivement associées aux sorties desdits générateurs. 5. Appareil de mesure de la vitesse relative de déplacement de deux parois mobiles et de l'écartement instantané desdites parois suivant l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en outre par des moyens de transformer les indications du dispositif de comptage différentiel et du dispositif d'intégration respectivement en indication de vitesse et de distance. 6. Appareil de mesure de la vitesse relative de déplacement de deux parois mobiles et de l'écartement instantané desdites parois suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de comptage de la fréquence de chacun des signaux démodulés.