Brevet FR2297028A1 — publié le 19760806

La présente invention a trait aux dispositifs d'exploration de la circulation des liquides physiologiques, notamment du sang et en particulier aux dispositifs utilisant l'effet Doppler, et a pour objet un perfectionnement à ces dispositifs pour en améliorer les performances et la fiabilité. Dans les dispositifs de ce genre, comme par exemple les stéthoscopes va culaires, qui font appel a l'effet Doppler, l'onde ultra-sonore est produite par un cristal qui entre en vibration et transmet ces vibrations aux tissus. Si cette onde rencontre une cible mobile, les globules rouges du sang dans notre cas, une partie du faisceau sera réfléchie. Cette onde réf lé- chie n'aura pas la même fréquence que l'onde incidente. Plus précisément, elle subira une modification de fréquence qui sera fonction de la vitesse de la cible. Cette relation entre la fréquence d'une onde réfléchie et la vitesse de l'objet réflecteur constitue l'effet Doppler. On peut utiliser un cristal pour ltémission, et un cristal pour la réception. On peut aussi utiliser le même cristal pour l'émission et la réception. Les deux systemes ont leurs avantages et leurs inconvénients. Le signal obtenu est traité électroniquement. Les variations de fréquence de l'onde reçue donnent naissance à un signal qui peut être dirigé sur un appareil enregistreur, ou bien, l'on peut se contenter d'un signal audible transmis par un haut-parleur ou par un casque. Dans ce dernier cas, 1 'ap- pareil constitue un stéthoscope vasculaire. La présence ou l'absence de ce signal, ses modifications, vont permettre de recueillir des renseignements sur la circulation artérielle et veineuse. De tels dispositifs donnent des indications différentes et complé- mentaires de celles des appareils acoustiques classiques. Ils permettent de repérer non seulement la circulation dans les vaisseaux importants mais aussi de détecter la circulation jusqu'aux artères digitales et pulpaires, qui sont parfaitement entendues sur un sujet normal. En particulier, il est possible de détecter une circulation faible mais suffisante malgré l'absence de pouls palpable. Ceci peut permettre par exemple d'éviter des examens a haut risque (artériographie, phlébographie) que l'on engage pour obtenir des renseignements assez précis sur l'état de la circulation. Les signaux obtenus par un simple stéthoscope donnent une information purement qualitative. Or, il est intéressant dans de nombreux cas de pouvoir disposer d'informations quantifiées, par exemple pour faire des comparaisons è deux instants écartés, pour le meme patient, pour apprécier une évolution. C'est un but de la présente invention de fournir un appareil qui délivre un signal quantifie, et qui en permette l'enregistrement, notamment pour permettre des comparaisons. C'est aussi un but de l'invention de fournir un procédé et un dispositif pour étudier et enregistrer le débit sanguin dans un vaisseau. Il ne faut d'ailleurs pas attacher a cette mesure quantitative une valeur qui serait bien relative étant donné la grande variabilité de ces débits artériels en fonction des différentes circonstances physiologiques. Ce que l'on peut attendre du dispositif visé par la présente invention est un profil de vitesse dans le temps qui permet une analyse beaucoup plus fine de la circulation. Certes, l'obtention d'un chiffre de débit par intégration du profil de vitesse en fonction du temps est possible;par exemple, dans les fistules artérioveineuses unilatérales, il permet une analyse assez précise et quantitative de l'importance de la fistule en comparant le débit du membre opposé. Le dispositif conforme a l'invention comporte essentiellement un moyen d'émission-réception qui a pour rôle d'émettre des ultra-sons et de recueillir les ultra-sons réfléchis, et un moyen de traitement du signal obtenu en retour. Conformément a la pratique et pour simplifier l'explication, l'on désignera ci-après par sonde le moyen d'émission-réception > qui comporte de façon classique un ou deux cristaux convenablement reliés par un câble au moyen de traitement du signal en retour. La sonde est reliée a un boitier, qui peut donner un signal sonore, par haut-parleur ou par casque ou un enregistrement écrit. Le boitier comporte les moyens de traitement du signal incident et assure l'alimentation électrique du dispositif, soit par un moyen autonome tel que pile ou accumulateur, soit à partir du secteur, Dans le cas des appareils alimentés en énergie électrique par des piles, la tension délivrée par la pile peut s'abaisser, par usure, prématurée ou non. Il est d'ailleurs difficile d'apprécier correctement le temps exact de fonctionnement des piles, l'emploi de l'appareil pouvant être intermittent et irrégulier.La sensibilité peut alors être affectée, et l'appareil, tout en fonctionnant normalement en présence de vaisseaux sanguins importants, ne décèlera pas une circulation au niveau d'un vaisseau très fin, ou une circulation ralentie, volontairement (garot) ou accidentellement. Les conséquences d'interprétation des observations peuvent être très graves. Rien n'avertit l'usager de l'état des piles, a part le décrochage de l'oscillateur de l'émetteur, provoquant un mutisme total de l'appareil et survenant très tard, l'appareil n'assurant plus depuis longtemps ses performances normales. C'est un but de la présente invention de fournir un stéthoscope vasculaire a ultrasons à effet Doppler qui supprime cet inconvénient. Conformément à l'invention, le dispositif comporte un dispositif d'alarme avertissant de la baisse de tension de l'alimentation, et de préférence, un dispositif d'alarme sonore qui empêche l'utilisateur de réaliser un examon dans le cas où les performances de l'appareil seraient diminuées par l'usure des piles, ce qui élimine les risques d'erreur d'interprétation de l'exaien. Selon une caractéristique de l'invention le boitier peut être séparé en deux parties, un premier boîtier raccordé à la sonde et fournissant un si- gnal sonore, et un second boitier recevant les informations de la sonde par l'intermédiaire des organes du premier boitier, pour donner un enregistrement. Avantageusement, le premier boitier peut venir se loger dans le deuxième, des moyens de connexion étant prévus a cet effet. Du fait de sa constitution et de sa fonction, le deuxième boitier sera désigné ci-après frequencemetre, pour simplifier l'exposition du dispositif. La sonde, avec le premier boitier constitue ainsi un stéthoscope vasculaire à effet Doppler, et dans cette forme de réalisation de l'invention, ce stéthoscope peut être utilisé isolement, ou en co*hinaison avec un fréquencemètre. Selon une caractéristique de l'invention, pour quantifier un signal basse fréquence obtenu à partir d'un stéthoscope vasculaire à effet Doppler, des moyens sont prévus dans le fréquencemètre pour calculer la vitesse moyen ne au sens géométrique du terme, avec une caractéristique dynamique suffisa r ment rapide pour l'étude des écoulements sanguins de type pulsatile. La nesu- re est du type analogique. Chaque période du signal étudié génère une impulsion de hauteur et de durée calibrées, ces impulsions étant ensuite intégrées de façon que la valeur moyenne obtenue soit proportionnelle à la fréquence du signal incident. Comme le signal Doppler obtenu sur les vaisseaux sanguins est un signal complexe, et qui plus est, de type pulsatile, la superposition de fréquences basses correspondant aux faibles vitesses, et de fréquences élevées correspondant aux écoulements plus rapides, pose des problèmes de déclenche- ment du dispositif fabriquant l'impulsion cidessus mentionnée. Conformément à l'invention, pour résoudre ce problème, des moyens sont prévus pour détecter des passages à zéro de la dérivée du signal et non plus des passages à zéro du signal. La valeur de la fréquence moyenne (au sens geométrique) ainsi obtenue est beaucoup plus proche de la valeur réelle. Il est souvent important de pouvoir déceler le sens de la circulation dans un vaisseau. Ceci permet de distinguer les veines des artères dans des zônes anatomiques ou ces deux types de vaisseaux sont voisins. En outre, il se produit parfois des phénomènes de rebondissement, se manifestant par de brèves phases de reflux pendant lesquelles le flux sanguin s'écoule en sens opposé au sens normal. C'est un but de la présente invention de fournir un procédé et un dispositif qui permettent de détecter le sens de l'écoulement du sang dans un vaisseau. Dans une forme de réalisation de l'invention, le dispositif compor- te des moyens pour détecter le sens de l'écoulement. Ces moyens comprennent, de façon en soi connue deux voies semblables déphasées de 900 pour la mise en évidence du signe du changement de fréquence Doppler, et conformément à l'invention des moyens pour repérer la phase de deux signaux rectangulaires fournis respectivement par chacune des voies déphasée l'une par rapport à l'autre de 900. D'autres caractéristiques de l'invention apparattront au cours de la description qui va suivre de modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs en regard des dessins ci-joints qui représentent: Figure 1. un schéma d'un stéthoscope vasculaire à ultra-sons selon l'invention. Figure 2. une variante du schéma de la figure 1. Figure 3. un schéma d'un dispositif selon l'invention incluant un stéthoscope et un fréquencemètre. Figure 4. un schéma d'un dispositif selon l'invention permettant de détecter le sens de l'écoulement dans un vaisseau sanguin. Figure 5. en détail le schéma d'un des éléments du schéma de la figure 4 et, Figure 6. un chronogramme illustrant le fonctionnement du dispositif des figures 4 et 5. Le dispositif de la figure i comporte une sonde, représentée par le rectangle en trait interrompu, qui comprend une céramique émission 10 et une céramique réception 11. Le dispositif comporte en outre un boitier qui comprend les autres éléments du schéma, l'ensemble formant un stéthoscope vasculaire à ultra-sons. L'appareil est alimenté par une batterie de piles 12 ou d'accumulateurs, qui débite dans un régulateur d'alimentation 13, qui alimente la céramique émission 10 par l'intermédiaire d'un pilote 14, par exemple sur 8 MHz et d'un ampli 15.Dans le dispositif décrit sur la figure 1, la réception et l'émission se font par deux cristaux différents, et la porteuse, au lieu d'être injectée dans le circuit réception directement à partir du circuit émission, est récupérée par la céramique réception 11 à partir des échos se réfléchissant sur des cibles fixes (signal parasite). La céramique réception 11 est reliée à un amplificateur 16, qui débite dans un mélangeur 17, puis dans un amplificateur 18 qui débouche sur le haut-parleur 20. Les alimentations de ces différents appareils sont assurées à travers un régulateur 21. En outre, un dispositif à seuil 22 surveille la tension des piles, et en cas de chute de cette tension, empêche le fonctionnement de l'appareil grâce à l'alarme 23 qui déclenche une note audible, d'abord superposée au signal Doppler, ce qui interdit l'utilisation de l'appareil, puis seule, quand l'usure croît. La figure 2 montre une variante avec une céramique unique 24 pour l'émission et la réception. Les bornes de la céramique sont reliées à un dispositif d'équilibre 25 branché comme représente avant l'amplificateur 16. L'ensemble représenté sur la figure 1 constitue un stéthoscope vasculaire qui peut être utilisé sous cette forme pour donner un signal sonore. Conformément à l'invention, ce stéthoscope, désigné par SV sur la figure 3 peut être utilisé avec un fréquencemètre pour obtenir des résultats quantifiés et des enregistrements. Dans une forme de réalisation avantageuse de l'invention, le fré quencemètro comporte un logement pour recevoir le boitier du stéthoscope, avec des fiches disposées convenablement. Un moyen, magnétique par exemple est prévu pour couper l'alimentation pile du stéthoscope quand le boitier est introduit à fond dans le fréquencemètre, le stéthoscope étant alors alimenté par le fréquencemètre, c'est-à-dire à partir du secteur. Dans le cas où le stéthoscope est alimenté par batterie, son introduction dans le fréquencemètre peut déclencher la recharge de la batterie. Il est possible de disposer de plusieurs stéthoscopes et d'un seul frequencemetre, dans le cas d'un service hospitalier par exemple. Le signal Doppler fourni par le stéthoscope vasculaire à ultra-sons ayant une amplitude assez variable en fonction du type de vaisseaux observés et de sa position par rapport au transducteur, il a été préféré d'inclure dans le fréquencemètre un dispositif de contrôle automatique de gain, limitant la dynamique du signal de façon à attaquer le dérivateur dans de bonnes conditions. Ceci est réalisé par des amplificateurs opérationnels 31, 32 couplés à un système de détection qui commando un transistor à effet de champ monté dans la boucle de contre-réaction des amplificateurs. Le signal comprimé obtenu traverse un filtre actif 33 du deuxième ordre dont la fréquence de coupure et le type (passe-haut ou passe-bas) sont règlables (ce filtre est indu dans la boucle de contrôle automatique de gain). Le signal basse fréquence à la sortie de ce filtre actif est appliqué ensuite à un dérivateur 34 puis à un Trigger de Schmitt 35 qui assure la mise en forme rectangulaire. Cet étage fournit donc des signaux rectangulaires dont la fréquence moyenne correspond à la fréquence moyenne du signal incident et dont la durée n' est pas fixe.Le trigger attaque donc un étage monos table 36 qui fournit des impulsions de durée fixe de 60 microsecondes et d'amplitude fixe qui sont appliquées via un adapteur d'impédances à un filtre extracteur de moyenne 37 dont la bande passante est commutable par bonds (10, 20 Hz). Un amplificateur opérationnel 38 monté en étage non inverseur à gain commutable, permet l'attaque des dispositifs enregistreurs ou d'un oscilloscope. L'appareil est également équipé d'un dispositif d'étalonnage 141 délivrant des signaux tests à 1 000 Hz et 5 000 Hz, permettant l'étalonnage de la visualisation. Une sortie du signal basse fréquence disponible après les filtres 33 permet de se rendre compte auditivement si on le désire, des effets du filtrage sur le signal (intérêt dans l'élimination des composantes veineuses ou artérielles). L'appareil est équipé d'un amplificateur basse fréquence de puissance de sortie efficace de 1 W142 et d'un haut-parleur 143. Les alimentations 145 de l'ensemble électronique sont de type très classique et n'appellent aucun commentaire.L'ensemble 146 représente un marqueur de temps (1 s) prenant comme référence la fréquence du secteur. L'appareil est attaqué par le signal basse fréquence que fournit le stéthoscope vasculaire. Le réglage du niveau basse fréquence du stéthoscope est ajusté de façon a ce que le bruit de fond soit à la limite du déclenchement du fréquencemètre. La bande passante et le type de filtre employé sont ajustés expérimentalement en écoutant le signal résultant pour obtenir une bande passante définie. La bande passante très basse fréquence est ajustée de façon à s'adapter au type de signal pulsatile observé. L'emploi d'une fréquence de coupure basse permet de lisser les courbes obtenues, mais ralentit la transcription. Il faudra donc se méfier de son utilisation. Le gain enregistreur est ajusté de façon à obtenir une amplitude suffisante pour la courbe qui peut être étalonnée grâce au système d'étalonnage incorporé.L'enregistreur employé peut etre du type à papier thermosensible (largeur d'inscription 50mm). Sa vitesse de défilement est commutable (25 ou 50mm/seconde) Un marqueur d'évènements permet, sur entrée d'un signal auxiliaire (par exemple un signal synchrone de l'onde R de ltélectrocaxliogramme ou un signal de temps) ou par action sur un poussoir, ou à distance par une pédale commandant également le défilement, de marquer les évènements intéressants sur la courbe. Comme indiqué ci-dessus, une version plus élaborée permet de connaître le sens de ltecoulement dans le vaisseau explore, aussi, dans une autre forme de réalisation de l'invention, le dispositif comporte des moyens permettant de recueillir une information directionnelle sur le sens de l'écou- lement étudié. Le dispositif employe le système classique de deux voies semblables déphasées de 900 pour la mise en évidence du signe du changement de fréquence Doppler. La céramique d'émission 41 est alimentée par l'amplificateur 43 commandé par le pilote 44 (8 MHz). La céramique réception est branchée sur l'amplificateur HF 45. Comme dans les formes de réalisation précédentes, la sonde est constituée par les deux céramiques 41 et 42, représentées à l'intérieur du rectangle en traits interrompus. Le signal sortant du mélangeur 45 est appliqué alors à deux voies semblables A et X, a savoir d'abord les me- langeurs 46 et 47 : sur la voie A, avant le mélangeur 46 est introduit un déphaseur 48 de 90o ; ensuite les filtres 49, 50, les amplificateurs 51, 52, puis les trigger 53, 54, dont les sorties attaquent le détecteur de signe 55, qui sera décrit en détail ci-après.Le détecteur de signe 55 agit sur le mul- tiplicateur 56, lequel reçoit le signal d'une des deux voies, après traversée d'un monostable 57 et d'un filtre intêgrateur 58. Le dispositif comporte enfin un haut-parleur 60 précédé d'un aniplificateur BF 61, un amplificateur 62 avec règlage 63 de la sensibilité et un intégrateur 64 avec règlage du temps d'intégration en 65, et un générateur de marquage 66. A la sortie de l'amplificateur 62, on obtient en 67 la vitesse ou le débit instantané, et à la sortie de l'integrateur la vitesse ou le débit moyen. Le schéma du détecteur de signe est représente sur la figure 5. Con formément à l'invention, il comporte un double bistable maître-esclave monté comme représenté. La table de vérité suivante J K tn+l O O ' Qtt O i O X O I 1 I T représente les différents états des Gistables employés après l'impulsion d'horloge (sur T) en fonction des états antérieurs et des états des entrées J et K.Remarquons que entrée RAZ est prioritaire sur toutes les autres entrées et impose l'état 0 à la sortie Q du bistable quand elle est elleWmême à l'état 0. Le chronogramme représenté sur la figure 6 permettra de mieux se représenter les signaux d'entrée et de sortie du dispositif. La partie gauche représente un signal appliqué sur le bistable 2 en retard de phase sur le signal appliqué sur le bistable 1, la partie droite représente le cas contraire. Analyse du cas signal sur bis table 2 en retard sur le signal sur le bistable I : la ligne 1 représente le signal appliqué à l'entrée T du bistable 1 et aux entrées J et K du bistable 2. Ce signal est le signal complémentaire du signal appliqué à l'entrée de la chaine 1 qui est représenté à la ligne 2 et de plus, il est par rapport à ce signal d'entrée retardé de 20 à 30 nanosecondes à cause du temps de transit du signal dans l'inverseur I l. On a de même représenté sur la ligne 3 et la ligne 4 respectivement les signaux appliqués sur T2, J1 et K1 et le signal appliqué sur l'entrée E2. L'utilisation de la table de vérité du bistable permet de constater que la sortie Q1 du bistable 2 reste à 0.Une analyse semblable réalisée sur la partie droite du chronogramme (T1 en retard sur T2) montre que dans ce cas c est la sortie Q du bistable 2 qui reproduit l'entrée E2 et que la sortie Q du bistable 1 reste à 0. Un bistable constitué de deux portes "nand" croisées permet de mémoriser cette information correspondant au signe du déphasage et l'on constate sur le dessin que la sortie S1 est à 1 lorsque T2 est en retard sur T1, la sortie S2 étant à 0 et qu'inversement la sortie S2 est à 1 lorsque T1 est en retard sur T2, la sortie Si étant à 0. Le retard maxima entre la mémorisation du nouveau signe et un changement de signe effectif du déphasage est de l'ordre d'une 1/2 période en cas de signaux périodiques. Dans tous les cas, on peut utiliser en variante un émetteur piloté par cristal pour la génération du signal H.F. alimentant le transducteur émet- teur, ceci afin de réduire le bruit de phase de l'oscillateur et donc d'allié- liorer les performances au point de vue rapport signal sur bruit de l'équipement. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'exploration de la circulation d'un liquide physiologique, utilisant l'effet Doppler, du type comportant un transducteur pour ltémission et la réception, ltémission étant reliée à un circuit d'émission, et la réception à un circuit réception, comportant des moyens pour déclencher à chaque période du signal étudié une impulsion de hauteur et de durée cali brées, des moyens pour intégrer ces impulsions de façon que la valeur moyenne du signal obtenu soit proportionnelle à la fréquence du signal incident, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour détecter les passages a zéro de la dérivée du signal, les impulsions étant déclenchées à ces passages à zéro de la dérivée. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte deux voies semblables déphasées de 900 pour la mise en évidence du signe de changement de fréquence, un moyen pour récupérer la phase des deux signaux rectangulaires fournis respectivement par chacune des voies déphasées, ce dernier moyen comportant un double bistable maître-esclave, monté selon le schéma de la figure 5. 3. Dispositif d'exploration de la circulation d'un liquide physio logique > utilisant l'effet Doppler, du type comportant un transducteur pour l'émission et la réception, l'émetteur étant relié à un circuit d'émission et la réception à un circuit de réception, ces circuits étant alimentés par batterie, caractérisé en ce que les circuits sont organisés pour inclure, et comportent un moyen d'avertissement de la baisse de tension de la batterie. 4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que le moyen d'avertissement est un signal sonore qui se superpose au signal d'examen, et empêche celui-ci d'être pratiqué. 5. Dispositif selon une des revendications 3 et 4 caractérisé en ce que le moyen d'avertissement comporte un dispositif à seuil entre les polos du générateur. 6. Dispositif d'exploration de la circulation d'un liquide physiologique utilisant l'effet Doppler comprenant une sonde, avec des moyens d'émissions d'ultra-sons et des moyens de réception d'ondes réfléchies, et des moyens de traitement des signaux reçus, caractérisé en ce qu'il comporte un premier boitier comprenant des moyens de transformation des signaux reçus en un signal sonore, relié par un cordon à la sonde, et un deuxième boitier, cor prenant des moyens pour effectuer un enregistrement des signaux délivrés par le premier boitier, le deuxième boitier comportant une cavité pour y loger le premier boitier, les deux boitiers comportant des moyens de raccordement qui se connectent par mise en place du premier boitier dans son logement dans le deuxième boitier. 7. Dispositif selon la revnedication 6 caractérisé en ce que des moyens sont prévus sur les deux boitiers pour que, par mise en place du premier dans le deuxième, l'alimentation autonome du premier soit interrompue et soit assurée par le deuxième boitier par l'intermédiaire des connexions. 8. Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que le deuxième boitier contient des moyens de recharge de la batterie située dans le premier boitier, mis en route automatiquement lors de l'introduction du premier boitier dans le second.