Brevet FR2321707A1 — publié le 19770318

La présente invention est relative à la technique de l'échoscopie par ultrasons d'objets et elle a en particulier pour objet des moyens pour réduire le temps nécessaire à l'examen d'un objet, en utilisant la technique d'écho par impulsions ultra-sonores et pour améliorer la clarté des résultats de l'examen et portant l'utilité de son application. L'invention concerne en particulier, mais non exclusivement, l'utilisation de cette technique pour l'examen médical dans le cadre d'un diagnostic. L'écho scopie par ultra-sons fournit des informations sur l'objet examiné, qui peuvent être réunies sous la forme d'un échogramme#ultra- sonique. Un tel échogramme consiste en un ensemble de discontinuités d'impédance acoustique ou de surfaces de réflexion dans l1objet. On l'ob- tient en dirigeant dans l'objet à examiner une impulsion courte d'énergie ultra-sonique, dont la fréquence se situe normalement dans le domaine de fréquence compris entre 1 et 30 MHz, et les discontinuités d'impédance acoustique dans l'objet réfléchisfient et renvoient une partie de l'énergie sous forme d'échos.On reçoit ces échos, on les transforme en un signal électrique et on les présente sous forme d'un ëchogramme sur un oscilloscope à rayons cathodiques sur une pellicule ou sur une carte ou similaire. L'échogramme peut revêtir aussi bien une forme à une dimension qu'à deux dimensions et dans les deux cas, l'information est contenue dans l'emplacement et l'amplitude de l'écho affiché. Dans un système d'affichage à une dimension, on utilise l'emplacement sur une ligne de référence pour indiquer la distance de la surface de réflexion, tandis que l'amplitude de l'écho est par exemple affichée sous la forme d'une déviation de la ligne de référence "mode A" ou par un changement d'intensité "mode B". Dans un affichage à deux dimensions, l'emplacement sur une ligne de référence est utilisé pour afficher la distance- de la surface de réflexion comme pour l'affichage à une dimension, et la direction de la ligne de référence est utilisée pour indiquer la direction de propagation de l'énergie acoustique. L'affichage à deux dimensions est obtenu par le changement de cette direction de propagation de l'énergie acoustique et en donnant un mouvement simi laire, mais non nécessairement identique, à la ligne de référence de l1affi- chage. L'amplitude de l'écho est affichée comme pour le cas unidimension nel, par exemple, sous la forme d'une déviation de la ligne de référence ou d'un changement d'intensité. La technique de l'échoscopie par ultra-sons est utilisée pour l'établissement de diagnostics médicaux, afin d'obtenir des informations sur l'anatomie des malades. L'application de cette technique a fait l'objet de multiples recherches et est décrite par exemple par D.E.ROBINSON dans Proceedings of the Institution of Radio and Electronics Engineers Australia, Vol. 31, NO 11, pages 385-392, November 1970 : "The Application of Ultrasound in Medical Diagnosis". Comme il est décrit dans cet article, l'échoscopie ultrasonique peut être utilisée pour obtenir des affichages ressemblant à des sections anatomiques qui se sont révélées cliniquement utiles lorsqu'il s'agit d'obtenir des informations sur des dimensions physiques, des formes d'organes, des structures ou éléments similaires. L 1 ahographie s'est révélée comme un outil auxiliaire de diagnostics particulièrement précieux pour le ventre et l'utérus de la femme enceinte, l'oeil, la poitrine, le cerveau, le poumon, le rein, le foie et le coeur, qui sont des régions de tissu tendre contenant peu d'os et d'air. En général, on considère cette technique comme complémentaire à d'autres pour obtenir une image plus complète de la. condition du malade, bien que, et cela en particulier en cas de grossesse, l'échoscopie ultrasonique puisse avantageusement remplacer les rayons X dans le cas où ceux-ci ne donnent pas assez de renseignements ou peuvent être dangereux. Dans le cas d'utilisation médicale, on envoie une impulsion d'énergie ultrasonique dans le malade et on reçoit des échos de différentes surfaces de réflexion dans le corps. L'intervalle de temps qui s'écoule entre une impulsion -envoyée et l'écho reçu dépend de la distance entre l'émetteur et la surface de réflexion et l'information ainsi obtenue peut être affichée d'une manière qui convient à son interprétation et son utilisation clinique sous forme d'un affichage unidimensionnel ou comme une section à deux dimensions tels que décrits ci-dessus, Un domaine particulier de balayage ultra-sonore qui nécessite des techniques spéciales est celui du balayage d'organes en mouvement, en particulier, le balayage du coeur.Afin de rendre visible le coeur et surtout le mouvement des valvules du coeur, il est nécessaire d'effectuer 15 balayages par seconde et de préférence de 50 à 100 balayages par secondes. Etant donné que la vitesse de déplacement de l'ultrason est telle qu'il faut par cm de pénétration, 13,pus, pour que l'impulsion traverse l'organe et que l'écho revienne au transducteur, il faut environl/4ms pour chaque ligne d'un balayage à une profondeur de 20 cm. C'est pour cette raison qu'un balayage typique du coeur à une fréquence de 50 par seconde, ou de 20 ms par balayage2 ne peut contenir par balayage que 80 lignes.Pour réaliser un balayage aussi rapide il est nécessaire, soit de faire passer très rapidement par voie mécanique un ou plusieurs transducteurs devant ltorgane, soit d'utiliser un arrangement de transducteurs qui sont commandés par commutation séquentielle, de façon à obtenir un balayage rapide. L'invention a pour but de proposer un dispositif de balayage mécanique dans lequel un transducteur peut être déplacé rapidement devant un objet dans un mouvement de balayage linéaire, avec une vitesse par exemple de 15 balayages par seconde. Un dispositif mécanique de ce type a l'avantage qu'il peut etre relié au circuit électronique d'un dispositif de balayage ultra-sonores conventionnel sans qu'un interface de commutation complexe soit nécessaire.On comprend aisément que si l'on fait passer un transducteur par un simple mouvement de va-et-vient devant un objet pour obtenir un balayage linéaire, la vitesse est limitée en raison du changement du sens du mouvement, ce qui produit des charges d'inertie élevées à chaque extrémité du dispositif, pour ralentir le transducteur, inverses de sens de son mouvement et à l'accélérer de nouveau pour faire un nouveau balayage. La présente invention est basée sur la combinaison d'un mouvement linéaire et d'un mouvement de rotation pour faire passer le transducteur devant 11 objet à une vitesse de balayage élevée, qui élimine les charges d'inertie résultant de l'inversion du mouvement. Conformément à la présente invention, il est prévu un appareil pour faire passer une pluralité de transducteur devant un objet soumis à un examen par ultrasons, chaque transducteur étant capable de diriger des impulsions d'énergie ultra-sonore en forme d'un faisceau dans objet et de recevoir les échos de ces impulsions réfléchies selon ce faisceau par les discontinuités d'impédance acoustique de l'objet, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen flexible d'entraînementsans fin sur lequel est montée la pluralité de transducteurs, avec des distances égales entre chaque fois deux transducteurs des moyens pour imprimer un mouvement au moyen d'entraine ment précité des moyens pour guider le mouvement des transducteurs selon un objet prédéterminé qui comprend au moins une partie rectiligne; et des moyens pour établir un contact avec chaque transducteur lorsqu"il traverse la partie rectiligne du trajet afin qu'il puisse etre acti-vé de façon à diriger des impulsions dans l'objet et à recevoir les échos. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront des dessins annexés, dont les figures représentent, X titre d'exemple, une réalisation préférée de l'invention. Dans ces dessins la figure 1 montre le type de balayage linéaire utilisé selon l'invention la figure 2 montre en élévation latérale une réalisation de l'appareillage de l'invention; la figure 3 est une section de l'appareil de la figure 2, vue selon la ligne IE-III de la figure 2 et la figure 4 r-eprésente schématiquement le circuit électronique nécessaire à l'examen par ultrasons d'un objet à l'aide de l'appareil de la figure 2. En se repérant à la figure 1, on voit ici, comme indiqué plus haut, le type de balayage linéaire pour examiner un objet au moyen d'ultrasons. Dans ce type de balayage , on déplace un transducteur 1, selon un trajet linéaire dans le sens de la flèche 2, et à un certain nombre d'endroits le long de ce trajet, le transducteur 1 est excité pour émettre des impulsions d'énergie dans l'objet 7 selon le faisceau 3, et pour recevoir ensuite selon le même faisceau les échos de ces impulsions. La figure 2 montre la composition de principe d'un dispositif de balayage mécanique selon l'invention. Dans cette réalisation, quatre transducteurs sont montés à des distances égales sur le cté extérieur d'une courroie ou clame 11 qui défile sans fin sur deux poulies 12 et 13. Le moteur d'entrabement 12a est couplé à une des poulies 12, tandis que l'autre poulie 13 sert uniquement au guidage. Les transducteurs 10 sont forcés de se déplacer dans les rails de guidage 14 qui entourent le dispositif et qui empêchent les transducteurs 10 de s'échapper vers l'extérieur sous l'action de la force centrifuge lorsque la courroie 11 et les transducteurs 10 suivent leur mouvement de rotation. Des ergots de guidage 15 sont placés sur chaque transducteur pour établir le contact avec les rails 14.On préfère l'utiiisation de quatre transducteurs car ce nombre parait assurer un ensemble équilibré dans lequel on peut faire passer les transducteurs à grande vitesse sur la partie rectiligne 16 des rails 14. Chaque transducteur 10 possède des contacts 17 en saillie sur le cté arrière et qui glissent sur les rails de contact 18 lorsque chaque transducteur se déplace le long de la partie linéaire 16 des rails 14. La dimension des poulies 12 et 13 est telle (circonférence : 2 x distance de balayage linéaire) qu'un seul etl toujours un seul des transducteurs 10 est toujours relié aux rails de contact 18 et ainsi produit un balayage.Pour assurer le couplage entre un patient et le transducteur 10, une membrane 19 est tendue devant la partie frontale du système de balayage et la face de chaque transducteur 10 passe devant la partie interne de cette membrane tandis que la partie externe de cette dernière se trouve etre en contact avec la peau du patient. La membrane 19 peut etre montée sur des rouleaux 20. La figure 3 représente le circuit électronique de base pour obtenir un affichage de lléchogramme ultra-sonique établi à l'aide du dispositif représenté à la figure 2. L'horloge 30 est utilisée pour déclencher l'émetteur 31, le récepteur 32 et les circuits de déviation 33 au début de chaque ligne d'ultrasons. L'émetteur 31 excite le transducteur 10 lorsqu'il passe sur la partie rectiligne 16 et le récepteur 32 transforme les signaux d'écho résultant pour réaliser la modulation en intensité de l'unité de l'affichage 34. Le générateur d'impulsion de départ de balayage 35 fournit un signal provenant du contact de départ de balayage 36 pour déclencher les générateurs de déviation 37 qui fournissent les signaux X et Y nécessaires à l'unité d'affichage.L'horloge 30, l'émetteur 31, le récepteur 32, les circuits de déviation 33 et l'unité d'affichage sont des composants classiques d'échoscope et une description détaillée de ceux-ci ne parait pas nécessaire. Le générateur d'impulsion de départ de balayage 35 est le seul élément du circuit nécessaire pour pouvoir faire fonctionner l'unité avec un échoscope classique. Le dispositif de balayage des figures 2 et 4 s'est révélé capable d'effectuer des balayages à une vitesse d'au moins 15 par seconde permet- tant en particulier de rendre visible des structures en mouvement, mais non exclusivement pour le balayage du coeur. D'autres organes dans lesquels l'appareil peut etre utilisé pour rendre visibles des structures qui sont affectées par les mouvements respiratoires, cardiaques ou autres sous la forme d'aorte, les carotides, le foetus et le cerveau. Le dispositif de balayage, selon l'invention, permet d'atteindre des vitesses de balayage élevées en raison de l'absence des charges d'inertie élevées qui sont inhérentes aux dispositifs de balayages du type alternatif, et le présent dispositif peut être utilisé en combinaison avec un dispositif à ultrasons classique, sans qu'il soit nécessaire de prévoir un circuit d'interface complexe entre les deux unités. REVENDICATIONS I - Dispositif comportant une pluralité de transducteurs pour le balayage d'un objet soumis à un examen par ultrasons, dans lequel chaque transducteur est capable de diriger des impulsions d'énergie ultra-sonore suivant le trajet d'un faisceau dans 1 'objet à examiner et de recevoir les échos de ces impulsions réfléchis selon ce même trajet par suite des discontinuités d'impédance acoustique présentes dans objet, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen d'entraînement flexible sans fin sur lequel est montée la pluralité de transducteurs avec des distances égales entre chaque fois deux transducteurs ; des moyens pour imprimer un mouvement au moyen d'entraînement précité ; des moyens pour guider le déplacement des transducteurs selon un trajet prédéterminé qui comprend au moins une partie rectiligne ; et des moyens pour établir un contact avec chacun des transducteurs lorsqu"il se déplace le long de la partie rectiligne du trajet afin qu'il puisse être activé de façon à diriger des impulsions dans l'objet et à en recevoir les échos. 2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le moyen d'entrafhement est une courroie d'entralfiement flexible sans fin, et en ce que les moyens pour entraîner le moyen d'entraînement précité comprennent une poulie d'entrafnement autour de laquelle défile la courroie, cette dernière passant également sur une deuxième poulie non entrarnée et en ce que la courroie suit un mouvement linéaire entre les deux poulies. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque transducteur est monté sur la surface extérieure de la courroie d'entraíhement et possède des pointes de contact faisant saillie vers le coté intérieur de la courroie. 4 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce #que la pluralité de transducteurs comprend quatre transducteurs disposés à des distances égales à la longueur de la partie rectiligne du trajet suivi par les transducteurs, et en ce que les circonférences des deux poulies sont chacune égale à deux fois la longueur de la partie rectiligne. 5 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens pour guider le déplacement des transducteurs selon un trajet prédéterminé comprennent au moins un rail de guidage ayant la forme du trajet prédéterminé ainsi que des ergots de guidage montés sur les transducteurs qui touchent le ou les rails de guidage. 6 - Dispositif selon la revendication I, caractérisé en ce que les moyens de contact comprennent un ou plusieur#s rails de contact suivant la direction du mouvement du moyen d'entrafnement et en ce que chaque transducteur possède des contacts adaptés à s'engager sur le ou les rails lorsque le transducteur se déplace le long de la partie rectiligne du trajet pré déterminé. 7 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend également une membrane flexible disposée de manière à s'étendre entre l'objet à examiner et chaque transducteur lorsqu'il se déplace le long de la partie rectiligne du trajet prédéterminé.# 8 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un circuit pour activer chaque transducteur lorsqu"il se déplace le long de la partie rectiligne en contact avec les moyens de contact afin qu'il émette les impulsions vers l'objet et reçoive les échos qui en ressortent.