Brevet FR2389902A1 — publié le 19781201

La présente invention est relative à la technique de l'échu copie par ultrasons d'objets et elle vise en particulier des moyens permettant de diminuer le temps nécessaire à l'examen d'un objet en utilisant la technique par ultrasons,impulsion-échos et d'améliorer la clarté et par conséquent l'utilité des résultats de examen. Cette invention concerne plus particulièrement mais non exclusivement l'utilisation de cette technique pour l'examen diagnostic médiaal. On sait que l'échoscopie par ultrasons fournit des informations sur un objet examiné, lesquelles informations peuvent/v$- sualisées ou affichées sous la forme d'un échogramme ultrasonique. Un tel échogramme est constitué par un affichage des discontinuités d'impédance acoustique ou des surfaces réfléchissantes dans l'objet examiné. Il est obtenu en dirigeant une courte impulsion d'énergie ultrasonique, de façon typique dans un domaine de fréquences de 1 à 30 MHz, dans l'objet examiné, où toute disconstinuité d'impédance acoustique réfléchit et renvoie une partie de l'énergie sous la forme d'un écho. Cet écho est reçu, transformé en un signal électrique et affiché sous la forme d'un échogramme sur un oscilloscope à rayons cathodiques, sur un film ou une surface sensible, sur une carte ou similaire. L'échogramme peut constituer soit une représentation monodi mensionnile, soit une représentation bi-dimensionnelle et, dans les deux cas l'information se trouve contenue dans l'emplacement et dans l'amplitude de l'écho affiché. Dans un affichage monodimensionnel on utilise la position le long d'une ligne de base pour déterminer la distance à la surface réfléchissante, alors que l'amplitude de l'écho est affichée, par exemple sous la forme d'une déviation ennmode A" de la ligne de base ou d'un changement d'intensité en'rode B". Dans un affichage bi-dimension nel, on utilise la position ou l'emplacement le long d'une ligne de base pour indiquer la distance à la surface réfléchissante, comme dans l'affichage mono-dimensionnel, et on utilise la direction de la ligne de base pour représenter le sens de propagation de l'énergie acoustique. L'affichage bi-dimensionnel est obtenu en modifiant ce sens de propagation de l'énergie acoustique, et en communiquant un mouvement similaire, mais pas nécessairement identique, à la ligne de base de l'affichage. L'amplitude de l'écho est affichée, comme dans le cas d'un affichage mono-dimen Sionnel, par exemple sous la forme d'une déviation de la ligne de base, eu sous la forme d'un changement d'intensité. La technique d'échoscopie par ultrasons est utilisée dans l'établissement de diagnostics médicaux afin d'obtenir des informations sur l'anatomie des patients. L'application de cette technique a aéjà fait l'objet de nombreuses recherches et elle se trouve par exemple décrite dans l'article de D. E. Robinson intitulé "The application of Ultrasound in Medical Diagnosis", paru dans la publication australienne "Proceedings of the Institution of Radio and Electronics Engineersn, volume 31 n011 pages 385-392 novembre 1970.Comme cela ressort de la lecture de cet article, l'échoscopie par ultrasons peut utilisée pour produire des affichages ressemblant à des coupes anatomiques qui se sont révélés cliniquement utiles lorsque les informations désirées concernent des dimensions physiques, des formes d'organes ou de structures et similaire. L'échoscopie par ultrasons s'est révélée présenter un intérêt particulier en tant que moyen d'aide au diagnostic pour l'abdomen et l'utérus des femmes enceintes, pour les yeux, la poitrine, le cerveau, les poumons, les reins, le foie et le coeur, ces organes étant constitués de tissus mous présentant peu d'os et d'air. En général, cette technique est considérée comme complémentaire d'autres techniques en vue de fournir une image plus complète de l'état du patient.Cependant particulièrement dans le cas des grossesses, l'échoscopie par ultrasons peut/uiement utilisée à la place des rayons X dans toutes les conditions où l'utilisation de ceux-ci peut ne pas donner d'informations suffisantes ou peut se révéler dangereuse. Dans une utilisation à des fins médicales, une impulsion d'énergie ultrasonique est transmise dans le corps d'un patient, selon une direction donnée, et l'on reçoit des échos provenant des surfaces réfléchissantes situées à l'intérieur du corps du patient.L'intervalle de temps qui s 'é- coule entre une impulsion émise et l'écho reçu est fonction de la distance qui sépare l'émetteur de la surface réfléchissante et l'information de distance ainsi obtenue peut être affichée de façon appropriée afin d'être interprétrée et utilisée cliniquement, sous la forme d'une lecture mono-dimensionnelle ou d'une coupe bi-dimensionnelle ainsi qu'on l'a indiqué précédemment. Un domaine particulier du balayage ultrasonique qui nécessite des techniques spéciales est celui ou balayage d'organes animés de mouvements, en particulier le coeur. Afin de visualiser le coeur et tout spécialement le mouvement des valvules cardiaques il est nécessaire de prévoir au moins 15 balayages par seconde et de préférence 50 à 100 balayages par seconde. Etant donné que le temps de déplacement des ultrasons nécessite 13 microsecondes par centimètre de pénétration pour que l'impulsion émise se déplace dans l'organe et pour que les échos reviennent vers le transducteur, il est nécessaire de prévoir environ 1/4 ms pour chaque ligne de balayage pour une longueur de pénétration de 20 cm. Par conséquent pour réaliser un balayage typique du coeur, de 50 par seconde, de 20 ms par balayage, chaque balayage ne peut contenir que 80 lignes.Afin de produite ce taux rapide de balayages il est nécessaire êôit d'effectuer mécaniquement un balayage d'un ou de plusieurs transducteurs devant 1' organe examiné, à un taux très rapide, soit d'utiliser un arrangement de plusieurs transducteurs qui sont commutés en fonctionnément de façon séquentielle afin de produire un balayage rapide. L'un des buts de la présente invention est d'apporter un système de balayage linéaire rapide qui permet de déplacer un transducteur devant un organe, selon un mouvement de balayage linéaire à un taux de 15 balayages par seconde. Un système de balayage mécanique de ce type présente l'avantage de pouvoir être connecté aux systèmes électroniques d'un dispositif classique de balayage à ultrasons sans qu'il soit nécessaire de prévoir des dispositifs de commutation complexes. En conséquence la présente invention a pour objet un dispositif destiné à assurer le balayage d'un transducteur devant un objet, pour un examen par ultrasons de cet objet#, ce transducteur étant capable d'émettre des impulsions d'énergie ultrasonore le long d'un faisceau dans ledit objet et de recevoir des échos de ces impulsions réfléchies le long du faisceau par des discontinuités d'impédance acoustique dans cet objet, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend un chariot sur lequel est monté ledit transducteur et des moyens pour déplacer ledit chariot selon un trajet alternatif par rapport audit objet pendant un examen de ce dernier ; lesdits moyens pour déplacer le chariot comprenant un organe d'entraînement, des moyens reliant le chariot à l'organe d'entrainement pour que lors du fonctionnement l'orga- ne d'entraînement provoque le déplacement alternatif du chariot et des moyens de commande de cet organe d'entraînement. De préférence, l'organe d'entraînement comprend un moyen d'entraînement flexible sans fin, tenue que par exemple une courroie d'entraînement et les moyens de commande de cet organe d'entraînement comprennent un premier galet menant, entraîné par exemple par un moteur électrique, et un second galet non menant, lesdits moyens d'entraînement passant autour de ces galets et s'étendant entre eux. De préférence le chariot est relié aux moyens d'entraînement par l'intermédiaire de moyens de liaison montés en un emplacement fixe sur la courroie. Ces moyens de liaison peuvent être réalisés par exemple sous la forme d'une broche d'entraînement montée sur la courroie, cette broche venant en prise dans une fente ménagée dans le chariot et s'étendant transversalement à la direction du déplacement de ce chariot, ainsi qu'on le décrira plus en détail ci-après.De préférence le dispositif peut également comprendre un rail de guidage qui s'étend dans la direction du déplacement du chariot afin de guider ce déplacement dans ladite direction. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés d'un exemple de réalisation donnée à titre non limitatif. Sur les dessins - la figure 1 représente de façon schématique le balayage linéaire selon lequel des impulsions d'énergie ultrasonique sont émises par le transducteur et selon lequel des échos reviennent à ce transducteur alors que celui-ci se déplace selon un mouvement linéaire devant l'objet à examiner - la figure 2 est une vue en plan d'un exemple de réalisation d'un dispositif de balayage linéaire alternatif selon la présente invention - la figure 3 est une vue latérale en élévation du système de balayage représenté à la figure 2 ; et - la figure 4 illustre en schéma par blocs un montage électro nique assurant le fonctionnement du système de balayage re présenté aux figures 2 et 3. Le balayage linéaire d'un objet est réalisé en déplaçant un transducteur en avant et en arrière selon un mouvement de translation linéaire alternatif. Le mécanisme réalisé par la présente invention permet au transducteur de se déplacer à une vitesse constante sur la plus grande partie de son domaine de déplacement. L'inversion du sens du mouvement à chaque extrémité du déplacement nécessite un ralentissement du transducteur jusqu'à son arrêt puis une accélération de ce transducteur dans la direction opposée. La présente invention se propose de réaliser cette inversion de mouvement de façon sinusoïdale. Les figures 2 et 3 illustrent les éléments de-base d'un mode de réalisation préféré d'un système de balayage linéaire alternatif selon la présente invention dans lequel le transducteur 1 est monté sur un chariot ou sur un bloc coulissant 2 qui est contraint de se déplacer à glissement dans deux rails de guidage 3. Le chariot ou bloc 2 est entraîné par une broche 4 qui se déplace dans une fente 5 ménagée dans le bloc. Cette broche d'entraînement 4 est fixée à une courroie d'entraînement 6 qui est réalisée sous la forme d'une boucle continue venant s'enrouler sur deux poulies ou galets 7 ; l'une de ces poulies étant entraî- née par un moteur 8, ou par l'intermédiaire d'une commande par câble, à l'aide d'une source d'énergie externe.L'entraînement peut provenir d'un moteur pas à pas ou d'un moteur en courant alternatif ou continu pourvu d'un système de codage optique fixé à son arbre afin de donner un indication de sa position. Grâce à cette disposition le bloc 2 est entraîné à une vitesse constante lorsque la broche d'entraînement se déplace entre les deux galets 7 et il est décéléré et accéléré de façon sinusoïdale lorsque la broche se déplace autour de chaque galet. Afin de réaliser la liaison avec le transducteur, on utilise des câbles volant 20 entre le bloc ou le chariot 2 et le bâti ou le boîtier du dispositif de balayage ce qui permet de se passer de contacts glissants ou de bagues glissantes. Pour réaliser le couplage à la peau du patient la face frontale ou active du transducteur se déplace contre une membrane 9 en matière plastique dont l'autre côté est en contact avec la peau du patient.Le contact entre le transducteur coulissant et la membrane 9 en matière plastique est assuré par un film d'huile appliqué par un plot 10 situé à l'une des extrémités du système de balayage de telle façon que le transducteur passe sur ce plot une fois par balayage. Lors de l'utilisation du dispositif selon la présente invention il est nécessaire de déclencher le circuit de déviation au début de chaque balayage. L'impulsion de départ de balayage est réalisée de préférence en s'arrangeant pour que le chariot 2 coupe la lumière vers les détecteurs 11 sensibles à la lumière, qui sont montés à chaque extrémité de la trajectoire du transducteur. On peut envisager d'autres procédés permettant d'obtenir cette impulsion de départ de balayage, par exemple par contact de déclenchement, par un commutateur magnétique, ou un -système de codage optique fixé à l'un des galets. Cependant ces procédés peuvent entraîner une augmentation du poids du chariot 2. La figure 4 illustre, sous la forme d'un diagramme par blocs les composants électroniques de base qui sont nécessaires pour afficher un échogramme par ultrasons obtenu à l'aide du système de balayage représenté aux figures 2 et 30 On utilise une-horloge de ligne 12 pour déclencher l'épateur 13, le récepteur 14 et les circuits de déviation 15, 16 au début de chaque ligne d'ultrasons. L'émetteur 13 excite le transducteur 1 et le récepteur 14 traite les signaux de l'écho en retour pour réaliser une modulation d'intensité de l'unité d'affichage 17. Le générateur d'impulsion de départ de balayage 18 délivre un signal à partir de la cellule lumineuse de départ de balayage afin de dé+encher les générateurs de déviation qui engendrent les signaux X Y appropriés pour l'unité d'affichage 17. L'horloge, l'émetteur, le récepteur, les systèmes de déviation et l'unité d'affichage sont constitués par les éléments classiques d'un échoscope de type conventionnel et le générateur d'impulsions de départ de balayage 18 est le seul composant de circuit additionnel qui est nécessaire pour faire fonctionner l'unité avec un échoscope de type classique. Le système de balayage représenté aux figures 2 et 3 assure des taux pouvant aller jusqu'a 20 halayages par seconde et sa vitesse est limitée essentiellement par les charges d'inertie mises en jeu lors de l'inversion du sens de déplacement du transducteur et de son chariot à la fin de chaque balayage. il en résulte que l'unité est conçue et réalisée de préférence de façon à maintenir à une valeur minimale le poids de ces deux éléments principalement en utilisant pour leur fabrication, dans la mesure du possible, des matières plastiques. Une modification de la conception de l'unité devant permettre des vitesses plus élevées ou d'utiliser des transducteurs plus lourds consiste à prévoir des blocs tampons ou d'amortissement 19 sur lesquels vient prendre contact le chariot à l'extrémité de ses déplacements, comme indiqué en traits interrompus à la figure 2.Ces blocs 19 sont de préférence réalisés en caoutchouc ou en acier à ressort afin d'aider à la décélération ainsi qu'à l'accélération du chariot 2 et du transducteur 1 à chaque extrémité de leur course. Le dispositif de balayage selon la présente invention permet par conséquent de réaliser des balayages selon un rythme d'au moins 15 par secondes afin de permettre la visualisation de structures en déplacement et ce dispositif permet notamment, mais non exclusivement d'assurer le balayage d'un coeur. Parmi les autres organes pour l'examen desquels il serait utile, sont ceux qui sont affectés par les mouvements de respiration, cardiaque ou autres, notamment le foie, l'aorte, les artères carotides, le foetus et le cerveau. On peut obtenir des taux de balayage rapide à l'aide d'un dispositif compact maintenu à la main sans qu'il soit nécessaire de prévoir des contacts glissants avec le transducteur. Par ailleurs ce système de balayage peut être utilisé comme un moyen additionnel à un dispositif de balayage classique par ultrasons sans qu'il soit nécessaire de prévoir un circuit d'interface complexe entre les deux unités. il demeure bien entendu que cette invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation, ni . d'application, donnés ici à titre illustratif, mais qu'elle en englobe toutes les variantes. REVENDIChTIOIE 1.- Dispositif pour assurer le bagage d'un transducteur devant un objet au cours d'un examen par ultrasons de cet objet, ce transducteur étant capable de diriger des impulsions d'énergie ultrasonore le long d'un faisceau dans ledit objet et de recevoir des échos de ces impulsions réfléchies le long du faisceau par des discontinuités d'impédance acoustique dans cet objet, ce dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte un chariot sur lequel est monté ledit transducteur et des moyens pour déplacer ledit chariot selon un trajet alternatif par rapport audit objet pendant son examen; lesdits moyens pour déplacer le chariot comprenant un organe d'entraînement, des moyens reliant le chariot à l'organe d'entraînement pour que lors du fonctionnement, l'organe d'entraînement provoque le déplacement alternatif du chariot et des moyens de commande de cet organe d'entraînement. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit organe d'entraînement comprend un moyen d'entraînement flexible sans fin et les moyens de commande de cet organe d'entraînement comprennent un premier galet menant et-un second galet non menant, ledit moyen d'entraînement passant autour des galets et s'étendant entre eux. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit moyen d'entraînement est une courroie motrice. 4.- Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit chariot est relié au moyen d'entraînement à l'aide de moyens de liaison montés, en un emplacement fixe, sur la courroie. 5.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de liaison comprennent une broche d'entraine- ment montée, selon une position fixe sur ladite courroie, cette broche étant en prise dans une fente pratiquée dans le chariot et s'étendant transversalement à la direction du déplacement du chariot. 6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un rail de guidage.stétendant dans la direction du déplacement du chariot afin de guider le déplacement du chariot dans cette direction. 7.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications n à 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens d'amor tissement afin de venir au contact du chariot à chaque extrémité de son déplacement alternatif 8.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une membrane de couplage conçue et réalisée de façon à être interposée entre la face active du transducteur et l'objet à examiner. 9.- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour amener un agent lubrifiant entre la face active du transducteur et la membrane de couplage. 10.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour détecter la présence du chariot à chaque extrémité de son déplacement alternatif.