Brevet FR2550622A1 — publié le 19850215

DISPOSITIF DE MESURE DES SECTIONS TRANSVERSALES D'OBJETS, EN PARTICULIER DE PARTIES DU CORPS. La présente invention concerne un dispositif de mesure de sections transversales d'objets, en particulier de parties du corps, comportant au moins trois têtes acoustiques qui sont destinées à être disposées en répartition sur le pourtour de la partie du corps et qui contiennent des corps oscillateurs servant à l'émission et à la réception d'ondes ultrasoniques et constituant des dispositifs télémétriques 10 disposés par paires pour la mesure des longueurs des côtés du polygone formé par les têtes de mesure, ainsi qu'une installation de calcul pour déterminer l'aire du polygone et/ou de la partie du corps. Il est connu d'appliquer sur le corps d'un être 15 humain des têtes acoustiques pour effectuer des mesures de longueur (Aviation, Space, and Envirôonmental Medicine, avril 1982, pp 375-378 et mai 1983, pp 458-463) Dans ce cas, on excite électriquement l'une des têtes acoustiques avec une fréquence ultrasonique de façon qu'elle émette des signaux 20 ultrasoniques qui seront reçus par l'autre tête acoustique. A partir de-la différence de temps écoulé entre l'émission et la réception, on détermine la distance entre les deux têtes acoustiques L'expression "acoustique" est destinée à comprendre d'une façon générale toutes les vibrations qui se propa25 gent dans un milieu par un déplacement moléculaire, à savoir également les ondes ultrasoniques. Pour la détermination de la section transversale dans la mesure des membres du corps humain, il est connu de disposer trois têtes acoustiques autour des extrémités corres30 pondantes, par exemple le bas de la cuisse Deux des têtes acoustiques ont un espacement relativement faible qui est considéré comme connu Dans la mesure, on suppose que ces deux têtes acoustiques adjacentes relativement proches l'une de l'autre ont un espacement mutuel constant prédéterminé qui 35 est connu et qui est appliqué comme base pour le calcul de l'aire du triangle formé entre les têtes acoustiques Le calcul des autres côtés du triangle a lieu par l'émission d'ondes ultrasoniques par la tête acoustique -qui est opposée au côté court du triangle Les deux autres têtes acoustiques 5 reçoivent ces signaux De cette façon, à l'aide de deux distances de mesure et d'une longueur de côté du triangle supposée connue à l'avance, on détermine par le calcul l'aire du triangle Ce dispositif connu a comme inconvénient le fait que la longueur du côté court du triangle que l'on suppose 10 constante ne l'est pas en réalité C'est en fait le segment périphérique de la longueur de bande entre les deux têtes acoustiques qui est constant, et non pas la distance la plus courte entre celles-ci Un autre inconvénient consiste en ce que, dans le dispositif connu, deux des têtes acoustiques 15 doivent demeurer relativement proches l'une de l'autre, ce qui a pour conséquence que le triangle formé par les têtes acoustiques est en règle générale un triangle à angle obtus qui ne remplit seulement qu'une très petite partie de la surface en section transversale de la partie du corps à mesu20 rer La mesure est par suite relativement inexacte. Le but de l'invention est de réaliser un dispositif du type mentionné précédemment qui permette une mesure exacte des longueurs des côtés du polygone. Unepremière solution à ce problème, conformément à l'invention, est caractérisée par le fait que les têtes acoustiques pour l'émission et la réception d'ondes ultrasoniques sont agencées de façon que les corps oscillateurs sont constitués par des plaquettes coudées dont les deux branches sont chacune tournées par leur face vibratoire en regard d'une branche correspondante du corps oscillateur d'une autre tête acoustique, et qu'il est prévu un montage de commutation qui effectue au moins la commutation de deux têtes acoustiques entre une émission et une réception de façon que toutes les distances de mesure formées entre les têtes acoustiques soient 35 mesurees. Le principe de base de l'invention consiste a mesurer la longueur de chacune des distances de mesure qui sont formées entre les têtes acoustiques Ce principe général ne peut toutefois pas être mis en oeuvre d'emblée, car les ondes ultrasoniques sont émises avec une certaine directivité. Un corps oscillateur piézo-électrique qui est excité avec une tension électrique, émet une caractéristique de directivité constituée par plusieurs lobes par rapport à la face vibratoire Ceci signifie que chaque corps oscillateur ne peut 10 essentiellement émettre que dans une direction, de sorte que ses signaux ne peuvent être reçus que par l'une des deux têtes acoustiques Comme les têtes acoustiques sont toutefois disposées en polygone, chaque corps oscillateur se compose d'une plaquette coudée qui, à l'excitation, émet des signaux acous15 tiques dans deux directions différentes De cette façon, il est possible d'utiliser un seul corps cscillateur pour l'émission et de recevoir avec deux têtes acoustiques les signaux émis par ce corps oscillateur dans des directions différentes. Selon une variante, il est toutefois également possible de 20 commuter en réception uniquement le corps oscillateur qui reçoit le signal de l'une des branches ou aile du corps oscillateur excité, de façon que parmi tous les corps oscillateurs coudés il y en ait toujours un qui soit commuté en émission et au moins un autre en réception De cette façon, on obtient 25 une mesure de révolution cyclique des longueurs des trois distances de mesure sensiblement à la manière d'un procédé multiplex. Selon une autre variante de l'invention, il est prévu que toutes les têtes acoustiques sont agencées pour l'émission et pour la réception d'ondes ultrasoniques, et que chaque tête acoustique contient un corps oscillateur en tant qu'oscillateur-émetteur et un corps oscillateur en tant qu'oscillateurrécepteur, l'oscillateur émetteur étant tourné par sa face vibratoire en regard de la face vibratoire de 35 l'cscillateur-récepteur d'une autre tête acoustique. Dans ce cas, chaque tête accustique cocntient deux corps oscillateurs séparés l'un de l'autre fcnct Thnneilement et électriquement et formant un angle l'un par rapport à l'autre en ce qui concerne leur dispcsii N spatlae Avec ce type de dispositif, il est en prinz-pe pssiltie de mesurer en meme temps les longueurs de toutes les distanzes de mesure, car tous les corps oscillateurs peuvent être en service indépendamment les uns des autres et chaque fcis deux corrs csci-llateurs qui sont disposés dans deux tetes a-ust-qes 10 différentes forment respectivement une dlstance ce mesure en tant qu'émetteur et récepteur. Dans les deux variantes de l'inventicn, les têtes acoustiques émettent des impulsions u'trasonicues fortement directives et focalisées qui sont reçues par une autre tête acoustique Les têtes acoustiques contiennent dans chaque cas deux branches cu ailes aptes à vibrer qui forment un seul corps oscillateur ou encore deux corps oscillateurs fonctir-nnellement séparés l'un de l'autre Chacune des branches est tournée par sa face vibratoire en regard d'une branche d'une 20 autre tête acoustique Pour la disposit_?n spatiale des deux branches, différentes possibilités sont offertes Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, les sonmets des corps oscillateurs formés par les branches sont tournés en regard de la partie du corps à mesurer Ceci a pour conséquence que les ondes ultrasoniques qui sont engencrees par les deux branches sont-émises dans des directions civergentes sans se croiser sur leur trajet vers l'autre tête acoustique La possibilité s'offre par suite égaiement d'effectuer simultanément plusieurs mesures de longueurs avec des 30 ultrasons. Conformément à une autre forme de réalisation ce l'invention, il est prévu que les sommets formés par les corps oscillateurs sont tournés de façon opposée a la partie de corps, et que les mesures de longueur des distances de 35 mesure formées entre les têtes acoustiques sont effectuées en évitant les interférences acoustiques en au moins deux phases de mesure successives De cette façon,-on obtient un découplage du fait que les mesures sont effectuées à des instants différents Bien que les trajets des signaux ultra5 soniques se croisent mutuellement, les signaux ne sont pas perturbés. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui va suivre de deux exemples de-réalisations 10 donnés à titre indicatif, mais nullement limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une représentation schématique du premier exemple de réalisation; la figure 2 est une vue en coupe longitudinale 15 d'une tête acoustique qui est utilisée dans l'exemple de réalisation de la figure 1; la figure 3 est une représentation schématique du deuxième exemple de réalisation; et la figure 4 est une vue en coupe longitudinale de l'une des têtes acoustiques qui est utilisée dans le deuxième exemple de réalisation. Sur la figure 1, on désigne par le repère 10 la section transversale d'une partie corporelle humaine ou animale Il s'agit par exemple de la section transversale 25 d'une extrémité (bras ou jambe), qui n'est pas circulaire. Autour de la partie corporelle 10, sont disposées réparties trois têtes acoustiques SK 1, SK 2 et SK 3 Chaque tête acoustique SK 1 à SK 3 peut être alternativement mise en service en tant qu'émetteur d'ultrasons et récepteur d'ultra30 sons Pour déterminer la longueur de la distance de mesure M 51 entre les têtes acoustiques SK 1 et SK 2, on fait fonctionner la tête acoustique SK 1 en émetteur, tandis que l'on fait fonctionner la tête SK 2 en récepteur Pour la mesure de la longueur de la distance de mesure M 52 entre les têtes acous35 tiques SK 2 et SK 3, on fait fonctionner la tête acoustique SK 2 en émetteur, tandis que l'on fait fonctionner la tête acoustique SK 3 en récepteur Pour la mesure de la longueur de la distance de mesure M 53 entre les têtes acoustiques SK 3 et SK 1, on fait fonctionner la tête acoustique SK 3 en émetteur 5 et on fait fonctionner la tête acoustique SK 1 en récepteur. Les mesures de ces trois distances M 51 à M 53 se succedent consécutivement dans le temps. Sur la figure 2, on a représenté une vue en coupe de la tête acoustique SK 1 Les têtes acoustiques SK 2 et SK 3 10 sont agencées de façon identique Dans un boitier en forme de pot 13 en matière plastique, par exemple du chlorure de polyvinyle, est disposé un corps oscillateur 14 en un matériau céramique piézo-électrique Le corps oscillateur 14 se compose de deux branches ou ailes 15, 16 formant entre elles un angle 15 obtus et passant de l'une à l'autre en constituant une seule pièce Le sommet 17 du corps oscillateur 14 est tourné en regard de la partie corporelle 10 ou de la peau 18 contre laquelle est appliquée la tête acoustique 14 Le corps oscillateur 14 est disposé de façon que l'axe de symétrie, ou bissectrice, passant par le sommet 17 soit orienté perpendiculairement à la surface de la peau Les faces vibratoires 19 des branches 15 et 16 tournées vers la partie corporelle 10 forment un angle o 4 de 2400 Ceci signifie que l'angle formé par les faces dorsales des branches 15 et 16 s'élève à 120 . 25 Dans le bolitier 13 pénètre un câble coaxial 20 qui est connecté par son âme 21 aux faces vibratoires 19 et par son blindage 22 à la face dorsale du corps oscillateur 14. Par l'intermédiaire du câble coaxial 20, on peut transmettre des oscillations électriques au corps oscillateur piézo-élec30 trique 14, si bien que ces oscillations sont converties en ondes ultrasoniques qui sont rayonnées à partir des faces vibratoires 19 Lorsque, d'autre part, l'une des faces vibratoires 19 reçoit un signal ultrasonique, celui-ci est converti dans le corps oscillateur 14 en signaux électriques qui sont 35 envoyés à travers le câble coaxial 20 à un récepteur. Dans le bottier 13, le corps oscillateur 14 est noyé dans une couche de colle durcie 27 qui remplit l'intérieur dudit bottier 13 Le bottier 13 est en appui par un bord 13 ' sur une rondelle adhésive 23 constituée en papier et munie sur ses deux faces d'une enduit adhésif La rondelle adhésive 23 est collée par sa face inférieure sur la peau 18 et retient fermement en place sur celle-ci le boîtier 13 La rondelle adhésive 23 présente une ouverture centrale 24 à travers laquelle la chambre 25 entourée par le bord inférieur 10 13 ' se trouve en communication avec la surface de la peau 18. La chambre 25 contient un gel de couplage particulièrement bon conducteur des signaux ultrasoniques La chambre 25 est délimitée par la paroi de fond 26 du boltier Le sommet 17 du corps oscillateur 14 vient buter contre ladite paroi de 15 fond 26. Les câbles coaxiaux 20 qui mènent aux têtes acoustiques individuelles SK 1 à SK 3 sont respectivement désignés dans la figure 1 par 20-1, 20-2 et 20-3 Ces câbles aboutissent à un montage de commutation 28 qui est représenté pour 20 des motifs de simplification sous forme d'un dispositif de commutation mécanique, tandis qu'en pratique il s'agit toutefois d'un montage électronique Dans le montage de commutation 28, les différents conducteurs peuvent être alternativement branchés sur le dispositif électrique d'émission 29 et le dispositif électrique de réception 30 de façon que dans chaque cas l'une des têtes acoustiques fonctionne en émetteur tandis ou'une autre tête acoustique fonctionne en récepteur Les distances de mesure M 51 à MS 3 sont de ce fait mesurées en succession L'exploitation des signaux du dispositif émetteur 29 et du dispositif récepteur 30 a lieu dans un appareil de commande 31 ou dans une calculatrice Dans la calculatrice, on détermine en outre l'aire du triangle d'après les trois distances de mesure M 51, M 52 et M 53 A partir de cette aire, on peut déterminer la grandeur en section transversale de la partie corporelle 10. Dans l'exemple de réalisation des figures 3 et 4, les têtes acoustiques SK 1 à SK 3 contiennent respectivement deux corps oscillateurs indépendants i'un de l'autre, l'un d'entre eux étant un oscillateur-ér etteur SS, tanis cue l'autre est un oscillateur-récepteur ES Les czrss csci 21 a5 teurs forment un angleo L dei 20 c et leurs faces vibratoires 19 sont tournées en regard de la peau 18 Les deux corps oscillateurs SS et ES sont découplés l'un de l'autre électriquement et mécaniquement. L'oscillateur-émetteur SD est corr ete a un cnduc10 teur coaxial 33 qui lui envoit un signal z'ex'ciatin, tandis que l'oscillateur-récepteur ES est connecté a un concucteur 34 qui délivre le signal de réception Sur La figure 3, les conducteurs qui envoient le signal électrique d'énission aux têtes acoustiques SK 1 à SK 3 sont respectivem ent désignés par 15 33- 1 à 33-3, tandis que les conducteurs oui délivrent le signal de réception à partir des corps osciliaters ES assciés, sont désignés par 34-1 à 34-3 Dans le montage de commutation 28 ', auquel aboutissent tous les conducteurs 33-1 à 33-3 et 34-1 à 34-3, la commande a lieu de fan que la tite acoustique SK 2 recoit lorsque la tête acoustiue úKi énet, la tête acoustique SK 1 reçoit lorsque la tête acoustique S-K 3 émet et la tête acoustique SK 3 reçoit lorsque la tête ac-ustique SK 2 émet Ces trois phases de mesure ont lieu successivement dans le temps, ce qui est commandé par le nontage de 25 commutation 28 '. D'après la figure 3, on peut voir er coutre que a distance de mesure M 51 produit tout d'abord une intersection avec la distance de mesure M 53, puis avec la distance de mesure M 52 Ceci réside dans le fait que les faces vibrateires 30 19 forment un angle o 6 inférieur à 180 c, de sorte que les distances de mesure se recoupent. Dans le dispositif de l'irnvention, les tvtes acoustiques n'ont pas besoin d'être reliées entre elles par une bande bien que l'on puisse, en cas de besoin, utiliser une 35 bande d'une façon supplémentaire Ii suffit de disposer les têtes acoustiques en les répartissant en des emplacements séparés, de procéder aux mesures de longueur et de calculer consécutivement la surface désirée. Au lieu de la disposition représentée des trois têtes acoustiques, on peut également prévoir plus de trois têtes acoustiques qui sont disposées en répartition sur le pourtour de la partie du corps et qui forment les sommets d'un polygone Lorsque l'on utilise quatre têtes acoustiques, l'angle d ne s'élève pas dans le cas du principe de mesure 10 des figures 1 et 2 à 270 , mais approximativement à 240 , tandis que dans le principe de mesure des figures 3 et 4, l'angle O O ne s'élève pas à 1200, mais approximativement à 900. De cette façon, il résulte que deux faces vibratoires respectives de corps oscillateurs, qui sont disposés dans des têtes 15 acoustiques adjacentes, sont tournées en regard l'une de l'autre La mesure des surfaces est d'autant plus exacte que le nombre des têtes acoustiques utilisées est grand, car le polygone peut mieux être adapté au contour de la partie du corps à mesurer. L'invention n'est nullement limitée à des mesures des sections transversales des parties corporelles chez l'homme ou l'animal, mais elle concerne également des mesures de sections transversales ou de variations de sections transversales d'autres objets en métal, en matière plastique, 25 en bois ou en autres matériaux. Il est entendu que l'on peut mettre en oeuvre l'invention selon de nombreuses autres modifications et variantes sans toutefois s'écarter de son cadre et de son esprit. 2550622 ' REVENDICATIONS 1 Dispositif de mesure de sections transversales d'objets, en particulier de parties du corps, comportant au moins trois têtes acoustiques (SK 1 à SK 3) qui sont destinées à être disposées réparties sur le pourtour de la partie du corps et qui contiennent des corps oscillateurs ( 14) servant à l'émission et la réception d'ondes ultrasoniques et constituant des dispositifs télémétriques disposes par paires pour la mesure des longueurs des côtés du polygone formé par 10 les têtes-de mesure, ainsi qu'une installation de calcul pour déterminer l'aire du polygone et/ou de la partie de corps ( 10), caractérisé par le fait que les têtes acoustiques (SK 1 à SK 3) pour l'émission et la réception d'ondes ultrasoniques sont agencées de façon que les corps oscillateurs ( 14) sont constitués par des plaquettes coudées dont les deux branches ( 15, 16) sont chacune tournées par leur face vibratoire ( 19) en regard d'une branche correspondante du corps oscillateur d'une autre tête acoustique, et par le fait qu'il est prévu un montage de commutation ( 28) qui effectue au moins 20 la commutation de deux têtes acoustiques entre une émission et une réception de façon que toutes les distances de mesure (M 51 à M 53) formées entre les têtes acoustiques soient mesurées. 2 Dispositif de mesure de sections transversales 25 d'objets, en particulier de parties du corps, comportant au moins trois têtes acoustiques (SK 1 à SK 3) qui sont destinées à être disposées réparties sur le pourtour de la partie du corps et qui contiennent des corps oscillateurs (SS, ES) servant à l'émission et la réception d'ondes ultrasoniques 30 et constituant des dispositifs télémétriques disposés par paires pour la mesure des longueurs des côtés du triangle formé par les têtes de mesure, ainsi qu'une installation de calcul pour déterminer l'aire du triangle et/ou de la partie de corps ( 10), caractérisé par le fait que chaque tête acous35 tique (SK 1 à SK 3) contient un corps oscillateur (SS) en tant 2550622 ' ll qu'osciilateur-émetteur et un corps oscillateur (ES) en tant qu'oscillateur-récepteur, l'oscillateur-émetteur étant tourné par sa face vibratoire ( 19) en regard de la face vibratoire de l'oscillateur-récepteur d'une autre tête acoustique. 3 Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le sommet ( 17) du corps oscillateur ( 14) est tourné en regard de la partie du corps ( 10). 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les sommets ( 17) 1-0 formés par les corps oscillateurs (SS, ES) sont tournés de façon opposée à la partie de corps ( 10), et que les mesures de longueur des distances de mesure (M 51 à M 53) formées entre les têtes acoustiques (SK 1 à SK 3) sont effectuées en évitant les interférences acoustiques en au moins deux phases 15 de mesure successives. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'angle (c) formé par les faces vibratoires ( 19) des branches ( 15, 16) s'élèave au moins à environ 240 ou 270 . 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'angle (ot) formé par les faces vibratoires ( 19) et deux corps oscillateurs (SS, ES) s'élève au moins à environ 120 ou 900. 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendica25 tions 1 à 6, caractérisé par le fait que chaque tête de mesure (SK 1 à SK 3) présente un bottier ( 13) en matière plastique dans lequel sont maintenus avec une colle ( 27) le ou les corps oscillateurs (SS, ES; 14). 8 Dispositif selon l'une quelconque des revendica30 tions 1 à 7, caractérisé par le fait que chaque tête de mesure (SK 1 à SK 3) présente sur son côté tourné en regard de la partie de corps ( 10) une chambre ( 25) remplie d'un gel de couplage.