Brevet FR2648342A1 — publié le 19901221

La présente invention concerne une sonde d'échographie, plus particulièrement destinée à des applications médicales, notamment en ophtalmoclogie, en gynécologie et obstétrique, en gastro-entérologie, et dans le domaine des examens cardio-vasculaires. D'une façon gnrale, 'exploraon n d'un milieu continu ou non continu par un faisceau d'ondes, réfléchies totalement ou partiellement par un obstacle,est réalisée, dans de nombreux cas, à l'aide d'un système d'analyse à coordonnées polaires permettant d'atteindre, par balayage mécanique du faisceau, un ensemble de cibles situées dans un plan. Dans la plupart des applications médicales, dans lesquelles les sondes d'échographie notamment à ultra-sons utilisent le principe du balayage mécanique en coordonnées polaires, 1= seul un secteur angulaire'est réellement exploré. C'est notamment le cas de l'échographie du coeur, de l'oeil, de l'abdomen par voie externe. De plus, le balayage doit être réalisé, de fanon périodique, à des frécuences comprises entre quelques hertz e: cuelques dizaines ce hertz. De telies sondes comportent, de facon connue,par exemple par la demande de brevet fran;ais n 87 12618: - un boîtier, - une tete montee au voisinage de l'extrémité dudit botiier, proche de l'organe à explorer, en position de travail, ladite tête comportant au moins une cellule d'émission-réception d'un faisceau d'ondes, notamment ultra-sonores, - un premier arbre d'entraînement susceptible d'être entra'né en rotation, autour d'un premier axe, par un organe moteur contenu dans ledit bcútier, et - des movens d'articula:ion de _adi e tête reliés audit arbre, pour permettre le balayage de l'organe a explorer par ledit faisceau d'ondes. BAD ORIGINAL 1 Les sondes d'échographie à balayage sectoriel mécanique se répartissent, en fait, en deux catégcries: - les sondes à tête tournante, - les sondes à tête cscillante Dans ce dernier cas, la valeur angulaire de l'oscillation est en relation directe avec la valeur angulaire du secteur de l'organe à explorer. Cependant, notamment pour les applications médicales, il est souhaitable de disposer de sondes de petite dimension, pour faciliter l'accès à certaines parties du corps humain. Cette contrainte conduit généralement au choix d'une sonde tête cscillante. Le faible poids de telles sondes est également apprécié car il limite la fatigue physique des operat eurs. Dans le cas d'une sonde à tête cscillante, l'articulation de ladite tête est, jusqu'à présent, cDtenue par des systèmes de maneton-plateau ou ce bielle-manivelle qui peuvent engendrer un mouvement pseudc-sinusoidal relative- mene satisfaisant. Tcutefois, de telles solutions ne permettent pas toujours de réaliser un balayage sectoriel très précis, et l'encombrement de tels systèmes peut être important en considération des exigences de dimensionnement indiquées ci-dessus. La présente invention a pour but d'éviter ces inconvé- nients, et concerne une sonde d'échographie dont les moyens d'articulation de La tbte sont adaptés pour permettre un balayage de l'organe a explorer par le faisceau, de fa-on précise et fiable, tout en gardant un faible encomorement. A ce- effet, la sonde d'échographie, du type indiqué ci-dessus, est remarquable, selon l'inventi on, en ce c ue lesdits movyens d'articulation comprennent: BAD ORIGINAL 1 - un plan incliné d'angle prédéterminé prévu à l'extrémité libre dudit premier arbre, - un deuxième arbre, solidaire de ladite tête, pouvant tourner autour d'un deuxième axe perpendiculaire audit premier axe et immobilisé en translation,et - un troisième arbre s'étendant perpendiculairement audit plan incliné, et lié audit plan incliné et à ladite tête, le troisième axe dudit troisième arbre étant concourant avec lesdits premier et deuxième axes, de sorte que la rotation dudit premier arbre d'entraînement autour dudit premier axe entraîne la rotation dudit troisième axe autour du point de convergence desdits premier, deuxième et troisième axes et, ainsi, le bascule- ment de ladite tête, autour dudit deuxième axe, d'un angle égal ' l'angle dudit plan incliné, symétriquement de part et d'autre du plan défini par lesdits premier et deuxième axes. Ainsi, le balayage angulaire du faisceau est obtenu avec de grandes surfaces de ccntac: entre ies pièces en mouvement, avec pour conséquence une précision élevée et une grande fiabilité du balayage. En effet, les contacts entre les pièces mobiles étant des contacts de surfaces, et non des contacts ponctuels ou linéaires, on évite ainsi une source d'usure et d'imprecision. De plus, l'ensemble des pièces en mouvement est agencé autour de l'arbre moteur et présente une symétrie de révolution par rapport 'à l'axe de ce dernier, ce qui permet de donner à la sonde la forme d'un crayon dans lequel le moteur présente l'encombrement maximum, le balavyage s'effectuant selon un angle symétrique par rapport audit axe et situé dans son plan. Selon un premier exemple de réalisation de l'invention, ladite tête est reliée audit plan incliné par un étrier, monté sur ledit troisième ar:re, dont les branches, reliées l'une a l'autre par une vis ou analogue, immobilisent ladi te tête e r. translatzon. BAD ORIGINAL >4 Avantageusement, ledit deuxième arbre est immobilisé en translation entre des faces planes parallèles en regard de deux pattes, s'étendant parallèlement audit premier axe, solidaires du corps de la sonde. Selon un second exemple de réalisation de l'invention, ladite tête est reliée audit plan incliné par une coulisse, montée sur ledit troisième arbre, pouvant -se déplacer entre les branches d'un étrier solidaire de l'adite tête. En particulier, ledit deuxieme arbre est' tourillonné aux voisinages des extrémités libres de pattes, s'etendant parallèlement audit premier axe, solidaires du corps de la sonde. Selon une autre caracteristique de l'invention, ledit plan incliné pr.ésente un angle., par rapport à un plan orthogonal audit premier.axe, d'environ 25%. Selon une autre caracteristicue de l'invention, ladite tête et lesdits moyens d'articulation sont logés dans une chambre étanche, définie par ledit bcizier et des organes d'étanché- ité prévus entre ce dernier et ledit corps, et destinée a être remplie d'un licuide de transmission dudit faisceau d'ondes. Avantageusement, ladite chambre est divisée en deux volumes par un anneau d'étanchéité traversé par un tube capillaire. Par ailleurs, l'extrémité dudit premier arbre d'entrane- ment, opposée à l'extrémité de celui-ci porzant ledit plan incline et insérée dans une douille solidaire du corps de la sonde, est apte à être recue dans un arbre creux lié à l'organe moteur, les faces d'extrémité en regard de la douille et de l'arbre creux présentant respectivement des 3' organes mâle et femelle d'indexage, de formes correspondan- tes. BAD ORIGINAL G3u22O, E a G-QaCJE,- a ^,2a,. ap alieaxa puccas un z:en-, aun37. sa- sapu, p r.e9os72,e un,pro aD-u-s.; alWn7-:3Z E-e ZUSIjd 'GOuOS eI ao a-= ap uc:: nDo:,p suaom saG UOT?.ST:=? Z ap aTdwaxa@:a;d un uasnr- a saanr sa *-ao unnb -a3 'u-2mnq d4 s:o no auEio un,p uoZwaoTdXa,T e Gautsap 'aTqda 3ooU?,p apuos aun zuejodwoo '-.aa-dde un uawanbTuaqos auzuom L azn9Tj ?7 a@qiqmas s.ua.aia sap zuau9.sap sanbTuapT saouaa;aaJ OL sap 'saan9Tj sao jnS asTia aa=a nad uoTUaAUTli uamroD aapuaudmoo uae7 -uoaaj axauue uTssap np saainST sal llaIwaj auusao TpGa a ed auzo; zuawap7^,I ud aaa7WTrip aGTPpO0TTq adiej aun,p aizoj snos aasTlaua -sa ?jTaUJxap aoej aToPel : arbre d'entrainement à l'arbre lié à l'organe moteur. L'appareil 1 destiné à l'exploration, notamment par ultra-sons, d'un organe du corps humain, tel qu'un oeil, comporte, comme montré sur la figure 1, une sonde d'échographie 2 à balayage mécanique sectoriel. Cette sonde 2 comprend un corps 3 contenant notamment une têee J' portant la cellule d'émission-réception d'un faisceau d'ondes, telles que des ultra-sons, et une poignée contenant le moteur 6 destiné à animer la tête 4 de la sonde, pcrtant ladite cellule, d'un mouvement de balayage angulaire permettant au faisceau d'ondes d'explorer le secteur plan 7 d'un organe (non representé). La sonde 2 est reliée au sys:ème électronique de pilotage et d'affichage d'informations 8 par un câble 9. En particulier, l'écran de vsual:sat=on 10 permet une representaticn en images bidimensionnelles des informations recueilies dans le secteur plan 7 exploré de l'organe. On a representé, sur les figures 2a.2b et 3a,3b, deux exemp!es de réalisation du corps 3 de ia sonde 2, et.en particulier des moyens d'arziculation de la tête 4. Sur ces fgures, lie bctier de la sonde n'a pas été représenté, pour des raisons de clarté du dessin. Le corps 3 comporte un premier arbre d'entrainement 11 susceptible d'être entrainé en rotation autour de son axe X-X par le moteur 6, et portant, à son extrémité libre 1la, un plateau 12 présentant un plan inclin 12a d'angle a par rapport à un plan orthogonal à l'axe X-X. L'angle a peut être, par exemple, éegal à environ 25c. Par ailleurs. un deuxième arbre 13 est solidaire de la tête de la sonde 2, er. pouvant tourner autour d'un deuxieme axe Y-Y perpendiculaire au premier axe X-X. De plus, un BAD ORIGINAL troisième arbre 14, traversant un alésage 12b du plan incliné 12, s'étend perpendiculairement à ce dernier, en etant lié à la tête 4, comme cela sera expliqué plus en détail par la suite. Le troisième axe Z-Z du troisième arbre 14 est concourant, au point 15, avec les premier X-X et deuxième Y-Y axes. Ainsi, comme déjà indiqué, la rotation du premier arbre d'entralnement 11 autour du premier axe X-X entraTne la rotation du troisième axe Z-Z autour du point de convergen- ce 15 des premier X-X, deuxième Y-Y et troisième Z-Z axes et, ainsi, le basculement de la tête 4 de la sonde 2, autour du deuxième axe Y-Y, d'un angle a égal à l'angle a du plan incliné 12, symétriquement de part et d'autre du plan défir.i par les premier X-X et deuxième Y-Y axes. Plus particulièrement, dans l'exemple de réalisation des- figures 2a,2b, un étrier 16 est monte sur le plateau 12 sur l'arbre 14, les branches 17 et 18 de l'étrier 16 encadrant Sa tête L, par leurs faces parae::èes respectives 17a et 16a, conjuguées des faces parallèles correspondantes de la tête 4, en l'immobilisant ainsi en translation. en coopération avec une vis ou analogue 19. Par ailleurs, le deuxième arbre 13 est immobilisé en translation par les faces planes parallèles en regard 60a,61a de deux partes 6C,61, s'étendant parallèlement a l'axe X-X, solidaires du corps 3. Dans l'exemple de réalisation des figures 3a,3b, une coulisse 20, libre autour de l'axe Z-Z, est.montée sur le plateau 12, sur l'arbre 1', et peut se déplacer entre Les deux branches 21 et 22 d'un étrier 23 sclidaire de la t.ete 4 de la sonde 2, et, en particulier, entre les faces planes et parallèles 2ia et 22a de ce dernier. Dans ce cas, le deuxième arbre 13 est tourillonne au voisinage des extrémités libres de partes 24,25 s'étendant parallêlement a l'axe X-X du corps 3. 1 On se référera maintenant aux figures 4 et 5, sur lesquelles une sonde 2 conforme à l'invention a été représentée plus en détail. Le corps 3, contenant la tête 4, de la sonde 2 et la poignée 5 de cette dernière sont logés, chacun, dans un boftier 30,31. Dans cet exemple de réalisation, nous retrouvons les différents éléments de la cinématique illustrée par les figures 3a et 3b, c'est-à-dire: - un premier arbre d'entraînement 11, rotatif autour de son axe X-X, portant à son extrémité libre 11a un plateau 12 présentant un plan incliné 12a d'angle a égal par exemple, comme dans le cas illustré, à 25 ; - un deuxième arbre 13 solidaire de la tête 4 de la sonde 2 cul tourillonne librement dans les bagues 32 solidaires du corps 3, lesquelles bagues peuvent être réalisées en saphir, en carbure de tungstène ou en bronze (on notera qu'un tel arbre 13 peut être creux en autorisant ainsi la sortie de câbles de liaison électrique (non representés) entre:a partie active de la cellule d'émission-réception et le reste de La sonde); et - un troisième arbre 14, perpendiculaire au plan incliné 12a et lié à ce dernier, sur lequel est montée la coulisse oui peut se déplacer entre les branches de l'étrier 23 solidaire de la tête 4. La tête 4 et les moyens d'articulation de celle-ci sont logés dans une chambre étanche 33 définie par le bottier 30 et des joints d'étanchéié 34, 35, chambre 33 dans laquelle peut êere contenu un fluide de transmission du faisceau d'ondes, assurant de plus la bonne lubrification de l'ensemble cinématique. Par ailleurs, la chambre étanche 33 presente une fenêtre 3E, transparente aux ondes dudit faisceau, destinée à venir au contact de l'organe à explorer. En pratique, un anneau en élastomère 37 permet de diviser. la chambre étanche 3 en BAD ORIGINAL 1 deux volumes 38 et 35. Un tube capillaire 40, traversant l'anneau 37, est à fleur du volume 38 et fait saillie, dans le volume 39, de sorte que le volume 38 est complètement rempli de liquide de transmission, et qu'une bulle, souvent présente lors du remplissage et même parfois nécessaire aux dilatations, est localisée dans le volume 39, en étant piégée à la base du tube capillaire 40, de sorte que la bulle ne peut pas s'interposer entre la cellule d'émission- réception et l'organe à explorer. L'arbre d'entralnement 11 est rendu solidaire d'une douille 41, liée au corps 3 de la sonde 2, par l'intermédiaire d'une goupille 42. Comme on peut le voir sur les figures 6 et 7, la douille 41 présente un organe mâle 43 qui y est rapporté., destiné à coopérer avec un organe femelle L4 d'un arbre creux a5 qui est relié au moteur 6, pour ainsi transmettre, en position engagée, le mouvement du moteur 6 à la cinéma- tique. De plus, une telle structure autorise, sur 3600 de rezprage anguaiare pcssibie, une position et une seule pour le couplage des parties de la sonde. La position de l'organe mâle sur l'arbre recepteur est repérée par rapport à une des deux positions extrêmes de:a tate portant la cellule d 'émission-récep ion. Selon la forme de realisation de la figure 6, les faces d'exrémi té Lia, 45a de la douille e1 et de l'arbre creux L5 sont biseautées de façon correspondante. En revanche, selon la forme de réalisation de la figure 7, la face d'extrém--ité L5a de l'arbre creux L5 est réalisée sous forme d'une rampe héliccfdale délimitée par l'évidement formé par l'organe femelle L. L'acostage des deux pièces 3O est facilité par la taille héliccodaie de la face d'extré- m.:é 45a de l'arbre creux L,, dite "en dent de loup". Cet entra;nement permez de pus une connection des deux pièces en rctation, c'est-à-dire alors que le moteur continue de tourner, ce qui permet de changer de type de sonde en fonctionnement. BAD ORIGINAL 1 Par ailleurs, le corps 3 présente un fourreau 50 muni de billes 51, maintenues en place par un ressort annulaire 52, destinées à s'engager dans une gorge annulaire (non représentée) de la poignée 5, contenant le moteur 6, en verrouillant ainsi ensemble les deux parties de la sonde 2. De plus, le corps 3 présente des douilles 53 (une seule étant montree sur la figure 4) destinées à coopérer avec des broches 54 (figure 5) prévues sur la poignée 5 pour réaliser la liaison électrique entre les deux parties de la sonde 2. En outre, une goupille 55, sur la poignée 5, peut coopérer avec un trou borgne 56 prévu à l'extrémité, en regard de la poignée 5, du corps 3, pour l'indexage. Le princime de fonctionnement de la sonde d'échographie selon l'in.,venion est le suivant. 1 out d'abord,:il convient d'orienter le corps 3 de la sonde 2. cr...enan. la tête 4 munie d'une cellule d'émission-récep- or. d'un faisceau d'ondes, par rapport a la poignée 5 contenant le moteur 6. Cela est réalisé, de facon univoque, grâce à l'indexage fourni par la structure particulière montrée sur les figures 6 et 7, et expliquée en détail ci-dessus. En poursuivant l'enfoncement de la poignee 5 par rapport au corps 3, les broches 54 établissent le contact électrique avec les douilles 53 et, en fin de course, les billes 51 verrouiient les deux parties de la sonde, sous l'action du ressort 52, et en coopération avec la gorge correspondante. A ce moment, la mise sous tension du moteur 6 (et de la cellule d'émission-réception) permet l'animation des moyens d'articulation de la ttêe L et permet, ainsi, à la tête 4, portant -a ceilul e d'émir.ssion-récepton du faisceau d'ondes, de balayer l'organe à ex:lcrer. par exemple un oei, sous un angle plan de 2", a une vitesse correspondant a la -tesse de rotation du moteur 6. BAD ORIGINAL 1 A la sortie du moteur 6, on peut prévoir un système de repérage (non représenté), constitué d'un disque présentant un repère et un seul, sur 360', détecté par un détecteur électrique, électronique, magnétique ou optique, permettant de situer la position de l'organe femelle 44, de sorte que, après accouplement des parties de la sonde, on puisse détecter une des positions extremes de la tête 4 (et donc de la cellule d'émissionréception du faisceau d'ondes), en définissant, par exemple, le haut d'une image par initiali- sation de l'électronique de commande. D'autres dispositifs (non représentés) permettent de raccorder l'ensemble mécanique à des moyens d'alimentation et de commande. Il est également bien évident. que, selon l'organe à explorer et le débattement angulaire nécessaire, on peut utiliser différentes tetes portant différentes cellules d'émission d'un faisceau d'onces, oui peuvent etre des ondes lumineuses (laser, à nautes frécuences, ultra-sonores. 1 - Sonde d'échographie, du type comprenant: - un boitier, - une tête montée au voisinage de l'extrémité dudit bottier, proche de l'organe a explorer, en position de travail, ladite tête comportant au moins une cellule d'émission-réception d'un faisceau d'ondes, notamment ultrasonores, - un premier arbre d'entrainement susceptible d'être entrainé en rotation, autour d'un premier axe, par un 1C organe moteur contenu dans ledit boliier, et - des movens d'articulation de ladite tête reliés audi. t arbre, pour permettre le balayage de l'organe à explorer par ledit faisceau d'ondes, caractérisée en ce que iesdits moyens d'articulation comprennent: - un plar. _nliné (12a) d'angle (a) prédéterminé prévu à 'extrémité libre (lia) dudit premier arbre (11), - un deuxième arbre (13), sclidaire de ladite tête (4), pouvant tourner d'un deuxième axe (Y-Y) perpendiculai- re audit premier axe (X-X) et immobilisé en translation et, - un troisieme arbre (14) s'étendant perpendiculaire- ment audit plan incliné (12a), et lié audit plan incliné (12a) et à ladite tête (4), le troisieme axe (Z-Z) dudit troisième arbre (14) étant concourant avec lesdits premier (X-X) et deuxième (Y-Y) axes, de sorte que la rotation dudit premier arbre d'entraînement (11) autour dudit premier axe (X-X) entra[ne la rotation dudit troisieme axe (Z-Z) autour du pcint de convergence (15) desdizs premier (X-X), deuxième (Y-Y) et troisième (Z-Z) axes et, ainsi, le basculement de ladite tête (4), autour dudit deuxième axe (Y-Y), cd'un angle (a) égal à angle (a) dudit plan incliné (12a), symétricuement de part et d'autre du plan deé.ni par esdits premier (X-X) e deuxième (Y-Y) axes. BAD ORIGINAL 2 - Sonde selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite tête (4) est reliée audit plan incliné (12a) par un étrier (16)., monté sur ledit troisième arbre (14), dont les branches (17-18), reliées l'une à l'autre par une vis (19) ou analogue, immobilisent ladite tête (4) en translation. 3 - Sonde selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit deuxième arbre (13) est immobi- lisée en translation entre des faces planes parallèles en regard (60a,61a) de deux pattes (60,61), s'étendant parallè- lement audit premier axe (X-X), solidaires du corps (3) de la sonde (2). 4 - Sonde selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite tête (4) est reliée audit plan incliné (12a) par une coulisse (20), montée sur ledit troisième arbre (14), pouvant se déplacer entre les branches (21,22) d'un étrier (23) solidaire de ladite tête (4). - Sonde selon la revendication, caractérisée en ce que ledit deuxieme arbre (13) est tourillonné aux voisinages des extrémités libres de partes (24,25) s'étendant para'llèlemen.t audit premier axe (X-X), solidaires du corps (3) de la sonde (2). 6 - Sonde selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ledit plan incliné (12a) présente un angle, par rapport à un plan orthog.onal audit premier axe (X-X), d'environ 250. 7 - Sonde selon l'une quelconcue des revendications 1 à-6, caractérisée er. ce cue ladite tête (4) et lesdits moyens d'articula:i on sont logés dans une chambre étanche (33), 3C définie par ledit bc:ier (30) et des organes d'étanchéité (31,35) prévus entre ce dernier et ledit corps, et destinée a etre rermplie d'un liquide de transmission dudit faisceau d'ondes. BAD ORIGINAL 1 - Sonde selon la revendication 7, caractérisée en ce que ladite chambre (33) est divisée en deux volumes (38,39) par un anneau d'étanchéité (37) traversé par un tube capillaire (40). 9 - Sonde selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que l'extrémité dudit premier arbre d'entraînement (11) , opposée à l'extrémité de celui-ci portant ledit plan incliné (12a) et insérée dans une douille (41) solidaire du corps (3) de la sonde (2), est apte à être reçue dans un arbre creux (45) lié à l'organe moteur (6), les faces d'extrémité en regard (41a) et (45a) de la douille (41) et de l'arbre creux (45) présentant respectivement des organes mâle (43) et femelle (44) d'indexage, de formes correspondantes. 10 - Sonde selon la revendication 9, caractérisée en ce Que lesdites faces d'extrémité (41a,45a) sont tiseautées de façon correspondante. li - Sonde selon la revendication 9, caractérisée er. ce que, ledit organe femelle (U4) étant prévu dans Ladite face d'extrémité (45a) de l'arbre creux (4e,), ladi-e face d'extrémité est réalisée sous forme d'une rampe hélicoïdale (45a) délimitée par l'évidemenr. formé par ledit organe femelle (144). BAD ORIGINAL