Brevet FR2696000A1 — publié le 19940325

PROCEDE POUR DéTERMINER AVEC PRECISION LA VITESSE D'UN MILIEU LIQUIDE ET, EN PARTICULIER, LE DEBIT AORTIQUE AVEC UNE SONDE INTRACORPORELLE La présente invention concerne le domaine technique des mesures de vitesse et/ou de débit à l'aide de sondes ultrasonores aptes à assurer, en particulier, des mesures intracorporelles, en étant introduites dans le corps humain par un orifice naturel. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse pour la mesure du débit aortique par l'intermédiaire de la sonde introduite à l'intérieur de l'oesophage. Le brevet français 78-14 494 a proposé une sonde intracorporelle composée d'un cathéter formant une gaine souple contenant un flexible relié par l'une de ses extrémités, à un bloc-support sur lequel est monté au moins un transducteur ultrasonore connecté, extérieurement au cathéter, à une unité de commande et de traitement. L'autre extrémité du flexible est montée solidaire d'un organe d'entraînement en rotation du bloc-support sur lui-même. Une telle sonde permet, par effet Doppler, de déterminer la vitesse et, par suite, si le diamètre est par ailleurs connu, le débit du sang circulant à l'intérieur d'un vaisseau. li est rappelé que le débit est égal à la section du vaisseau multiplié par la vitesse spatiale moyenne à l'intérieur du vaisseau. Si la sonde décrite ci-dessus a permis d'effectuer un progrès important en ce qui concerne la mesure des débits aortiques, il apparaît que les mesures de débit effectuées par une telle sonde manquent de précision. En effet, au cours du cycle cardiaque, et en particulier, pendant la diastole, le profil de vitesse spatiale fait apparaître des zones de vitesses nulles ou suffisamment faibles pour ne pas pouvoir être mesurées à l'aide de la sonde et du dispositif de traitement utilisé conjointement. La vitesse moyenne spatiale ainsi mesurée est erronée, puisque seules les cibles animées d'un mouvement suffisamment rapide sont prises en compte. Dans ces conditions, la mesure du débit conduit à une erreur extrêmement importante dans la mesure où la vitesse moyenne mesurée est alors multipliée par la section totale du vaisseau. Cette erreur est d'autant plus importante que la surface couverte par les veines liquidiennes immobiles ou suffisamment lentes pour ne pas être détectées par la sonde, est elle-même importante par rapport à la section du vaisseau. La présente invention vise donc à remédier aux inconvénients ci-dessus en proposant un procédé capable d'améliorer notablement la précision de la mesure de la vitesse spatiale d'une cible mobile pour une mesure précise du débit de la cible et, notamment, du débit aortique. Un autre objet de l'invention vise à offrir un procédé capable d'effectuer des mesures précises de vitesse et, par suite, de débit, aussi bien pendant la diastole que la systole, ou des débits présentant des veines liquidiennes de faible vitesse. Pour atteindre l'objectif ci-dessus, le procédé selon l'invention consiste à - mesurer l'énergie rétrodiffusée totale de la cible mobile, lorsque cette dernière occupe la section totale du milieu, - mesurer l'énergie rétrodiffusée localisée de la cible mobile, lorsque cette dernière occupe une section partielle du milieu, - et corriger la mesure de la vitesse ou de débit lors d'une circulation de la cible mobile à travers une section partielle du milieu, par un facteur dépendant de l'énergie localisée et de l'énergie totale. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite cidessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation et de mise en oeuvre de l'objet de l'invention. La Fig. 1 est une coupe-élévation d'une sonde permettant la mise en oeuvre de l'invention. La Fig. 2 est un diagramme illustrant, dans le temps, l'énergie rétrodiffusée par la cible mobile. La Fig. 3 est un exemple d'une courbe de vitesse en fonction du temps, obtenue à partir de la sonde. La Fig. 1 montre un exemple de réalisation d'une sonde permettant la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, destiné à assurer des mesures intracorporelles de vitesse et/ou de débit. A cet effet, la sonde intracorporelle comprend un cathéter 1 formant une gaine ou un tube souple réalisé de manière connue par des matières choisies pour leurs caractéristiques de non toxicité et de bonne tolérance pour les muqueuses. La gaine 1 contient un flexible 2 qui est relié, par l'une de ses extrémités, à au moins un bloc-support 3 sur lequel sont montés des transducteurs ultrasonores 4 et 5. D'une manière classique, cette extrémité de la sonde 1, qui est destinée à être introduite dans le corps, est munie d'un ballonnet 6 entourant le bloc-support 3.Les transducteurs 4, 5 sont reliés à un câble électrique 7 placé dans la gaine 1 et sortant à l'extérieur du cathéter pour être connecté à une unité 8 de commande des transducteurs et de traitement des signaux délivrés par ces derniers. L'extrémité du flexible 2, opposée de celle pourvue du bloc-support 3, est reliée à un organe de manoeuvre 9, tel qu'un bouton moleté assurant une rotation sur lui-même du flexible 2. Le bloc-support 3 est aménagé pour recevoir au moins un transducteur ultrasonore 4, présentant un faisceau dit large 4a, à savoir adapté pour couvrir au moins toute la section S d'un milieu 10, tel qu'un vaisseau formant, de préférence, l'aorte et occupé par une cible mobile 11 formée, par exemple, par un flux sanguin. La sonde décrite dans l'exemple illustré est destinée à être introduite par un orifice naturel dans une voie naturelle, tel que l'oesophage 13 représenté en traits mixtes, puis déplacée axialement afin que les transducteurs 4 et 5 se trouvent placés en regard d'une section S de l'aorte 10. Le bloc-support 3 est alors déplacé sur luimême par l'intermédiaire du bouton de manoeuvre 9 transmettant son effet par le flexible 2, de manière à orienter convenablement les transducteurs 4, 5 en azimut. L'unité de commande et de traitement 8 comporte des moyens 14 reliés au transducteur 5 par une liaison 71, et conçus pour déterminer l'amplitude des signaux reçus en écho par le transducteur à faisceau étroit 5. Les moyens de détermination 14 sont reliés à des moyens 15 conçus pour détecter les maximums de l'amplitude des signaux réfléchis. L'unité de commande et de traitement 8 comprend, également, des moyens 16 reliés aux moyens 15, afin de déterminer l'intervalle d2-dl correspondant aux deux points extrêmes de l'aorte détectés à partir des maximums de l'amplitude des échos relatifs au signal du transducteur 5. La connaissance de l'intervalle d2-dl permet de calculer la section puisqu'il est connu ou considéré que le vaisseau est de section circulaire. Les moyens 16 déterminent, ensuite, l'intervalle P2-P1 à partir de l'intervalle d2-dl et de l'angle de divergence 8 entre les deux faisceaux, connu en particulier par construction. Ces moyens de détermination 16 pilotent des moyens de sélection 17 reliés au transducteur 4 par une liaison 72. Ces moyens 17 permettent de sélectionner uniquement les échos des signaux du transducteur 4 qui sont obtenus dans une plage de temps de réponse correspondant à l'intervalle P2-P1. Les moyens de sélection 17 sont reliés à des moyens de traitement classique 19 assurant l'obtention d'un signal Doppler. Ces moyens de traitement 19 sont connectés à des moyens 20 connus en soi, aptes à déterminer la vitesse moyenne spatiale Vm du sang traversant la section S de l'aorte 10. Selon une caractéristique avantageuse, la sonde est apte à mettre en oeuvre un procédé conforme à l'invention permettant des mesures précises de vitesse moyenne spatiale qui tiennent compte de la section des veines liquidiennes animées d'une vitesse nulle ou suffisamment faible pour être considérée comme nulle par les moyens 19, 20 fonctionnant de façon classique. Le procédé selon l'invention est ainsi apte à permettre des mesures de vitesse qui tiennent compte de la section effective ou réelle occupée par les hématies considérées en mouvement à l'intérieur de l'aorte. A cet effet, l'unité 8 comprend des moyens 21 aptes à mesurer l'énergie rétrodiffusée par les particules en mouvement, à savoir les hématies dans le cas du sang. L'énergie rétrodiffusée E, qui est proportionnelle au nombre d'hématies en mouvement, est mesurée à chaque instant, afin de connaître la masse de liquide en mouvement (Fig. 2). Ainsi, l'énergie E du signal reçu, est donnée par la formule suivante: E = e.c.l.S. avec c étant la concentration en particules, à savoir en hématies, e l'énergie rétrodiffusée par une particule et, le produit 1.S étant le volume de mesure dans lequel se trouvent les particules en mouvement. Les moyens de calcul de l'énergie 21 qui reçoivent le signal Doppler issu des moyens de traitement 19, déterminent à chaque instant l'amplitude ou l'énergie E rétrodiffusée par les cibles en mouvement. L'amplitude de signal Doppler est proportionnelle à la racine carrée de l'énergie rétrodiffusée. La sortie des moyens de calcul 21 est connectée à des moyens 22 conçus pour déterminer la valeur de l'énergie apparaissant à un ou plusieurs instants définis, en particulier, lors de la systole. Les moyens 22 sont ainsi reliés à des moyens 23 aptes à déterminer les instants où se produit la systole. D'une manière classique, la systole peut être détectée à partir de la vitesse maximale du sang, de l'énergie rétrodiffusée ou d'un électrocardiogramme. Les moyens 22 délivrent donc la valeur de l'énergie rétrodiffusée Es pendant la systole. De préférence, l'énergie rétrodiffusée Es, lors de la systole, est mesurée sur plusieurs cycles cardiaques, par exemple de l'ordre d'une dizaine, puis moyennée, afin de tenir compte des variations physiologiques normales. li doit être considéré que pendant la systole toutes les hématies sont en mouvement, de sorte que l'énergie totale rétrodiffusée Es à cet instant correspond au mouvement des cibles occupant la section totale S du vaisseau. En dehors de la systole et, notamment, pendant la diastole, la surface SD couverte par les particules effectivement en mouvement est susceptible de se trouver réduite par rapport à la section complète S. La prise en compte de l'énergie rétrodiffusée, lors de la systole Es et lors de la diastole ED, permet de déterminer la surface réelle ou effective théorique SD participant au débit. Un telle surface est telle que: SD = S.(E#/E5) = S.K. Le facteur de correction K est déterminé par des moyens de correction 24 reliés au moyens 21, 22. D'une manière avantageuse, les moyens de correction 24 pondèrent le facteur K par un coefficient de correction pratique qui tient compte des caractéristiques techniques du transducteur 4 utilisé et des moyens 19, en particulier de la valeur minimale des vitesses détectées et de la bande passante du signal Doppler. Ces moyens de correction 24 sont connectés à des moyens 25 qui sont reliés aux moyens 20 de détermination de la vitesse moyenne spatiale. Ces moyens 25 permettent de calculer, à partir des valeurs de la vitesse moyenne spatiale et du facteur de correction K, la vitesse moyenne Vc corrigée, et par suite, le débit du sang en mouvement sur la surface localisée SD, à partir de la connaissance de la section du vaisseau. La Fig. 3 illustre un exemple de courbe donnant la vitesse corrigée Vc en fonction du temps. Cette courbe permet d'apprécier la correction effectuée à partir des vitesses brutes de mesure qui sont schématisées en traits discontinus lors de la diastole D. Le procédé selon l'invention permet d'obtenir une précision élevée sur les mesures de vitesses et, par suite, de débits du sang, puisque ces valeurs mesurées tiennent compte de la section effective participant au débit de sang. Tel que cela apparaît plus précisément à la Fig. 2, le facteur de correction déterminé par les moyens 24 est appliqué uniquement lorsque l'énergie rétrodiffusée est inférieure à un seuil N donné, de nature fixe ou réglable, pour tenir compte à la fois des variations physiologiques et des variations statistiques normales du signal Doppler connues par ailleurs. Avantageusement, le seuil N est compris entre 10 et 50 % de l'énergie rétrodiffusée maximale rétrodiffusée Es pendant la systole et, de préférence, de l'ordre de 25 %. Une telle comparaison effectuée par des moyens 26 interposés entre les moyens 21-22 et 24 permet de corriger à chaque instant du cycle cardiaque, les valeurs de vitesse et de débit, particulièrement lors de la diastole D, comme cela apparaît plus précisément à la Fig. 3. Bien entendu, les divers moyens constitutifs de l'unité 8 peuvent être réalisés d'une manière programmée ou câblée. De plus, il est à noter que les différents circuits nécessaires au fonctionnement des transducteurs 4, 5 n'ont pas été décrits plus précisément, car ils ne font pas partie de l'invention et sont connus en soi. Par ailleurs, il doit être considéré que la description qui précède concerne un procédé de mesure effectuée à l'aide d'une sonde intracorporelle. Bien entendu, il est clair que l'objet de l'invention peut être appliqué à une sonde extracorporelle. Dans ce cas, la sonde ne comporte pas le cathéter 1 et le flexible 2. Par exemple, il peut être envisagé de mesurer le débit de l'aorte ascendante par voie susternale. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS: 1 - Procédé pour mesurer le débit d'une cible mobile (11) à l'intérieur d'un milieu (10) dont au moins une section (S) est explorée par au moins un transducteur ultrasonore (4, 5), caractérisé en ce qu'il consiste - à mesurer l'énergie rétrodiffusée totale (Es) de la cible mobile, lorsque cette dernière occupe une section totale (S# du milieu, - à mesurer l'énergie rétrodiffusée localisée (ED) de la cible mobile, lorsque cette dernière occupe une section partielle (sud) du milieu, - et à corriger la mesure de la vitesse ou de débit lors d'une circulation de la cible mobile à travers une section partielle du milieu, par un facteur dépendant de l'énergie localisée (ED) et de l'énergie totale (Es). 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que qu'il consiste à corriger le débit uniquement lorsque l'énergie mesurée est inférieure à un seuil donné (N) compris entre 10 et 50 % et, de préférence, de l'ordre de 25 %, de l'énergie rétrodiffusée maximale. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer l'énergie rétrodiffusée totale (Es) sur plusieurs cycles pendant lesquels la cible mobile occupe la section totale du milieu. 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à corriger la mesure de vitesse ou de débit, par un facteur de correction (K) correspondant au rapport de l'énergie localisée (ED) sur l'énergie totale (Es), le facteur de correction (K) étant pondéré par un coefficient de correction dépendant des caractéristiques du transducteur (4, 5).