- DOMAINE TECHNIQUE.

La présente invention concerne le domaine de la mesure des vitesses d'écoulement d'un flux et, plus particulièrement, celui de la mesure du flux sanguin dans les artères, en vue d'étudier la pro¬ pagation de l'onde de flux et rechercher, par ce moyen, toute anomali significative d'une perturbation d'écoulement due à une modification locale de la section de passage utile d'un vaisseau.

- ART ANTERIEUR.

Pour mesurer la vitesse d'un flux, deux techniques à base de vélocimètrie effet Doppler sont connues.

La technique dite à émission ultrasonore continue permet de mesurer la valeur de la vitesse moyenne de l'ensemble des particules @n mouvement dans le champ ultrasonore défini par un faisceau émis. Pour disposer d'une image correspondant à un segment de vaisseau, il importe donc de prévoir des moyens permettant de déplacer succes¬ sivement le faisceau pour explorer des tranches successives d'un seg¬ ment de vaisseau et relever ainsi, tranche par tranche, la valeur de la vitesse moyenne.

Le déplacement du faisceau peut être assurée mécaniquement ou ëlectroniquement.

Quels que soient les moyens utilisés pour ce faire, on conçoit que l'information correspondant à chaque tranche doit être mémorisée pendant toute la durée de l'exploration du segment de vaisseau con¬ sidéré, afin de pouvoir ensuite utiliser l'ensemble des informations collectées pour reproduire une image du segment de vaisseau exploré. Cette image peut s'analyser alors comme étant une rétroprojection du plan du segment de vaisseau. On comprend qu'une telle technique ne permet pas d'obtenir une

image en temps réel du flux sanguin et ne peut donc être pratiquement mise en oeuvre pour étudier l'onde de flux sanguin alors que cette onde connaît des variations notables au sein même d'un cycle cardiaqu La seconde technique, dite de vélocimétrie à effet Doppler par émission codée, puisée ou pseudo-aléatoire, permet de relever au sein d'un faisceau ultrasonore les valeurs de vitesse en un certain nombre de points du faisceau. Pour obtenir une image d'un segment de vaissea il est nécessaire, comme précédemment, de déplacer le faisceau pour explorer le segment par tranches successives et disposer ainsi d'une matrice de points mémorisés pour former l'image. Ce déplacement peut être produit mécaniquement ou électroniquement, comme dans la tech¬ nique précédente et comporte les mêmes inconvénients.

Il doit être noté que, si la première technique permet d'obtenir une image pouvant être assimilée à une rétro-projection du segment de vaisseau exploré, la seconde fournit une image en coupe selon un plan formé par les différentes lignes d'exploration successives. Compte tenu du trajet non rectiligne suivi par les vaisseaux, on comprend que la seconde technique ne permet pas de disposer d'une image d'un segment de vaisseau de longueur suffisante. La demande de brevet française n° 81-10833 concerne une tech¬ nique de mesure en temps réel pour la visualisation des vitesses d'écoulement d'un flux en faisant intervenir il émissions pseudo- aléatoires, codées, indépendantes les unes des autres, qui sont appliquées simultanément à plusieurs groupes de transducteurs, de façon à émettre autant de faisceaux ultrasonores qu'il y a de groupes.

Dans cette technique, les différents faisceaux ultrasonores sont sensiblement parallèles et permettent ainsi d'explorer simultanément plusieurs tranches parallèles d'un segment de vaisseau en disposant dans chaque tranche de la mesure de vitesse du flux en un certain nombre de points.

On pourrait considérer que cette technique répond au problème posé, mais elle présente le même inconvénient que ci-dessus concer¬ nant l'obtention d'une image en coupe au lieu d'une rétroprojection en plan.

- EXPOSE DE L'INVENTION.

L'ohjet de l'invention est de remédier à cet inconvénient en proposant une nouvelle technique de mesure permettant, dans l'appli¬ cation à la mesure de la vitesse du sang dans les vaisseaux et, principalement, des artères, d'obtenir en temps réel une image rétroprojetée de l'évolution de l'onde de flux.

Un autre objet de l'invention est de proposer une nouvelle technique de mesure qui puisse être mise en oeuvre simplement, pra¬ tiquement et rapidement, au moyen d'un appareil pouyant être produit à un prix de revient intéressant.

Pour atteindre les buts ci-dessus, l'objet de l'invention est caractérisé en ce que le procédé de mesure consiste à :

- utiliser un émetteur composé de il transducteurs à large bande passante, électriquement séparés, - générer un nombre m de tensions sinusoïdales continues de fréquences différentes,

- appliquer, simultanément, à chacun des n_ transducteurs émetteurs l'une des m tensions sinusoïdales, afin de produire m faisceaux ultrasonores de fréquences diffé- rentes,

- recueillir l'ensemble des signaux-échos réfléchis par la cible visée sur un récepteur composé de ii transduc¬ teurs couplés aux transducteurs émetteurs et associés chacun à au moins une voie de traitement du signal-écho - filtrer sur chaque voie le signal-écho reçu par un filtre passe-bas ne laissant passer que le domaine spectral de réception associé à la fréquence d'émis¬ sion du transducteur émetteur couplé au transducteur récepteur considéré, - conformer le signal isolé recueilli et le diriger vers un fréquencemètre, - et alimenter un appareil de visualisation par un échantiHonneur scrutant successivement les sorties de n_ fréquencemètres correspondant aux ri transducteurs récepteurs.

Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention.

- BREVE DESCRIPTION DES DESSINS.

La fig. 1 est un schéma synoptique de l'appareil conforme à l'invention.

Les fig. 2 et 3 sont des schémas représentant une caractéris- tique de l'objet de l'invention.

La fig. 4 est un schéma synoptique illustrant une disposition élémentaire de l'appareil selon la fig. 1.

Les fig. 5 et 6 sont des schémas mettant en évidence une carac¬ téristique de l'un des éléments de l'invention en relation avec les fig. 2 et 3. ^"

Les fig. 7 à 10 sont des vues schématiques illustrant des images de mesure de vitesses au moyen de l'invention.

- MEILLEURE MANIERE DE REALISER L'INVENTION. Selon l'invention, le procédé et le dispositif proposent, pour mesurer en temps réel et obtenir une image des vitesses d'écoulement d'un flux, notamment sanguin à l'intérieur d'un vaisseau 1, de mettre en oeuvre un émetteur 2 composé de ri transducteurs-émetteurs 3 à large bande passante. Ces différents transducteurs 3 sont connectés chacun à un générateur 4 fournissant une tension sinusoïdale continue de fréquence propre.

A titre d'exemple, la fig. 1 montre un émetteur composé de huit transducteurs émetteurs 3. à 3 _g qui sont ainsi alimentés par huit générateurs oscillateurs 4. à 4 _g . Les tensions fournies par les générateurs 4. à 4„ sont appliquées simultanément aux transducteurs émetteurs correspondant 3. à 3„, afin que ces derniers produisent autant de faisceaux ultrasonores 5. à 5„ parallèles venant se réflé¬ chir sur les hématies du sang contenu dans le segment de vaisseau 1 devant être exploré. L'émetteur 2 est complété par un récepteur 6 composé d'autant de transducteurs récepteurs 7. à 7g qu'il y a de transducteurs

émetteurs 3, à 3 _Q auxquels ils sont respectivement couplés, de 1 o façon à recueillir chacun le signal-écho du faisceau incident cor¬ respondant. Il doit être considéré que, dans certains cas de réali¬ sation, les fonctions émission et réception peuvent aussi être assurées par un transducteur unique pour chaque faisceau.

Selon une caractéristique de l'invention, les générateurs oscil¬ lateurs 4, à 4 _Q sont choisis pour émettre des tensions continues 1 o ayant des fréquences différentes, séparées l'une de l'autre par un écart au moins égal à 4 Z de la fréquence de base. Dans un exemple de réalisation, cet écart est choisi à 8 % d'une fréquence de base fixée à 5 MHz pour l'oscillateur 4.. Ainsi, la fréquence d'émission du générateur oscillateur » est fixée à 5 MHz plus 40 KHz, et ainsi de suite. Ceci permet, comme illustré par la fig. 2, de séparer les différentes fréquences f. à f _g d'un écart suffisant pour éviter le chevauchement ou le recouvrement des différents spectres Doppler S. à S- qui leur sont attachés et dont l'étalement est généralement compris entre plus ou moins 10 KHz chacun. La fig. 2 montre les spectres Doppler S. à S_ reçus, par exemple, par le transducteur récepteur 7. en raison de l'émission simultanée des fréquences d'émission f. à f _g par les transducteurs 3. à 3 _g . Cette figure fait apparaître l'influence décroissante des spectres Doppler, en relation avec la distance séparant le transducteur récepteur 7. des transducteurs successifs 7„ à 7_. La fig. 3 montre les spectres Doppler S, à S„ reçus par le transducteur récepteur 7, en raison de l'émission simultanée des fréquences f. à f _g par les transducteurs émetteurs 3. à 3 _R . La comparaison avec la fig. 2 permet de consi¬ dérer l'influence des autres transducteurs en fonction de leur posi¬ tion et de leur ëloignement.

Puisque les différents transducteurs récepteurs 7, à 7 _Q sont

I o influencés par les signaux-échos en retour simultanés correspondant aux fréquences d'émission appliquées simultanément aux transducteurs émetteurs 3. â 3 _g , on comprend qu'il convient de pouvoir isoler pour chaque récepteur le signal-écho correspondant exactement au faisceau ultrasonore originel lui ayant donné naissance par réflexion sur les particules du sang et les parois du vaisseau.

A cet effet, l'invention préconise de mettre en oeuvre dans la voie de traitement 8. à 8. attachée à chaque transducteur ré¬ cepteur 7, un filtre capable d'éliminer tous les signaux échos ne correspondant pas au faisceau ultrasonore émis par le transducteur émetteur auquel il est couplé.

La fig. 4 montre une voie de traitement 8 comprenant, pour un couple de transducteurs émetteur 3 et récepteur 7, un amplificateur 9 dont la sortie est reliée, de même que celle du générateur oscilla¬ teur correspondant 4, à l'entrée d'un multiplieur 10. La voie de traitement 8 comprend également un filtre passe-haut 11 destiné à filtrer les signaux correspondant aux échos de parois, ainsi qu'un conformateur à seuil 12 branché sur un fréquencemètre 13. Les fré¬ quencemètres 13 des différentes voies sont reliés à un ëchantillon- neur scrutateur 14 commun alimentant un moyen de visualisation 15. La fig. 4 montre que la voie 8 peut être double et comporter une branche 8a_ lorsque le vélocimètre attaché à chaque couple de trans¬ ducteurs 3 et 7 est conçu pour fournir, en plus du signal de fré¬ quence, une information correspondant au sens de l'écoulement.

Selon l'invention, le filtrage est assuré en interposant un filtre 16 entre le multiplieur 10 et le filtre passe-haut 11. Le filtre 16 est du type basse-bas de façon à ne laisser subsister, pour le traitement par la voie considérée, que le signal correspon¬ dant au spectre Doppler S affecté à cette voie.

A partir de la fig. 2, les signaux échos traités par le multi- plieur 10 sont, ainsi que cela est connu dans la mesure par effet Doppler, translatés, de manière à faire correspondre la fréquence considérée avec l'origine, comme cela est illustré par les fig. 5 et 6 s'analysant par comparaison avec les fig. 2 et 3. Ces figures permettent de constater que, dans le cas de prise en compte du signal-écho correspondant aux transducteurs récepteurs 7. et 7. respectivement, il convient donc de prendre en charge, pour la voie 8 _j , le spectre Doppler S. et pour la voie 8~ le spectre Doppler S-, sans laisser passer les fréquences parasites correspondant aux spectres Doppler des fréquences adjacentes. Le filtre 16 est conçu de manière à laisser passer un domaine spectral correspondant à

la surface définie par le tracé T qui doit être déterminé pour in¬ troduire une atténuation telle que le spectre Doppler S ₂ correspon¬ dant à la fréquence f- - f. pour la voie 8. et S, + S. correspondant aux fréquences f, - f, et f_ - f ₂ pour que la voie 8_ soit occultée. A cet effet, selon l'invention, le filtre 16 de chaque voie 8 est d'un type capable d'introduire une atténuation minimale de 80 décibels entre le domaine spectral S à retenir et le domaine spec¬ tral le plus proche. En relation avec l'écart de fréquence, chaque filtre selon l'invention est choisi du type ButterWorth d'ordre 7. Par les moyens ci-dessus, chaque voie 8 assure la sélection et le traitement du signal écho correspondant exactement au faisceau ultrasonore émis par l'émetteur couplé au transducteur récepteur considéré et fournit ainsi, après filtrage des signaux parasites dûs aux échos de paroi et mise en forme, un signal directement uti- lisable par l'intermédiaire du fréquencemètre pour alimenter les moyens de visualisation 15.

Puisque les différents transducteurs émetteurs 3. à 3 _g émettent ainsi simultanément des émissions ultrasonores à des fréquences dif¬ férentes, mais que les voies de traitement attachées aux transduc- teurs récepteurs sont à même de ne prendre en compte pour le traite¬ ment que le signal-écho correspondant au faisceau émetteur auquel il est affecté, il devient possible de disposer, en temps réel de l'en¬ semble des signaux-échos qui permettent ainsi de posséder une infor¬ mation globale de mesure des vitesses moyennes dans les tranches du segment 1 correspondant aux faisceaux 5. à 5 _g .

Cette information globale permet ainsi de disposer d'une image en temps réel de l'onde de flux pour obtenir, par exemple, dans le cas où la barrette de transducteurs 3 et 7 est placée selon l'axe du segment de vaisseau, huit lignes continues L. à L _g visualisant l'écoulement du flux dans les huit tranches successives du segment de vaisseau comme illustré par la fig. 7, dans laquelle l'abscisse représente l'échelle de temps t^

La fig. 8 représente une autre possibilité de visualisation dans laquelle l'abscisse représente l'échelle de l'espace e. Dans ce cas, la visualisation est obtenu par une représentation à base d'échelle de gris ou de pseudo-couleurs. Cette figure illustre un

exemple selon lequel les huit vitesses d'écoulement locales sont sensiblement identiques, ce qui correspond, à un segment de vaisseau sensiblement constant.

Par contre, la fig. 9 illustre un exemple selon lequel les vitesses s'accroissent d'une tranche à l'autre, ce qui correspond à un segment de vaisseau dont la section diminue dans le sens d'écou¬ lement du flux.

Lorsque l'émetteur 2 est composé d'une ou plusieurs barrettes disposées perpendiculairement à l'axe du segment de vaisseau, il de- vient possible de visualiser la présence ou l'absence d'un flux et d'obtenir, comme cela est illustré par la fig. 10, une rétroprojec¬ tion en plan du segment visé.

Selon le nombre de transducteurs émetteurs 3 composant l'émet¬ teur 2, il est possible de considérer que l'influence parasite des émissions simultanées peut être négligée à partir du moment où elles sont suffisammen distantes d'un transducteur récepteur donné. En pratique, tel est le cas lorsque les transducteurs sont séparés d'un intervalle correspondant à huit ou dix transducteurs juxtaposés.

Dans un tel cas, pour faciliter la construction de l'appareil, il devient possible de mettre en oeuvre n_ transducteurs émetteurs et de générer un nombre de fréquences différentes m_ inférieur au nombre n_. Dans un tel cas, la même fréquence peut alors être appli¬ quée à deux transducteurs émetteurs dont les transducteurs récepteurs sont séparés par un nombre de transducteurs intermédiaires égal a m - 2.

Pour faciliter la construction de l'émetteur 2 et du récepteur 6, il est possible, au sens de l'invention, de constituer les dif¬ férents transducteurs à partir d'une plaque piézoélectrique,, telle qu'en zirconate de baryum, à large bande passante qui est sectionnée ou tronçonnée en autant de plaquettes élémentaires qui ont ainsi toutes les mêmes caractéristiques physiques.

- POSSIBILITE D'APPLICATION INDUSTRIELLE.

L'invention trouve une application intéressante dans la mesure du flux sanguin dans les artères en vue de mettre en évidence toute anomalie significative d'une perturbation d'écoulement.