FR3148711A1 - Lung tomography device and system and associated tomography method - Google Patents
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Abstract
Titre : Dispositif et système de tomographie de poumons et procédé de tomographie associé L’invention concerne un dispositif et un système de tomographie (1) des poumons (20), le dispositif comprenant un support (10), et au moins cinq émetteurs-récepteurs (11) fixés sur le support (10) configurés pour émettre et recevoir une onde ultrasonore de fréquence variable sur une plage de fréquence, les émetteurs-récepteurs (11) étant agencés selon au moins deux premiers ensembles (110) chacun en regard d’un poumon (20) d’un corps (2) humain ou animal. Le procédé de tomographie associé comprend l’émission et la réception de l’onde ultrasonore selon des profils d’émission et de réception, par les émetteurs-récepteurs (11), et une analyse de la déformation entre ces profils pour obtenir la vitesse de l’onde en fonction de la fréquence et de la direction de propagation de l’onde, et construire une tomographie sur la base d’une donnée relative à cette vitesse. Figure pour l’abrégé : Fig.2 Title: Lung tomography device and system and associated tomography method The invention relates to a lung (20) tomography device and system (1), the device comprising a support (10), and at least five transceivers (11) fixed on the support (10) configured to transmit and receive an ultrasonic wave of variable frequency over a frequency range, the transceivers (11) being arranged according to at least two first sets (110) each facing a lung (20) of a human or animal body (2). The associated tomography method comprises the transmission and reception of the ultrasonic wave according to transmission and reception profiles, by the transceivers (11), and an analysis of the deformation between these profiles to obtain the speed of the wave as a function of the frequency and the direction of propagation of the wave, and to construct a tomography on the basis of data relating to this speed. Figure for abstract: Fig.2
Description
La présente invention concerne un dispositif pour la tomographie des poumons, un système de tomographie le comprenant, et un procédé de tomographie des poumons. Elle trouve plus particulièrement pour application la tomographie de poumons dans le domaine médical, par exemple pour le suivi de maladies pulmonaires que ce soit à l’hôpital ou en cabinet médical.The present invention relates to a device for lung tomography, a tomography system comprising it, and a method for lung tomography. It is more particularly applicable to lung tomography in the medical field, for example for monitoring pulmonary diseases whether in a hospital or in a medical office.
L’imagerie des organes humains est une opération médicale très courante permettant le diagnostic mais aussi l’étude de l’évolution des maladies. Dans les investigations pulmonaires, l’imagerie par rayons X est le moyen d’imagerie le plus utilisé.Imaging of human organs is a very common medical operation allowing diagnosis but also the study of the evolution of diseases. In pulmonary investigations, X-ray imaging is the most used imaging method.
Les rayons X sont générés par des tubes spécifiques à des fréquences très élevées (typiquement entre 3 EHz et 30 EHz avec 1 EHz = 1018Hz) et des longueurs d’ondes très faibles (typiquement entre 1 nm et 10 pm), ce qui explique à la fois leur capacité de pénétration ainsi que la résolution très élevée qui permet de visualiser des anomalies de très petites tailles (de l’ordre du μm). Le principe de l’imagerie par rayons X se base sur l’absorption des rayons X en fonction de la densité des tissus, elle-même liée à la concentration d’électrons. Les régions du corps de plus haute densité électronique absorbent plus de rayons X et, sur un film d’imagerie, cela produira une zone plus claire. Inversement, les régions avec une faible densité électronique vont absorber moins de rayons X et les zones correspondantes vont apparaître plus sombres à l’image.X-rays are generated by specific tubes at very high frequencies (typically between 3 EHz and 30 EHz with 1 EHz = 10 18 Hz) and very low wavelengths (typically between 1 nm and 10 pm), which explains both their penetration capacity and the very high resolution that allows very small anomalies to be visualized (of the order of μm). The principle of X-ray imaging is based on the absorption of X-rays as a function of tissue density, itself linked to the concentration of electrons. The regions of the body with a higher electron density absorb more X-rays and, on an imaging film, this will produce a brighter area. Conversely, regions with a lower electron density will absorb fewer X-rays and the corresponding areas will appear darker in the image.
L’imagerie par rayons X traditionnelle présente quelques limitations. Une première limitation tient au caractère bidimensionnel de la représentation des structures naturellement tridimensionnelles. Cela ne permet pas de mesurer précisément la taille et la position des régions d’intérêt pour le diagnostic. Une deuxième limitation tient à l’impossibilité de quantifier les densités des régions traversées par les rayons.Traditional X-ray imaging has some limitations. A first limitation is the two-dimensional nature of the representation of naturally three-dimensional structures. This does not allow for precise measurement of the size and position of regions of interest for diagnosis. A second limitation is the impossibility of quantifying the densities of the regions crossed by the rays.
Pour pallier ces limitations, la tomographie assistée par ordinateur (couramment désignée par le terme anglaisComputer Tomography– abrégé CT) est actuellement largement utilisée. Cette technique offre des images à haute résolution et tridimensionnelles permettant un meilleur diagnostic. Par la rotation du système d’émission et l’activation de plusieurs récepteurs, les deux contrôlés par l’ordinateur, il est possible d’imager l’objet à travers plusieurs plans et fournir ainsi une image 3D.To overcome these limitations, computer tomography (CT) is currently widely used. This technique provides high-resolution, three-dimensional images that allow for better diagnosis. By rotating the emission system and activating multiple receivers, both controlled by the computer, it is possible to image the object across multiple planes and thus provide a 3D image.
Bien que très performante pour un diagnostic précis des maladies pulmonaires, la CT reste un moyen d’investigation à rayons ionisants. Cela limite son utilisation en termes de fréquence d’exposition. De plus, c’est un moyen relativement cher, du fait du coût de l’équipement et du coût du geste médical.Although very effective for a precise diagnosis of lung diseases, CT remains a means of investigation using ionizing rays. This limits its use in terms of frequency of exposure. In addition, it is a relatively expensive means, due to the cost of the equipment and the cost of the medical procedure.
Afin de réduire l’exposition des patients à des rayons ionisants, surtout lorsque la zone à explorer est importante et que des examens doivent être effectués fréquemment, l’imagerie de type échographie ultrasonore représente une solution prometteuse.In order to reduce patient exposure to ionizing radiation, especially when the area to be explored is large and examinations must be carried out frequently, ultrasound imaging represents a promising solution.
Avec la pandémie de COVID-19, des chercheurs ont trouvé des corrélations entre l’échographie des poumons et les données obtenues par CT. Lors d’une échographie conventionnelle, un transducteur d’ultrasons est appliqué sur le patient par un praticien pour obtenir l’image d’une partie des poumons.With the COVID-19 pandemic, researchers have found correlations between lung ultrasound and CT scan data. In a conventional ultrasound scan, an ultrasound transducer is applied to the patient by a practitioner to obtain an image of a portion of the lungs.
Bien que moins contraignante et moins chère que la CT, l’échographie nécessite un contact prolongé avec les patients avec des risques de contamination. Le nombre d’actes pouvant être effectués est en outre limité, puisque l’échographie demande la participation d’un praticien spécialiste, typiquement pendant 20 à 40 minutes.Although less restrictive and less expensive than CT, ultrasound requires prolonged contact with patients with risks of contamination. The number of procedures that can be performed is also limited, since ultrasound requires the participation of a specialist practitioner, typically for 20 to 40 minutes.
Un objectif de l’invention est donc de fournir une solution d’imagerie des poumons autonome, en particulier pour limiter la nécessité de la présence du praticien et/ou offrir la possibilité d’un suivi continu.An objective of the invention is therefore to provide an autonomous lung imaging solution, in particular to limit the need for the presence of the practitioner and/or offer the possibility of continuous monitoring.
Pour atteindre cet objectif, selon un premier aspect on prévoit un dispositif pour la tomographie des poumons comprenant
- un support, et
- au moins cinq émetteurs-récepteurs fixés sur le support et configurés pour émettre et recevoir une onde ultrasonore de fréquence variable sur une plage de fréquence comprise dans un domaine allant de 1 MHz à 20 MHz, les émetteurs-récepteurs étant agencés selon au moins deux premiers ensembles chacun en regard d’un poumon d’un corps humain ou animal.
- a support, and
- at least five transceivers fixed on the support and configured to transmit and receive an ultrasonic wave of variable frequency over a frequency range in a domain extending from 1 MHz to 20 MHz, the transceivers being arranged in at least two first sets each facing a lung of a human or animal body.
Le dispositif permet ainsi l’émission et la réception d’ondes ultrasonores entre les différents émetteurs-récepteurs, pour leur propagation dans le corps humain ou animal au niveau de ses poumons. Les émetteurs-récepteurs étant fixés sur le support, ils forment un réseau de géométrie déterminée permettant la collecte d’informations dans le volume que représente les poumons par la propagation des ondes ultrasonores dans cet organe. Grâce à ce réseau d’émetteurs-récepteurs, le dispositif peut être placé sur le corps humain ou animal et ensuite les mesures peuvent être exécutées de façon autonome sans nécessiter l’action d’un praticien. Les mesures pouvant être faites de façon autonome, un suivi en continu de l’état des poumons est rendu possible, par exemple en cas d’hospitalisation. Par rapport aux techniques conventionnelles de CT, le dispositif reste moins onéreux et plus facilement utilisable, ce qui rend cette technique accessible à la fois dans des structures de type hospitalières mais aussi dans de plus petites structures telles qu’un cabinet de ville.The device thus allows the emission and reception of ultrasonic waves between the different transmitters-receivers, for their propagation in the human or animal body at the level of its lungs. The transmitters-receivers being fixed on the support, they form a network of determined geometry allowing the collection of information in the volume represented by the lungs by the propagation of ultrasonic waves in this organ. Thanks to this network of transmitters-receivers, the device can be placed on the human or animal body and then the measurements can be carried out autonomously without requiring the action of a practitioner. Since the measurements can be carried out autonomously, continuous monitoring of the state of the lungs is made possible, for example in the event of hospitalization. Compared to conventional CT techniques, the device remains less expensive and more easily usable, which makes this technique accessible both in hospital-type structures but also in smaller structures such as a city practice.
Un deuxième aspect concerne un système de tomographie des poumons comprenant :
- le dispositif tel qu’introduit ci-dessus,
- des moyens de traitements aptes à :
- envoyer, à un émetteur-récepteur, une consigne d’émission d’une onde ultrasonore de fréquence émise variant sur une plage de fréquence comprise dans un domaine allant de 1 MHz à 20 MHz, selon un profil déterminé de variation de fréquence en fonction de temps, dit « profil d’émission »,
- recevoir, depuis au moins un autre émetteur-récepteur, un signal pour former un profil de variation de fréquence en fonction du temps), dit « profil de réception », de l’onde ultrasonore telle que reçue par l’au moins un autre émetteur récepteur,
- analyser la déformation entre le profil d’émission et le profil de réception, de préférence entre le profil d’émission et chaque profil de réception, de façon à déterminer la vitesse de propagation de l’onde en fonction de la fréquence et selon au moins une direction de propagation correspondant au placement relatif de l’au moins un autre émetteur-récepteur, de préférence chaque autre émetteur-récepteur, par rapport à l’émetteur-récepteur émettant l’onde ultrasonore,
- construire une tomographie des poumons selon une donnée relative à la vitesse de propagation de l’onde en fonction de la fréquence et de la direction de propagation.
- the device as introduced above,
- processing methods capable of:
- sending, to a transceiver, an instruction to transmit an ultrasonic wave of transmitted frequency varying over a frequency range in a domain extending from 1 MHz to 20 MHz, according to a determined profile of frequency variation as a function of time, called "transmission profile",
- receiving, from at least one other transceiver, a signal to form a frequency variation profile as a function of time), called a “reception profile”, of the ultrasonic wave as received by the at least one other transceiver,
- analyzing the deformation between the emission profile and the reception profile, preferably between the emission profile and each reception profile, so as to determine the propagation speed of the wave as a function of the frequency and according to at least one propagation direction corresponding to the relative placement of the at least one other transceiver, preferably each other transceiver, with respect to the transceiver emitting the ultrasonic wave,
- construct a tomography of the lungs based on data relating to the speed of propagation of the wave as a function of the frequency and direction of propagation.
Le système présente les mêmes effets et avantages que le dispositif selon le premier aspect et, comme le dispositif, permet la mise en œuvre du procédé selon l’aspect suivant.The system has the same effects and advantages as the device according to the first aspect and, like the device, allows the implementation of the method according to the following aspect.
Un troisième aspect concerne un procédé de tomographie des poumons d’un corps humain ou animal, comprenant :
- une application d’un dispositif selon le premier aspect sur le tronc du corps humain ou animal, de façon à mettre chacun des deux premiers ensembles en regard d’un des deux poumons du corps humain ou animal,
- une pluralité de mesures, chaque mesure comprenant :
- une émission, par un émetteur-récepteur, d’une onde ultrasonore de fréquence émise variant sur une plage de fréquence comprise dans un domaine allant de 1 MHz à 20 MHz, selon un profil déterminé de variation de fréquence en fonction du temps, dit « profil d’émission »,
- une réception, par au moins un autre émetteur-récepteur, de l’onde ultrasonore émise pour former un profil de variation de fréquence en fonction du temps de l’onde ultrasonore émise, dit « profil de réception »,
- pour chaque mesure, une analyse de la déformation entre le profil d’émission et le profil de réception, de façon à déterminer la vitesse de propagation de l’onde en fonction de la fréquence et selon au moins une direction de propagation correspondant au placement relatif de l’autre émetteur-récepteur par rapport à l’émetteur-récepteur émettant l’onde ultrasonore,
- une construction d’une tomographie des poumons selon une donnée relative à la vitesse de l’onde en fonction de la fréquence et de la direction de propagation.
- an application of a device according to the first aspect on the trunk of the human or animal body, so as to place each of the first two sets opposite one of the two lungs of the human or animal body,
- a plurality of measures, each measure comprising:
- an emission, by a transmitter-receiver, of an ultrasonic wave of emitted frequency varying over a frequency range in a domain extending from 1 MHz to 20 MHz, according to a determined profile of frequency variation as a function of time, called "emission profile",
- a reception, by at least one other transmitter-receiver, of the emitted ultrasonic wave to form a frequency variation profile as a function of time of the emitted ultrasonic wave, called a “reception profile”,
- for each measurement, an analysis of the deformation between the emission profile and the reception profile, so as to determine the propagation speed of the wave as a function of the frequency and according to at least one propagation direction corresponding to the relative placement of the other transmitter-receiver with respect to the transmitter-receiver emitting the ultrasonic wave,
- a construction of a lung tomography according to data relating to the speed of the wave as a function of the frequency and direction of propagation.
La pluralité de mesures, avec changements séquentiels de l’émetteur-récepteur émettant l’onde ultrasonore entre au moins deux mesures successives, permet d’avoir des points d’origine distincts pour les différentes ondes ultrasonores émises, et donc plusieurs directions d’émission-réception. La propagation de chaque onde ultrasonore dans le corps humain ou animal permet d’obtenir un profil de réception qui va dépendre de l’état local du poumon du patient, le long de ces chemins de propagation de l’onde. Notamment, la vitesse de propagation de l’onde change en fonction de la fréquence selon l’état du poumon, dans la zone traversée par l’onde ultrasonore. Le procédé permet, à partir du profil de réception et du profil d’émission, d’obtenir la vitesse de propagation de l’onde dans une zone considérée du poumon en fonction de la fréquence de l’onde, selon le placement relatif de l’émetteur-récepteur émettant l’onde et du ou des émetteur(s)-récepteur(s) recevant l’onde. Une tomographie du poumon peut ainsi être reconstruite.The plurality of measurements, with sequential changes of the transmitter-receiver emitting the ultrasonic wave between at least two successive measurements, makes it possible to have distinct points of origin for the different ultrasonic waves emitted, and therefore several emission-reception directions. The propagation of each ultrasonic wave in the human or animal body makes it possible to obtain a reception profile which will depend on the local state of the patient's lung, along these wave propagation paths. In particular, the propagation speed of the wave changes according to the frequency according to the state of the lung, in the area crossed by the ultrasonic wave. The method makes it possible, from the reception profile and the emission profile, to obtain the propagation speed of the wave in a considered area of the lung according to the frequency of the wave, according to the relative placement of the transmitter-receiver emitting the wave and the transmitter(s)-receiver(s) receiving the wave. A tomography of the lung can thus be reconstructed.
Le dispositif comprenant un réseau d’émetteurs-récepteurs fixés, le procédé permet une tomographie des poumons sans avoir à déplacer manuellement une sonde ou les émetteurs-récepteurs. Le procédé peut être exécuté de façon autonome sans nécessiter l’action d’un praticien lors des mesures. Les mesures pouvant être faites de façon autonome, un suivi en continu de l’état des poumons est rendu possible, par exemple en cas d’hospitalisation. De même que pour les aspects précédents, par rapport aux techniques conventionnelles de CT, le procédé reste plus facilement utilisable et de coût réduit, ce qui rend cette technique accessible à la fois dans des structures de type hospitalières mais aussi dans de plus petites structures telles qu’un cabinet de ville. Le procédé peut mettre en œuvre le système de tomographie selon l’aspect précédent.The device comprising a network of fixed transceivers, the method allows a tomography of the lungs without having to manually move a probe or the transceivers. The method can be performed autonomously without requiring the action of a practitioner during the measurements. Since the measurements can be made autonomously, continuous monitoring of the state of the lungs is made possible, for example in the event of hospitalization. As for the previous aspects, compared to conventional CT techniques, the method remains more easily usable and of reduced cost, which makes this technique accessible both in hospital-type structures but also in smaller structures such as a city practice. The method can implement the tomography system according to the previous aspect.
Un quatrième aspect concerne un produit programme d’ordinateur comprenant des instructions, qui lorsqu’elles sont effectuées par au moins un processeur, exécutent au moins les étapes d’analyse de la déformation entre le profil d’émission et le profil de réception des mesures, et de construction de la tomographie des poumons du procédé selon le troisième aspect.A fourth aspect relates to a computer program product comprising instructions, which when carried out by at least one processor, execute at least the steps of analyzing the deformation between the emission profile and the reception profile of the measurements, and of constructing the tomography of the lungs of the method according to the third aspect.
Selon un exemple, les instructions exécutent en outre l’étape d’analyse de la déformation entre le profil d’émission de calibration et le profil de réception de calibration.According to one example, the instructions further perform the step of analyzing the deformation between the calibration emission profile and the calibration reception profile.
Un cinquième aspect concerne un procédé de diagnostic et/ou de suivi d’un état pulmonaire, par exemple d’une maladie pulmonaire, comprenant le procédé selon le troisième aspect.A fifth aspect relates to a method of diagnosing and/or monitoring a pulmonary condition, for example a pulmonary disease, comprising the method according to the third aspect.
Selon un exemple, le procédé de diagnostic et/ou de suivi comprend, suite à la construction de la tomographie, un diagnostic d’un état pulmonaire, par exemple une identification d’une zone atteinte du poumon.According to one example, the diagnostic and/or monitoring method comprises, following the construction of the tomography, a diagnosis of a pulmonary condition, for example an identification of an affected area of the lung.
Selon un exemple, le procédé de diagnostic et/ou de suivi comprend la construction de plusieurs tomographies à des temps distincts. Le procédé peut comprendre la comparaison entre elles de tomographies réalisées à des temps distincts pour surveiller l’évolution de l’état pulmonaire, et de préférence d’une zone atteinte du poumon.According to one example, the diagnostic and/or monitoring method comprises constructing multiple tomograms at distinct times. The method may comprise comparing tomograms taken at distinct times to monitor the evolution of the pulmonary condition, and preferably of an affected area of the lung.
Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée d’un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels :The aims, objects, as well as the features and advantages of the invention will become more apparent from the detailed description of one embodiment thereof which is illustrated by the following accompanying drawings in which:
Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier, les dimensions relatives des émetteurs-récepteurs et du dispositif pour la tomographie des poumons ne sont pas nécessairement représentatives de la réalité.The drawings are given as examples and are not limiting of the invention. They constitute schematic representations of principle intended to facilitate the understanding of the invention and are not necessarily to the scale of practical applications. In particular, the relative dimensions of the transceivers and the device for lung tomography are not necessarily representative of reality.
Avant d’entamer une revue détaillée de modes de réalisation de l’invention, sont énoncées ci-après des caractéristiques optionnelles qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement.Before commencing a detailed review of embodiments of the invention, optional features are set forth below which may optionally be used in combination or alternatively.
Selon un exemple, les émetteurs-récepteurs sont agencés de sorte que la distance d entre les émetteurs-récepteurs premiers voisins est inférieure ou égale à 10 cm.In one example, the transceivers are arranged such that the distance d between the first neighbor transceivers is less than or equal to 10 cm.
Selon un exemple, les émetteurs-récepteurs sont agencés selon les au moins deux premiers ensembles, et en outre un deuxième ensemble comprenant au moins un émetteur-récepteur et disposé entre lesdits premiers ensembles. Les deux premiers ensembles sont ainsi chacun en regard d’un poumon, et le ou les émetteurs-récepteurs du deuxième ensemble peuvent être disposés en regard d’autres organes du système respiratoire, par exemple le larynx, la trachée et/ou une ou les bronche(s). Les données acquises sont ainsi plus complètes.According to one example, the transceivers are arranged according to the at least two first sets, and furthermore a second set comprising at least one transceiver and arranged between said first sets. The first two sets are thus each facing a lung, and the transceiver(s) of the second set can be arranged facing other organs of the respiratory system, for example the larynx, the trachea and/or one or more bronchi. The acquired data are thus more complete.
Selon un exemple, le nombre desdits émetteurs-récepteurs est supérieur ou égal à sept. Selon un exemple, le nombre desdits émetteurs-récepteurs est inférieur ou égal à douze, de préférence inférieur ou égal à neuf. Le nombre desdits émetteurs-récepteurs peut être compris entre sept et douze, et plus préférentiellement encore compris entre sept et neuf. Lors du développement de l’invention, il a été mis en évidence que ces nombres d’émetteurs-récepteurs étaient suffisants pour construire une tomographie suffisamment détaillée des poumons. Plus on augmente le nombre d’émetteurs-récepteurs, plus la tomographie obtenue sera détaillée, du moins jusqu’à atteindre la limite physique de mise en place du réseau d’émetteurs-récepteurs. Afin de limiter la complexité et le coût du dispositif, il a été mis en évidence que pour la construction d’une tomographie des poumons, un nombre d’émetteurs-récepteurs inférieur ou égal à douze, et de préférence inférieur ou égal à neuf, était suffisant.According to one example, the number of said transceivers is greater than or equal to seven. According to one example, the number of said transceivers is less than or equal to twelve, preferably less than or equal to nine. The number of said transceivers may be between seven and twelve, and more preferably still between seven and nine. During the development of the invention, it was demonstrated that these numbers of transceivers were sufficient to construct a sufficiently detailed tomography of the lungs. The more the number of transceivers is increased, the more detailed the tomography obtained will be, at least until reaching the physical limit of setting up the transceiver network. In order to limit the complexity and cost of the device, it was demonstrated that for the construction of a tomography of the lungs, a number of transceivers less than or equal to twelve, and preferably less than or equal to nine, was sufficient.
Selon un exemple, les émetteurs-récepteurs des deux premiers ensembles sont agencés de façon symétrique relativement à un axe médian entre les deux premiers ensembles. Un réseau d’émetteurs-récepteurs symétrique en regard de chaque poumon est ainsi obtenu. Cela facilite ainsi la construction d’une tomographie des poumons car cette disposition symétrique est liée à l’anatomie du système respiratoire humain, qui est sensiblement symétrique. In one example, the transceivers of the first two sets are arranged symmetrically relative to a median axis between the first two sets. A symmetrical transceiver array facing each lung is thus obtained. This thus facilitates the construction of a tomography of the lungs because this symmetrical arrangement is linked to the anatomy of the human respiratory system, which is substantially symmetrical .
Selon un exemple, le support forme un vêtement, par exemple un gilet ou un tablier. Le dispositif peut ainsi être enfilé par le patient lui-même, ou par une personne l’aidant, simplifiant la mise en place et le maintien en place du dispositif sur le patient et donc l’exécution autonome du procédé de tomographie.In one example, the support forms a garment, for example a vest or an apron. The device can thus be put on by the patient himself, or by a person helping him, simplifying the placement and maintenance of the device on the patient and thus the autonomous execution of the tomography procedure.
Selon un exemple, le support comprend une feuille ou un tissu. Le support est ainsi facilement conformable au corps humain ou animal.In one example, the support comprises a sheet or fabric. The support is thus easily conformable to the human or animal body.
Selon un exemple, le support comprend des moyens d’attache externes au corps humain ou animal. Le dispositif peut ainsi être maintenu en place malgré des éventuels mouvements du corps, ce qui facilite les mesures et notamment l’acquisition de mesures réparties au cours du temps, par exemple lors d’un suivi continu.According to one example, the support comprises means of attachment external to the human or animal body. The device can thus be held in place despite possible movements of the body, which facilitates measurements and in particular the acquisition of measurements distributed over time, for example during continuous monitoring.
Selon un exemple, une évolution de la vitesse de propagation de l’onde est déterminée, en fonction de la fréquence et selon au moins une direction de propagation correspondant au placement relatif de l’au moins un autre émetteur-récepteur, de préférence chaque autre émetteur-récepteur, par rapport à l’émetteur-récepteur émettant l’onde ultrasonore. La tomographie construite peut être fonction de chaque évolution de vitesse déterminée.According to one example, an evolution of the propagation speed of the wave is determined, as a function of the frequency and according to at least one propagation direction corresponding to the relative placement of the at least one other transceiver, preferably each other transceiver, with respect to the transceiver emitting the ultrasonic wave. The constructed tomography can be a function of each determined speed evolution.
Selon un exemple, lors de l’émission de l’onde ultrasonore, lors de la pluralité de mesures et/ou lors de l’étape de calibration, le profil d’émission comprend une variation non linéaire de la fréquence en fonction du temps. Cela permet de limiter l’influence de mouvements du patient sur les mesures.According to one example, during the emission of the ultrasonic wave, during the plurality of measurements and/or during the calibration step, the emission profile comprises a non-linear variation of the frequency as a function of time. This makes it possible to limit the influence of patient movements on the measurements.
Selon un exemple, lors de l’émission de l’onde ultrasonore, lors de la pluralité de mesures et/ou lors de l’étape de calibration, le profil d’émission comprend une variation de la fréquence en fonction du temps selon une loi de modulation de fréquence cubique. Une modulation de fréquence cubique est en effet moins sensible à l’effet Doppler. La modulation de fréquence cubique. Les mouvements du patient impactent donc encore moins les mesures et/ou la calibration avec une modulation de fréquence cubique.According to one example, during the emission of the ultrasonic wave, during the plurality of measurements and/or during the calibration step, the emission profile includes a variation of the frequency as a function of time according to a cubic frequency modulation law. A cubic frequency modulation is in fact less sensitive to the Doppler effect. Cubic frequency modulation. The patient's movements therefore impact the measurements and/or the calibration even less with a cubic frequency modulation.
Selon un exemple, le procédé comprend, préalablement à la pluralité de mesures, une calibration du dispositif placé sur le corps humain ou animal, comprenant :
- une pluralité d’acquisitions, chaque acquisition comprenant :
- une émission, par un émetteur-récepteur, d’une onde ultrasonore de fréquence variant sur une plage de fréquence comprise dans un domaine allant de 1 MHz à 20 MHz, selon un profil déterminé de variation de fréquence en fonction de temps, dit « profil d’émission de calibration »,
- une réception, par au moins deux autres émetteurs-récepteurs, de l’onde ultrasonore émise pour former un profil de variation en fréquence en fonction du temps de l’onde ultrasonore émise, dit « profil de réception de calibration »,
- pour chaque acquisition, une analyse de la déformation entre le profil d’émission de calibration et le profil de réception de calibration, de façon à déterminer un profil d’émission optimal, et plus particulièrement augmentant, et de préférence maximisant, l’amplitude des profils de réception.
- a plurality of acquisitions, each acquisition comprising:
- an emission, by a transmitter-receiver, of an ultrasonic wave of frequency varying over a frequency range in a domain extending from 1 MHz to 20 MHz, according to a determined profile of frequency variation as a function of time, called a “calibration emission profile”,
- a reception, by at least two other transceivers, of the emitted ultrasonic wave to form a frequency variation profile as a function of time of the emitted ultrasonic wave, called a “calibration reception profile”,
- for each acquisition, an analysis of the deformation between the calibration emission profile and the calibration reception profile, so as to determine an optimal emission profile, and more particularly increasing, and preferably maximizing, the amplitude of the reception profiles.
La calibration permet d’améliorer la résolution de la tomographie, notamment en déterminant pour chaque récepteur le domaine de fréquence et/ou le déphasage relatif par rapport au(x) autre(s) récepteurs qui maximise le niveau de signaux mesurés.Calibration improves the resolution of the tomography, in particular by determining for each receiver the frequency domain and/or the relative phase shift in relation to the other receiver(s) which maximizes the level of signals measured.
Selon un exemple, le profil d’émission optimal :
- correspond à un profil de modulation en fréquence pour lequel une maximisation de la déformation entre le profil d’émission de calibration et le profil de réception de calibration est observée, et/ou
- correspond à un profil d’émission dont le déphasage maximise le signal reçu, et/ou
- présente une plage de variation de fréquence sur laquelle une maximisation de la déformation entre le profil d’émission de calibration et le profil de réception de calibration est observée.
- corresponds to a frequency modulation profile for which a maximization of the distortion between the calibration emission profile and the calibration reception profile is observed, and/or
- corresponds to an emission profile whose phase shift maximizes the received signal, and/or
- presents a frequency variation range over which a maximization of the distortion between the calibration emission profile and the calibration reception profile is observed.
Selon un exemple, entre les différentes mesures de la pluralité de mesure, chaque émetteur-récepteur émet au moins une fois l’onde ultrasonore. Ainsi, cela multiplie les points d’origine de l’onde ultrasonore, et donc permet de réaliser la tomographie de façon plus précise et plus complète.According to one example, between the different measurements of the plurality of measurements, each transceiver emits the ultrasonic wave at least once. Thus, this multiplies the origin points of the ultrasonic wave, and thus makes it possible to perform the tomography more precisely and more completely.
Selon un exemple, la réception du profil de réception est faite par au moins deux, et de préférence chacun, des autres émetteurs-récepteurs, la vitesse de propagation de l’onde en fonction de la fréquence étant déterminée pour des directions de propagation correspondant aux placements relatifs des au moins deux, et de préférence de chacun, des autres émetteurs-récepteurs par rapport à l’émetteur-récepteur émettant l’onde ultrasonore. Le profil de réception est ainsi obtenu pour plusieurs et de préférence pour chacun des émetteurs-récepteurs. Cela multiplie les points de réception de l’onde ultrasonore et donc les trajets mesurés de propagation de l’onde ultrasonore dans les poumons, pour améliorer les informations représentées dans la tomographie.In one example, the reception of the reception profile is made by at least two, and preferably each, of the other transceivers, the propagation speed of the wave as a function of the frequency being determined for propagation directions corresponding to the relative placements of the at least two, and preferably each, of the other transceivers with respect to the transceiver emitting the ultrasonic wave. The reception profile is thus obtained for several and preferably for each of the transceivers. This multiplies the reception points of the ultrasonic wave and therefore the measured propagation paths of the ultrasonic wave in the lungs, to improve the information represented in the tomography.
Selon un exemple préférentiel, la fréquence émise est variée sur une plage comprise entre 1 MHz et 10 MHz. Cette gamme représente un meilleur compromis entre les performances de propagation de l’onde et la résolution pouvant être obtenue. Selon un autre exemple, la fréquence émise est variée sur une plage comprise entre 10 MHz et 20 MHz. Les émetteurs-récepteurs peuvent ainsi être de dimensions plus réduite.According to a preferred example, the transmitted frequency is varied over a range between 1 MHz and 10 MHz. This range represents a better compromise between wave propagation performance and the resolution that can be obtained. According to another example, the transmitted frequency is varied over a range between 10 MHz and 20 MHz. The transceivers can thus be of smaller dimensions.
Selon un exemple, chaque mesure de la pluralité de mesures comprend une formation électronique de voie, et notamment pour au moins une partie et de préférence pour chaque profil de réception. La formation électronique de voie améliore la sensibilité spatiale et permet d’obtenir une tomographie de résolution spatiale accrue.In one example, each of the plurality of measurements includes electronic channel shaping, and in particular for at least a portion and preferably for each reception profile. Electronic channel shaping improves spatial sensitivity and enables tomography of increased spatial resolution.
Selon un exemple, la calibration comprend une formation électronique de voie, et notamment pour au moins une partie et de préférence pour chaque profil de réception de calibration. La formation électronique de voie permet alors lors de la calibration d’optimiser le déphasage pour maximiser le signal reçu. La résolution de la tomographie est donc améliorée.According to one example, the calibration comprises an electronic channel formation, and in particular for at least one part and preferably for each calibration reception profile. The electronic channel formation then makes it possible during the calibration to optimize the phase shift to maximize the received signal. The resolution of the tomography is therefore improved.
Dans la suite de la description, le terme « sur » ne signifie pas nécessairement « directement sur ». Ainsi, lorsque l’on indique qu’une pièce ou qu’un élément A est en appui « sur » une pièce ou un élément B, cela ne signifie pas que les pièces ou élément A et B soient nécessairement en contact direct avec l’autre. Ces pièces ou éléments A et B peuvent être soit en contact direct, soit être en appui l’une sur l’autre par l’intermédiaire d’une ou plusieurs autres pièces. Il en est de même pour d’autres expressions telles que par exemple l’expression « A agit sur B » qui peut signifier « A agit directement sur B » ou « A agit sur B par l’intermédiaire d’une ou plusieurs autres pièces ».In the remainder of the description, the term “on” does not necessarily mean “directly on”. Thus, when it is indicated that a part or element A is supported “on” a part or element B, this does not mean that the parts or elements A and B are necessarily in direct contact with each other. These parts or elements A and B may either be in direct contact or be supported on each other by means of one or more other parts. The same applies to other expressions such as, for example, the expression “A acts on B” which may mean “A acts directly on B” or “A acts on B by means of one or more other parts”.
Dans la présente demande de brevet, lorsque l’on indique que deux pièces sont distinctes, cela signifie que ces pièces sont séparées. Elles peuvent être :
- positionnées à distance l’une de l’autre, et/ou
- mobiles l’une par rapport à l’autre et/ou
- solidaires l’une de l’autre en étant fixées par des éléments rapportés, cette fixation étant démontable ou non.
- positioned at a distance from each other, and/or
- mobile relative to each other and/or
- integral with each other by being fixed by added elements, this fixing being removable or not.
Dans la présente demande de brevet, le terme « solidaire » utilisé pour qualifier la liaison entre deux pièces signifie que les deux pièces sont liées/fixées l’une par rapport à l’autre, selon tous les degrés de liberté, sauf s’il est explicitement spécifié différemment. Par exemple, s’il est indiqué que deux pièces sont solidaires en translation selon une direction, cela signifie que les pièces peuvent être mobiles l’une par rapport à l’autre, possiblement selon plusieurs degrés de liberté, à l’exclusion de la liberté en translation selon la direction. Autrement dit, si on déplace une pièce selon la direction, l’autre pièce effectue le même déplacement.In the present patent application, the term "solidary" used to qualify the connection between two parts means that the two parts are connected/fixed relative to each other, according to all degrees of freedom, unless explicitly specified otherwise. For example, if it is indicated that two parts are solidary in translation in one direction, this means that the parts can be movable relative to each other, possibly according to several degrees of freedom, excluding freedom in translation according to the direction. In other words, if one part is moved in the direction, the other part performs the same movement.
Plusieurs modes de réalisation de l’invention mettant en œuvre des étapes successives du procédé de fabrication sont décrits ci-après. Sauf mention explicite, l’adjectif « successif » n’implique pas nécessairement, même si cela est généralement préféré, que les étapes se suivent immédiatement, des étapes intermédiaires pouvant les séparer.Several embodiments of the invention implementing successive steps of the manufacturing method are described below. Unless explicitly stated, the adjective “successive” does not necessarily imply, even if this is generally preferred, that the steps follow one another immediately, intermediate steps being able to separate them.
Par ailleurs, le terme « étape » s’entend de la réalisation d’une partie du procédé, et peut désigner un groupe de sous-étapes.Furthermore, the term “step” means the performance of a part of the process, and can designate a group of sub-steps.
Par ailleurs, le terme « étape » ne signifie pas obligatoirement que les actions menées durant une étape soient simultanées ou immédiatement successives. Certaines actions d’une première étape peuvent notamment être suivies d’actions liées à une étape différente, et d’autres actions de la première étape peuvent être reprises ensuite. Ainsi, le terme étape ne s’entend pas forcément d’actions unitaires et inséparables dans le temps et dans l’enchaînement des phases du procédé.Furthermore, the term "step" does not necessarily mean that the actions carried out during a step are simultaneous or immediately successive. Certain actions of a first step may in particular be followed by actions linked to a different step, and other actions of the first step may be repeated subsequently. Thus, the term step does not necessarily mean unitary and inseparable actions in time and in the sequence of the phases of the process.
On entend par un paramètre « sensiblement égal/supérieur/inférieur à » une valeur donnée, que ce paramètre est égal/supérieur/inférieur à la valeur donnée, à plus ou moins 10 %, près de cette valeur. On entend par un paramètre « sensiblement compris entre » deux valeurs données que ce paramètre est au minimum égal à la plus petite valeur donnée, à plus ou moins 10 %, près de cette valeur, et au maximum égal à la plus grande valeur donnée, à plus ou moins 10 %, près de cette valeur.A parameter that is “substantially equal to/greater than/less than” a given value means that the parameter is equal to/greater than/less than the given value, within plus or minus 10% of that value. A parameter that is “substantially between” two given values means that the parameter is at least equal to the smallest given value, within plus or minus 10% of that value, and at most equal to the largest given value, within plus or minus 10% of that value.
On utilise le terme d’« onde ultrasonore » une onde acoustique , c’est à dire une vibration mécanique se propageant dans un milieu, dans un domaine de fréquence compris entre 1 MHz et 20 MHz.The term "ultrasonic wave" is used to describe an acoustic wave, i.e. a mechanical vibration propagating in a medium, in a frequency range between 1 MHz and 20 MHz.
Le principe général de l’imagerie par onde ultrasonore, et plus particulièrement par ultrasons, est tout d’abord décrit en référence à la
Une sonde échographique 60 est utilisée, comprenant plusieurs émetteurs-récepteurs d’ondes ultrasonores, typiquement dans la bande allant de 1 MHz à 10 MHz utilisée généralement dans l’imagerie ultrasonore. La sonde échographique 60 est déplacée par un praticien spécialiste sur la peau du corps 2. Lors de la mesure 61, les ondes ultrasonores sont émises 610 et font écho 611a, 611b sur les structures internes du corps 2, notamment sur un organe à imager 20’. Plusieurs scans bidimensionnels sont réalisés et ils constituent chacun une image ultrasonore. Le principe de base est que l’organe d’intérêt 20’ et leurs parties constituantes sont généralement caractérisés par des échos d’amplitudes plus fortes que les réflexions sur d’autres tissus que l’on ne cherche pas à imager.An ultrasound probe 60 is used, comprising several ultrasonic wave transmitters-receivers, typically in the band ranging from 1 MHz to 10 MHz generally used in ultrasound imaging. The ultrasound probe 60 is moved by a specialist practitioner on the skin of the body 2. During the measurement 61, the ultrasonic waves are emitted 610 and echo 611a, 611b on the internal structures of the body 2, in particular on an organ to be imaged 20'. Several two-dimensional scans are carried out and they each constitute an ultrasound image. The basic principle is that the organ of interest 20' and their constituent parts are generally characterized by echoes of stronger amplitudes than the reflections on other tissues that one does not seek to image.
Le dispositif pour la tomographie des poumons 1 selon le premier aspect de l’invention permet de s’affranchir de la présence et de l’opération manuelle effectuée par le praticien.The device for lung tomography 1 according to the first aspect of the invention makes it possible to dispense with the presence and manual operation carried out by the practitioner.
Le dispositif 1 comprend un support 10 sur lequel est fixé, de façon amovible ou non, des émetteurs-récepteurs 11, ou de façon équivalente « transducteurs », comme l’illustrent les figures 2 à 4. Ces émetteurs-récepteurs 11 forment un réseau d’émetteurs-récepteurs 11 de géométrie déterminée, solidaires entre eux, se superposant au moins en partie aux poumons 20 d’un corps 2 humain ou animal. Pour cela, les émetteurs-récepteurs 11 sont répartis en au moins deux premiers ensembles 110, destinés à être disposés en regard chacun d’un poumon 20. Certains émetteurs-récepteurs 11 peuvent en outre être agencés dans un deuxième ensemble 111 disposé entre les premiers ensembles 110. Ces émetteurs récepteurs 11 du deuxième ensemble 111 peuvent par exemple disposés de façon à être en regard d’autres structures 21 du système respiratoire, par exemple le larynx, la trachée et/ou une ou les bronche(s).The device 1 comprises a support 10 on which are fixed, removably or not, transceivers 11, or equivalently “transducers”, as illustrated in FIGS. 2 to 4. These transceivers 11 form a network of transceivers 11 of determined geometry, integral with each other, superimposing at least in part on the lungs 20 of a human or animal body 2. For this, the transceivers 11 are divided into at least two first sets 110, each intended to be arranged facing a lung 20. Certain transceivers 11 may also be arranged in a second set 111 arranged between the first sets 110. These transceivers 11 of the second set 111 may for example be arranged so as to be facing other structures 21 of the respiratory system, for example the larynx, the trachea and/or one or more bronchi.
Le principe de fonctionnement de l’invention est tout d’abord décrit de façon générale en référence aux figures 2 à 9, et des modes de réalisations particuliers sont décrits. La
Le dispositif 1 est appliqué sur le tronc 2a d’un corps 2 humain ou animal, ci-après désigné corps 2. Le dispositif 1 peut être appliqué de préférence sur la poitrine, comme illustré dans les figures 2 à 4. On peut prévoir, même si cela n’est pas préféré, que le dispositif soit appliqué dans le dos du patient 2. Le dispositif 1 est placé de façon à disposer chacun des premiers ensembles 110 en regard d’un poumon 20.The device 1 is applied to the trunk 2a of a human or animal body 2, hereinafter referred to as body 2. The device 1 may preferably be applied to the chest, as illustrated in FIGS. 2 to 4. It may be provided, even if this is not preferred, that the device be applied to the back of the patient 2. The device 1 is placed so as to arrange each of the first sets 110 opposite a lung 20.
À la suite de ce placement, un émetteur récepteur 11a est configuré pour émettre une onde ultrasonore 12 de fréquence variant sur une plage de fréquence comprise dans un domaine entre 1 MHz et 20 MHz, en fonction du temps. La fréquence instantanée est donc variée en fonction du temps pour former un profil déterminé. De façon équivalente, on parle de modulation de la fréquence de l’onde ultrasonore 12. L’émetteur-récepteur 11a peut émettre une onde 12 de fréquence variant sur une plage de fréquence plus étroite que le domaine entre 1 MHz et 20 MHz. Comme expliqué plus en détail ultérieurement, l’invention exploite une modification de profil en fréquence entre l’émission 410 de l’onde 12 et sa réception 411. Par exemple, l’onde varie sur une plage d’étendue de 6 MHz, par exemple de 5 MHz. Cette plage est donnée plutôt par la capacité de traitement des émetteurs-récepteurs, par exemple entre 1 MHz et 6 MHz, ou entre 5 MHz et 10 MHz.Following this placement, a transceiver 11a is configured to emit an ultrasonic wave 12 of a frequency varying over a frequency range comprised in a domain between 1 MHz and 20 MHz, as a function of time. The instantaneous frequency is therefore varied as a function of time to form a determined profile. Equivalently, we speak of modulation of the frequency of the ultrasonic wave 12. The transceiver 11a can emit a wave 12 of a frequency varying over a narrower frequency range than the domain between 1 MHz and 20 MHz. As explained in more detail later, the invention exploits a modification of frequency profile between the emission 410 of the wave 12 and its reception 411. For example, the wave varies over a range of 6 MHz, for example 5 MHz. This range is rather given by the processing capacity of the transceivers, for example between 1 MHz and 6 MHz, or between 5 MHz and 10 MHz.
Selon un exemple, le domaine dans lequel est comprise la plage de variation de fréquence est compris entre 1 MHz et 15 MHz, et de préférence entre 1 MHz et 10 MHz, correspondant à la bande généralement utilisée dans l’imagerie ultrasonore. Dans ces gammes, plus la fréquence est élevée, plus la résolution sera accrue. Toutefois, les performances de propagation peuvent diminuer pour des fréquences élevées. Les domaines de fréquences utilisés dépendent en outre de la technologie d’émetteur-récepteur utilisés, de façon connue pour l’homme du métier.According to one example, the range in which the frequency variation range is comprised is between 1 MHz and 15 MHz, and preferably between 1 MHz and 10 MHz, corresponding to the band generally used in ultrasound imaging. In these ranges, the higher the frequency, the greater the resolution will be. However, the propagation performance may decrease for high frequencies. The frequency ranges used further depend on the transceiver technology used, in a manner known to those skilled in the art.
Comme illustré en
Plus particulièrement, lors d’une mesure 41, l’émetteur-récepteur 11a émet 410 l’onde ultrasonore 12 de fréquence variant sur la plage de fréquence, selon un profil déterminé de variation de fréquence en fonction du temps. La fréquence instantanée émise varie au cours du temps pour former ce profil, dit « profil d’émission » 120. Au moins un autre émetteur récepteur 11b, distinct de l’émetteur-récepteur 11a qui émet l’onde ultrasonore 12, capte l’onde ultrasonore 12 après sa propagation dans les tissus. Cet émetteur-récepteur 11b capte le signal de l’onde pour former un profil de variation de fréquence en fonction du temps, dit « profil de réception » 121. La fréquence instantanée captée par le récepteur 11b varie au cours du temps, ce qui constitue le profil de réception 121.More particularly, during a measurement 41, the transmitter-receiver 11a emits 410 the ultrasonic wave 12 of frequency varying over the frequency range, according to a determined profile of frequency variation as a function of time. The instantaneous frequency emitted varies over time to form this profile, called the “emission profile” 120. At least one other transmitter-receiver 11b, distinct from the transmitter-receiver 11a which emits the ultrasonic wave 12, captures the ultrasonic wave 12 after its propagation in the tissues. This transmitter-receiver 11b captures the signal of the wave to form a profile of frequency variation as a function of time, called the “reception profile” 121. The instantaneous frequency captured by the receiver 11b varies over time, which constitutes the reception profile 121.
A titre d’exemple, comme illustré par les figures 6A et 6B, le profil de réception 121 peut être déformé selon la nature des tissus que traverse l’onde ultrasonore 12. En effet, dans un milieu homogène, la vitesse d’une onde ultrasonore ne dépend pas des fréquences. Dans un milieu hétérogène, composé de plusieurs types de matières comme c’est le cas pour les poumons 20, la vitesse de l’onde ultrasonore 12 dépend des impédances acoustiques des différents couches parcourues. Ces impédances influent sur les coefficients de transmissions des ondes dans le milieu. La vitesse de transmission varie donc, ainsi que la fréquence de l’onde, en fonction du milieu hétérogène traversé. On comprend dès lors qu’une déformation du profil de réception 121 par rapport au profil d’émission 120 est obtenue selon la nature des tissus traversés.For example, as illustrated by FIGS. 6A and 6B, the reception profile 121 can be deformed according to the nature of the tissues that the ultrasonic wave 12 passes through. Indeed, in a homogeneous medium, the speed of an ultrasonic wave does not depend on the frequencies. In a heterogeneous medium, composed of several types of materials as is the case for the lungs 20, the speed of the ultrasonic wave 12 depends on the acoustic impedances of the different layers passed through. These impedances influence the transmission coefficients of the waves in the medium. The transmission speed therefore varies, as does the frequency of the wave, according to the heterogeneous medium passed through. It is therefore understood that a deformation of the reception profile 121 relative to the emission profile 120 is obtained according to the nature of the tissues passed through.
Typiquement, en présence d’air, la vitesse de propagation d’une onde ultrasonore 12 est de 330 m/sec alors que la vitesse de propagation d’une onde ultrasonore 12 dans l’eau est de 1480 m/sec. Une atteinte pulmonaire a pour effet généralement un encombrement des voies respiratoires et qui obstruent le passage de l’air. Une augmentation de la vitesse de propagation de l’onde 12 sera observée, et une augmentation du nombre des fréquences propagées, car les ondes ultrasonores se propagent plus facilement dans des tissus contenant de l’eau.Typically, in the presence of air, the propagation speed of an ultrasonic wave 12 is 330 m/sec while the propagation speed of an ultrasonic wave 12 in water is 1480 m/sec. Pulmonary damage generally results in congestion of the respiratory tract and obstruction of the passage of air. An increase in the propagation speed of the wave 12 will be observed, and an increase in the number of frequencies propagated, because ultrasonic waves propagate more easily in tissues containing water.
Dans un tissu pulmonaire affecté 20b, l’onde ultrasonore 12 traverse les tissus potentiellement endommagés et un volume d’air en partie occupé par des sécrétions, des glaires. La
Connaissant l’emplacement de l’émetteur-récepteur 11a émettant l’onde ultrasonore 12, et celui de l’émetteur-récepteur 11b la recevant, l’analyse 42 de cette déformation permet d’obtenir la vitesse de l’onde 12 en fonction de la fréquence et selon une direction de propagation correspondant au placement relatif de l’émetteur-récepteur 11b par rapport à l’émetteur-récepteur 11a. La direction de propagation, ou encore volume de propagation dénoté Ωm,n, correspond au volume dans lequel l’onde ultrasonore se propage, avec m l’émetteur-récepteur 11a et n l’émetteur-récepteur 11b. Ce volume peut s’inscrire au moins en partie dans un plan incluant deux transducteurs, un en émission et l’autre en réception.Knowing the location of the transceiver 11a emitting the ultrasonic wave 12, and that of the transceiver 11b receiving it, the analysis 42 of this deformation makes it possible to obtain the speed of the wave 12 as a function of the frequency and according to a propagation direction corresponding to the relative placement of the transceiver 11b with respect to the transceiver 11a. The propagation direction, or propagation volume denoted Ω m,n , corresponds to the volume in which the ultrasonic wave propagates, with m the transceiver 11a and n the transceiver 11b. This volume can be at least partly inscribed in a plane including two transducers, one in transmission and the other in reception.
Plusieurs mesures 41 sont effectuées, l’émetteur-récepteur 11a émettant l’onde ultrasonore étant distinct entre au moins deux mesures 41 successives, comme illustré par exemple par les figures 2 et 3. Le point d’origine est donc varié au moins entre deux mesures successives. On obtient donc par l’analyse 42, pour chaque mesure, la vitesse de l’onde 12 en fonction de la fréquence et selon plusieurs directions de propagation dans la zone Ωm,n.Several measurements 41 are carried out, the transmitter-receiver 11a emitting the ultrasonic wave being distinct between at least two successive measurements 41, as illustrated for example by FIGS. 2 and 3. The point of origin is therefore varied at least between two successive measurements. We therefore obtain by the analysis 42, for each measurement, the speed of the wave 12 as a function of the frequency and according to several directions of propagation in the zone Ω m,n .
A partir de la vitesse de l’onde 12 en fonction de la fréquence et selon plusieurs directions de propagation dans Ωm,n, une image de la zone traversée peut être obtenue. La construction d’image pour toute la zone couverte par le réseau de transducteurs peut être continue et permet d’avoir, pour une série de mesure 41, une représentation de l’état des poumons des patients. Une tomographie 430 peut ainsi être obtenue comme le montre la
Des étapes du procédé 4 sont maintenant décrites plus en détail, selon des exemples de réalisation.Steps of method 4 are now described in more detail, according to exemplary embodiments.
Lors de la pluralité de mesures 41, l’émetteur-récepteur 11a émettant l’onde ultrasonore 12 est distinct entre au moins deux mesures 41 successives de la pluralité de mesures 41. Lorsque la pluralité de mesure comprend plus de deux mesures 41, un même émetteur-récepteur 11a peut émettre 410 l’onde ultrasonore 12 sur plusieurs mesures 41, par exemple sur deux mesures 41 successives.During the plurality of measurements 41, the transceiver 11a emitting the ultrasonic wave 12 is distinct between at least two successive measurements 41 of the plurality of measurements 41. When the plurality of measurements comprises more than two measurements 41, the same transceiver 11a can emit 410 the ultrasonic wave 12 on several measurements 41, for example on two successive measurements 41.
Au moins un émetteur-récepteur 11a de chaque premier ensemble 110 émet 410 de préférence l’onde ultrasonore 12 lors de la pluralité de mesures 41. Certains émetteurs-récepteurs d’un ensemble 110 peuvent être trop éloignés de l’autre ensemble 110 pour bien capter l’onde ultrasonore émise 410. Ainsi, au moins un point d’origine de l’onde est utilisé pour chaque premier ensemble 110. Au moins un émetteur-récepteur 11a du deuxième ensemble 111 peut émettre 410 l’onde ultrasonore 12. Ainsi, un point d’origine disposé entre les deux premiers ensembles 110 est utilisé. Cela permet notamment de réaliser la tomographie de zones centrales des poumons comme la trachée ou le larynx.At least one transceiver 11a of each first set 110 preferably emits 410 the ultrasonic wave 12 during the plurality of measurements 41. Some transceivers of one set 110 may be too far from the other set 110 to properly pick up the emitted ultrasonic wave 410. Thus, at least one point of origin of the wave is used for each first set 110. At least one transceiver 11a of the second set 111 can emit 410 the ultrasonic wave 12. Thus, a point of origin arranged between the first two sets 110 is used. This makes it possible in particular to perform tomography of central areas of the lungs such as the trachea or the larynx.
De préférence, chaque émetteur-récepteur 11 émet l’onde ultrasonore 12 au moins une fois au cours de la pluralité de mesures 41. Le procédé exploite ainsi la totalité du réseau d’émetteurs-récepteurs 11 pour multiplier les points d’origine pour la propagation de l’onde ultrasonore 12, et ainsi obtenir des informations pour un nombre accru de directions de propagations.Preferably, each transceiver 11 emits the ultrasonic wave 12 at least once during the plurality of measurements 41. The method thus exploits the entire network of transceivers 11 to multiply the points of origin for the propagation of the ultrasonic wave 12, and thus obtain information for an increased number of propagation directions.
De préférence, un seul émetteur-récepteur 11a émet l’onde ultrasonore 12 lors d’une mesure, afin d’éviter des interférences entre les profils de réception 121 et faciliter l’analyse 42 de la déformation.Preferably, a single transceiver 11a emits the ultrasonic wave 12 during a measurement, in order to avoid interference between the reception profiles 121 and facilitate the analysis 42 of the deformation.
Au moins un émetteur-récepteur 11b capte l’onde ultrasonore 12 pour obtenir le profil de réception 121. De préférence, plusieurs émetteurs-récepteurs 11b captent l’onde ultrasonore 12 pour obtenir chacun un profil de réception 121. Ainsi, les points de réception 411 des profils de réception 121 sont multipliés. Une même mesure 41 permet donc d’obtenir plus d’informations sur les tissus pulmonaires traversés. Plus préférentiellement, tous les émetteurs-récepteurs 11b, autre que celui 11a qui émet l’onde ultrasonore 12, captent l’onde ultrasonore 12 pour obtenir chacun un profil de réception 121, comme illustré en
On comprend donc que le réseau d’émetteurs-récepteurs 11 du dispositif 1 permet, par le jeu des différents points d’origine et de réception de l’onde ultrasonore 12, d’améliorer l’acquisition spatiale de l’information dans le volume pulmonaire à imager, et ce dans un temps rapide.It is therefore understood that the network of transmitters-receivers 11 of the device 1 allows, through the play of the different points of origin and reception of the ultrasonic wave 12, to improve the spatial acquisition of the information in the pulmonary volume to be imaged, and this in a rapid time.
Selon un exemple, il y a au moins autant de mesures 41 que d’émetteurs-récepteurs 11. Pour une mesure, pour un dispositif comprenant sept émetteurs-récepteurs 11, six émetteurs-récepteurs 11b peuvent recevoir l’onde ultrasonore 12 pour chaque mesure 41. Six profils de réceptions 121 peuvent être obtenu par mesure 41, et sept mesures peuvent être effectuées, soit un total de 42 profils de réceptions pour les sept mesures 41.According to one example, there are at least as many measurements 41 as there are transceivers 11. For a measurement, for a device comprising seven transceivers 11, six transceivers 11b can receive the ultrasonic wave 12 for each measurement 41. Six reception profiles 121 can be obtained per measurement 41, and seven measurements can be carried out, i.e. a total of 42 reception profiles for the seven measurements 41.
De façon synergique entre le nombre de mesures 41 avec le nombre de points d’origine distincts pour l’émission 410 de l’onde, et/ou le nombre de points de réception 411, à la fois le nombre de profils de réception 121 et le nombre de directions de propagations associées sont augmentés. L’acquisition spatiale de l’information dans le volume pulmonaire à imager est améliorée.Synergistically between the number of measurements 41 with the number of distinct origin points for the emission 410 of the wave, and/or the number of reception points 411, both the number of reception profiles 121 and the number of associated propagation directions are increased. The spatial acquisition of information in the lung volume to be imaged is improved.
Selon un exemple, la modulation en fréquence de l’onde ultrasonore 12 suit une progression non-linéaire en fonction du temps, comme par exemple illustré par les figures 6A et 6B. Le profil d’émission 120 peut donc être non linéaire. Cela permet de limiter l’influence des mouvements du patient sur les mesures. Une modulation non linéaire est en effet moins sensible à l’effet Doppler car les coefficients polynomiaux associés à la modulation non linéaire sont faibles. L’onde émise 410 peut être définie en fonction d’une amplitude et d’une phase instantanée Φ(t) caractérisant la modulation non-linéaire du signal. Plus particulièrement, la modulation en fréquence de l’onde ultrasonore 12 peut suivre une progression cubique.According to one example, the frequency modulation of the ultrasonic wave 12 follows a non-linear progression as a function of time, as for example illustrated by FIGS. 6A and 6B. The emission profile 120 can therefore be non-linear. This makes it possible to limit the influence of the patient's movements on the measurements. A non-linear modulation is in fact less sensitive to the Doppler effect because the polynomial coefficients associated with the non-linear modulation are small. The emitted wave 410 can be defined as a function of an amplitude and an instantaneous phase Φ(t) characterizing the non-linear modulation of the signal. More particularly, the frequency modulation of the ultrasonic wave 12 can follow a cubic progression.
Par exemple, l’onde émise E(t)peut être définie par E(t)= A.exp[j.Φ(t)], avec où A est l’amplitude du signal et Φ(t) en fonction du temps, j étant le nombre imaginaire tel que j² = -1.For example, the emitted wave E (t) can be defined by E (t) = A.exp[j.Φ (t) ], with where A is the signal amplitude and Φ(t) is a function of time, j being the imaginary number such that j² = -1.
A la réception, après propagation dans les tissus pulmonaires et donc déformation de la modulation de l’onde, le signal reçu Rk(t) par un récepteur 11b peut être fonction de l’amplitude A du signal et de la phase instantanée Φ(t) en fonction du temps, et en outre d’un facteur Lk/cm,n k(f), pour une direction k.On reception, after propagation in the lung tissues and therefore deformation of the wave modulation, the signal received R k (t) by a receiver 11b can be a function of the amplitude A of the signal and of the instantaneous phase Φ(t) as a function of time, and in addition of a factor L k /c m,n k (f), for a direction k.
Le signal reçu R(t) peut notamment avoir pour expression :The received signal R(t) can notably have the following expression:
Avec :
- Lk les distances de propagation des ondes entre un émetteur-récepteur 11a, noté m, émetteur de l’onde, et un récepteur-émetteur 11b, noté n, récepteur de l’onde, et définies dans le volume Ωm,n imagé par le couple d’émetteur-récepteur 11a, 11b ;
- cm,nk représente la vitesse de l’onde propagée dans la direction k entre l’émetteur m et le récepteur n, qui dépend de la fréquence f et du milieu de propagation, ces deux éléments étant intrinsèquement liés.
- Lk the wave propagation distances between a transmitter-receiver 11a, denoted m, transmitter of the wave, and a receiver-transmitter 11b, denoted n, receiver of the wave, and defined in the volume Ωm,n imaged by the transmitter-receiver pair 11a, 11b;
- cm,nk represents the speed of the wave propagated in the direction k between the transmitter m and the receiver n, which depends on the frequency f and the propagation medium, these two elements being intrinsically linked.
L’analyse 42 de la déformation peut être faite entre un profil de réception 121 et un profil d’émission 122, selon les modalités de quel(s) émetteur(s)-récepteur(s) 11a émet 410 l’onde ultrasonore 12 et quel(s) émetteur(s)-récepteur(s) la reçoit 411. De préférence, l’analyse 42 de la déformation peut être faite entre chaque profil de réception 121 et le profil d’émission 122.The analysis 42 of the deformation can be made between a reception profile 121 and an emission profile 122, according to the modalities of which transmitter(s)-receiver(s) 11a emit(s) 410 the ultrasonic wave 12 and which transmitter(s)-receiver(s) receive(s) it 411. Preferably, the analysis 42 of the deformation can be made between each reception profile 121 and the emission profile 122.
Cette étape d’analyse 42 peut être au moins en partie simultanée à la pluralité de mesures 41, ou séparée temporellement, comme le montre à titre d’exemple les flèches rebouclant sur l’émission 410 du profil d’émission en
Selon un exemple, l’analyse de la déformation entre un profil de réception 121 et un profil d’émission 122 peut comprendre une estimation de la loi de modulation du signal du profil de réception 121. Pour cela, un concept temps-fréquence-phase peut être utilisé afin d’extraire de façon automatique et précise les lois de modulations non-linéaires d’un signal à plusieurs composantes. Les détails de ce concept temps-fréquence-phase sont détaillés dans le document Cornel Ioana,et al.Localization in underwater dispersive channels using the time-frequency-phase continuity of signals. IEEE Transactions on Signal Processing, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2010, 58, pp.4093-4107.According to one example, the analysis of the deformation between a reception profile 121 and a transmission profile 122 may comprise an estimation of the modulation law of the signal of the reception profile 121. For this, a time-frequency-phase concept may be used in order to automatically and accurately extract the non-linear modulation laws of a multi-component signal. The details of this time-frequency-phase concept are detailed in the document Cornel Ioana, et al . Localization in underwater dispersive channels using the time-frequency-phase continuity of signals . IEEE Transactions on Signal Processing, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2010, 58, pp.4093-4107.
A titre d’exemple, une première étape peut être de construire de façon adaptative un dictionnaire local, en utilisant la modélisation polynomiale de la phase, par exemple une modélisation cubique. Cela permet d’établir une correspondance entre les lois de fréquence instantanée des modulations polynomiales et les lois de fréquence instantanée du signal analysé, pour différentes fenêtres d’analyse. Une deuxième étape peut ensuite comprendre une fusion des modulations cubiques en utilisant la maximisation de la corrélation locale entre les signaux extraits à partir des filtres définis par les modulations cubiques des fenêtres d’analyse voisines. Cette deuxième étape permet d’automatiser le suivi ainsi que de minimiser la propagation d’erreurs.As an example, a first step can be to adaptively build a local dictionary, using polynomial phase modeling, for example cubic modeling. This allows to establish a correspondence between the instantaneous frequency laws of the polynomial modulations and the instantaneous frequency laws of the analyzed signal, for different analysis windows. A second step can then include a fusion of the cubic modulations using the maximization of the local correlation between the signals extracted from the filters defined by the cubic modulations of the neighboring analysis windows. This second step allows to automate the tracking as well as to minimize the propagation of errors.
Plus particulièrement, la loi de modulation du profil d’émission 120 étant connue, l’estimation des lois de modulations des signaux reçus Rk(t) ci-dessus permet d’estimer les déformations du profil de réception 122 par rapport à la modulation émise 120.More particularly, the modulation law of the emission profile 120 being known, the estimation of the modulation laws of the signals received R k (t) above makes it possible to estimate the deformations of the reception profile 122 with respect to the emitted modulation 120.
L’analyse 42 peut comprendre une détermination de la variation de la vitesse c selon la fréquence, qui dépend de la présence du volume des différentes matières traversées, dans le volume Ωm,n pour une direction k, la direction k étant selon le placement relatif de l’émetteur-récepteur 11b recevant l’onde 12 et de l’émetteur-récepteur 11a l’émettant. Cela donne un profil de dispersion en fréquence. Par exemple, l’estimation des lois de modulation du signal du profil de réception 121 donne accès pour chaque fréquence à la vitesse de propagation dans les directions k du volume Ωm,n. Ce profil de dispersion indique la variation de la vitesse c de chacune des fréquences, qui dépend de la présence du volume des différentes matières traversées, dans le volume Ωm,n pour la direction k.Analysis 42 may include a determination of the variation of the speed c according to the frequency, which depends on the presence of the volume of the different materials crossed, in the volume Ωm,n for a direction k, the direction k being according to the relative placement of the transmitter-receiver 11b receiving the wave 12 and the transmitter-receiver 11a emitting it. This gives a frequency dispersion profile. For example, the estimation of the modulation laws of the signal of the reception profile 121 gives access for each frequency to the propagation speed in the directions k of the volume Ωm,n. This dispersion profile indicates the variation of the speed c of each of the frequencies, which depends on the presence of the volume of the different materials crossed, in the volume Ωm,n for direction k.
Avec ce profil de dispersion estimé, l’analyse 42 peut comprendre une quantification du taux d’encombrement dans le volume Ωm,n comme illustré par exemple par la
- Un profil de dispersion 130 pour des poumons sains,
- Un profil de dispersion 131 lors de l’installation initiale du système sur un patient, pour des poumons avec un début d’encombrement pulmonaire,
- Un profil de dispersion 132 à un temps qui correspond à un intervalle de surveillance, montrant une évolution de l’encombrement pulmonaire.
- A 130 dispersion profile for healthy lungs,
- A 131 dispersion profile during initial installation of the system on a patient, for lungs with the onset of pulmonary congestion,
- A 132 dispersion profile at a time that corresponds to a monitoring interval, showing an evolution of pulmonary congestion.
On comprend donc qu’une donnée quantifiée de l’état pulmonaire peut par exemple être obtenue par l’analyse de la vitesse de propagation de l’onde selon la fréquence et la direction de propagation k.We therefore understand that quantified data on the pulmonary state can, for example, be obtained by analyzing the speed of propagation of the wave according to the frequency and direction of propagation k.
Une image 430 de la zone Ωm,n, comme décrit précédemment, peut être obtenue par l’intégration sur l’ensemble des directions de propagation k, de la vitesse de l’onde 12 en fonction de la fréquence. A titre d’exemple, cette intégration peut s’exprimer analytiquement parAn image 430 of the area Ω m,n , as described above, can be obtained by integrating over all propagation directions k, the speed of the wave 12 as a function of the frequency. As an example, this integration can be expressed analytically by
Avec {Lk} appartient à Ωm,n, et f1 la borne inférieure et f2 la borne supérieure de la plage de variation de l’onde émise (par exemple f1 = 1 MHz et f2 = 15 MHz).With {L k } belonging to Ω m,n , and f1 the lower limit and f2 the upper limit of the variation range of the emitted wave (for example f1 = 1 MHz and f2 = 15 MHz).
Préalablement aux mesures 41, le procédé peut en outre comprendre une étape de calibration 44 des profils d’émission 120, qui peut aussi être désignée de façon équivalente par le terme « initialisation ». Cette calibration vise à déterminer le profil d’émission 120 le plus adapté à l’acquisition d’information sur l’état des tissus pulmonaires. Pour cela, la calibration comprend une pluralité d’acquisitions 44a, comprenant chacune :
- une émission 440, par un émetteur-récepteur 11a, et notamment celui qui va émettre l’onde ultrasonore lors des mesures 41, d’une onde ultrasonore 12 de fréquence variant sur la plage de fréquence prévue pour les mesures 41, selon un profil en fréquence et en fonction du temps dit « profil d’émission de calibration » 122,
- une réception 441, par au moins deux autres émetteurs-récepteurs 11b, de l’onde ultrasonore 12 émise, selon profil en fréquence et en fonction du temps de l’onde ultrasonore 12 émise, dit « profil de réception de calibration » 123.
- an emission 440, by a transmitter-receiver 11a, and in particular the one which will emit the ultrasonic wave during the measurements 41, of an ultrasonic wave 12 of frequency varying over the frequency range provided for the measurements 41, according to a frequency profile and as a function of time called “calibration emission profile” 122,
- a reception 441, by at least two other transmitters-receivers 11b, of the emitted ultrasonic wave 12, according to the frequency profile and as a function of the time of the emitted ultrasonic wave 12, called “calibration reception profile” 123.
Une configuration optimale de réception correspond en effet à celle qui permet d’obtenir un signal d’amplitude maximal au niveau de l’émetteur-récepteur recevant le signal. Pour ce faire, il est par exemple possible de jouer sur deux paramètres.An optimal reception configuration corresponds in fact to that which allows to obtain a signal of maximum amplitude at the level of the transmitter-receiver receiving the signal. To do this, it is for example possible to play on two parameters.
Un premier paramètre est la bande du signal émis. Le choix d’une large bande (par exemple entre 1 MHz et 15 MHz) permet d’avoir une plage suffisamment large pour garantir qu’un maximum de fréquences arrive à l’émetteur-récepteur recevant le signal avec un niveau suffisant. De plus, plus grande est la plage de fréquence, plus efficace sera la mesure de dispersion.A first parameter is the band of the transmitted signal. Choosing a wide band (for example between 1 MHz and 15 MHz) allows to have a sufficiently wide range to guarantee that a maximum of frequencies arrive at the transceiver receiving the signal with a sufficient level. In addition, the larger the frequency range, the more effective the dispersion measurement will be.
Un deuxième paramètre est la direction de propagation. Dans le dispositif, les émetteurs-récepteurs sont orientés vers les poumons et, entre chacun, le milieu de propagation est différent d’un patient à l’autre. Comme les émetteurs-récepteurs sont fixes, il est possible de jouer sur les déphasages relatifs entre les réceptions. Il s’agit du principe de formation électronique de voie qui permet de maximiser le niveau de signaux reçus en optimisant les déphasages relatifs entre les émetteurs-récepteurs. Le déphasage peut donc être optimisé de façon à maximiser le niveau de signal reçu. Lors de la calibration, au moins deux autres émetteurs-récepteurs 11b peuvent recevoir l’onde ultrasonore 12 émise pour analyser ces déphasages relatifs.A second parameter is the propagation direction. In the device, the transceivers are oriented towards the lungs and, between each one, the propagation medium is different from one patient to another. Since the transceivers are fixed, it is possible to play on the relative phase shifts between the receptions. This is the principle of electronic path formation which makes it possible to maximize the level of signals received by optimizing the relative phase shifts between the transceivers. The phase shift can therefore be optimized so as to maximize the level of signal received. During calibration, at least two other transceivers 11b can receive the emitted ultrasonic wave 12 to analyze these relative phase shifts.
Selon un exemple, le profil de réception de calibration 123 est reçu 441 par les émetteurs-récepteurs 11b destinés à recevoir 411 le profil de réception 122 lors des mesures 41, et de préférence par tous les émetteurs-récepteurs 11b du dispositif 1 autres que celui qui émet 440 l’onde ultrasonore 12.According to one example, the calibration reception profile 123 is received 441 by the transceivers 11b intended to receive 411 the reception profile 122 during the measurements 41, and preferably by all the transceivers 11b of the device 1 other than the one which emits 440 the ultrasonic wave 12.
Entre plusieurs acquisitions 44a, et de préférence pour un même émetteur-récepteur 11a, le profil d’émission de calibration 122 peut être distinct entre au moins deux acquisitions 44a successives. Une analyse 44b de la déformation entre le profil d’émission de calibration 122 et le profil de réception de calibration 123 peut être réalisée. Cette déformation est par exemple représentée par les figures 6A et 6B, de façon similaire aux déformations décrites pour l’étape de mesures 41. Entre plusieurs acquisitions 44a, et de préférence pour un même émetteur-récepteur 11a, un profil d’émission optimisé peut être déterminé.Between several acquisitions 44a, and preferably for the same transceiver 11a, the calibration emission profile 122 may be distinct between at least two successive acquisitions 44a. An analysis 44b of the deformation between the calibration emission profile 122 and the calibration reception profile 123 may be carried out. This deformation is for example represented by FIGS. 6A and 6B, in a manner similar to the deformations described for the measurement step 41. Between several acquisitions 44a, and preferably for the same transceiver 11a, an optimized emission profile may be determined.
Cette détermination peut se baser sur le profil d’émission de calibration 121 pour lequel l’amplitude des signaux reçus sera maximale. La résolution de la tomographie 430 sera ainsi améliorée. Notamment, on peut chercher à maximiser la déformation par la formation électronique de voie, et/ou la plage de variation de fréquence dans le domaine précédemment décrit.This determination can be based on the calibration emission profile 121 for which the amplitude of the signals received will be maximum. The resolution of the tomography 430 will thus be improved. In particular, it is possible to seek to maximize the deformation by electronic channel formation, and/or the frequency variation range in the domain previously described.
La modulation en fréquence de l’onde ultrasonore 12 émise 440 lors de la calibration peut présenter les mêmes caractéristiques que celles décrite en référence aux mesures 41.The frequency modulation of the ultrasonic wave 12 emitted 440 during the calibration can have the same characteristics as those described with reference to the measurements 41.
Cette calibration 44 peut être réalisée pour plusieurs et de préférence pour tous les émetteurs-récepteurs 11a destinés à émettre 410 l’onde ultrasonore 12 lors des mesures 41. De même que décrit pour les mesures 41, de préférence un seul émetteur-récepteur 11a émet l’onde ultrasonore dans une acquisition 44a. Par exemple, la calibration 44 être répétée pour chacun de ces émetteurs-récepteurs 11a.This calibration 44 can be carried out for several and preferably for all the transceivers 11a intended to emit 410 the ultrasonic wave 12 during the measurements 41. As described for the measurements 41, preferably a single transceiver 11a emits the ultrasonic wave in an acquisition 44a. For example, the calibration 44 can be repeated for each of these transceivers 11a.
Ici également, on peut prévoir que cette étape d’analyse 44b soit au moins en partie simultanée à la pluralité d’acquisitions 44a, ou séparée temporellement, comme le montre à titre d’exemple les flèches rebouclant sur l’émission 440 du profil d’émission de calibration en
Lors des mesures 41 et/ou lors de la calibration 44, une formation électronique de voie 420, 442 (généralement traduit en anglais paradaptive beam forming) peut être effectuée sur le ou les profil(s) de réception 121, 123.During measurements 41 and/or during calibration 44, electronic channel formation 420, 442 (generally translated into English as adaptive beam forming ) can be carried out on the reception profile(s) 121, 123.
De façon connue dans le domaine, les méthodes de formation électronique de voie sont des techniques qui permettent de jouer sur un déphasage relatif. Il s’agit du principe de formation électronique de voie qui permet de maximiser le niveau de signaux reçus en optimisant les déphasages relatifs entre les émetteurs-récepteurs. Ce déphasage permet virtuellement de changer la position de l’émetteur de l’onde ultrasonore. Cela permet donc d’obtenir pour une position donnée d’un émetteur et d’un récepteur, plusieurs configurations entre lesquelles les niveaux de signal mesuré peuvent varier. Lors de la calibration, le déphasage peut donc être optimisé de façon à identifier la configuration de déphasage maximisant le niveau de signal reçu. Lors des mesures, la formation électronique de voie permet d’introduire des déphasages, ce qui augmente artificiellement les directions de propagation. La résolution de la tomographie résultante est donc augmentée.As is well known in the field, electronic channel formation methods are techniques that allow to play on a relative phase shift. This is the principle of electronic channel formation that allows to maximize the level of signals received by optimizing the relative phase shifts between the transmitters-receivers. This phase shift allows to virtually change the position of the transmitter of the ultrasonic wave. This therefore allows to obtain for a given position of a transmitter and a receiver, several configurations between which the measured signal levels can vary. During calibration, the phase shift can therefore be optimized in order to identify the phase shift configuration that maximizes the received signal level. During measurements, electronic channel formation allows to introduce phase shifts, which artificially increases the propagation directions. The resolution of the resulting tomography is therefore increased.
Le dispositif 1 est maintenant décrit plus en détail, selon plusieurs exemples de réalisation pouvant être illustrés par les figures 10A et 10B.The device 1 is now described in more detail, according to several exemplary embodiments which can be illustrated by figures 10A and 10B.
Le dispositif 1 comprend au moins cinq émetteurs-récepteurs 11, et de préférence entre cinq et douze. Par exemple, le dispositif 1 comprend sept émetteurs-récepteurs 11. Dans le réseau d’émetteurs-récepteurs ainsi formé, la distance d entre les émetteurs-récepteurs 11 premiers voisins peut être choisie de façon à répartir les émetteurs-récepteurs au-dessus des poumons à imager. On comprend donc que cette distance d peut être adaptée selon la morphologie du corps humain ou animal. La distance d peut en outre être adaptée selon la fréquence de l’onde ultrasonore. La distance d est au moins supérieure ou égale à la longueur d’onde de l’onde ultrasonore. La distance d peut être comprise entre quelques centimètres à plusieurs dizaines de centimètres, par exemple sensiblement supérieure ou égale à 5 cm et/ou sensiblement inférieure ou égale à 30 cm. Par exemple, la distance d est sensiblement supérieure ou égale à 7 cm. La distance d peut être sensiblement inférieure ou égale à 20 cm, de préférence à 15 cm. Par exemple, la distance d peut être sensiblement égale à 10 cm. Ces distances avec le nombre de récepteurs permettent une bonne répartition des émetteurs-récepteurs 11sur la zone des poumons 20 à imager. Notons que cette distance d peut varier dans cette gamme entre les émetteurs-récepteurs 11. Il est par exemple possible que la distance d soit réduite entre certains émetteurs-récepteurs, afin d’augmenter la résolution d’une zone donnée et obtenir une tomographie plus précise.The device 1 comprises at least five transceivers 11, and preferably between five and twelve. For example, the device 1 comprises seven transceivers 11. In the network of transceivers thus formed, the distance d between the first neighboring transceivers 11 can be chosen so as to distribute the transceivers above the lungs to be imaged. It is therefore understood that this distance d can be adapted according to the morphology of the human or animal body. The distance d can also be adapted according to the frequency of the ultrasound wave. The distance d is at least greater than or equal to the wavelength of the ultrasound wave. The distance d can be between a few centimeters and several tens of centimeters, for example substantially greater than or equal to 5 cm and/or substantially less than or equal to 30 cm. For example, the distance d is substantially greater than or equal to 7 cm. The distance d can be substantially less than or equal to 20 cm, preferably 15 cm. For example, the distance d can be substantially equal to 10 cm. These distances with the number of receivers allow a good distribution of the transceivers 11 over the area of the lungs 20 to be imaged. Note that this distance d can vary in this range between the transceivers 11. It is for example possible that the distance d is reduced between certain transceivers, in order to increase the resolution of a given area and obtain a more precise tomography.
Les émetteurs-récepteurs 11 sont de préférence tous placés dans un même plan parallèle ou confondu avec le plan du support 10. Notons que le plan du support 10 peut être courbe pour se conformer au corps humain ou animal. La distance entre les émetteurs-récepteurs 11 les plus éloignés entre eux peut être inférieure ou égale à 50 cm, de préférence à 30 cm, selon une direction latérale parallèle à la direction B. Cette distance peut être supérieure ou égale à 15 cm, de préférence à 20 cm. La distance entre les émetteurs-récepteurs 11 les plus éloignés entre eux peut être inférieure ou égale à 50 cm, de préférence à 30 cm, selon une direction longitudinale parallèle à la direction A. Cette distance peut être supérieure ou égale à 15 cm, de préférence à 20 cm. Au sein de chaque premier ensemble 110, la distance entre les émetteurs-récepteurs 11 les plus éloignés entre eux peut être inférieure ou égale à 25 cm, de préférence à 15 cm. Cette distance peut être supérieure ou égale à 5 cm, selon une direction latérale parallèle à la direction et/ou une direction longitudinale parallèle à la direction A. Ici encore, on comprend que ces distances peuvent être adaptées selon la morphologie du corps humain ou animal.The transceivers 11 are preferably all placed in the same plane parallel to or coincident with the plane of the support 10. Note that the plane of the support 10 may be curved to conform to the human or animal body. The distance between the transceivers 11 furthest apart may be less than or equal to 50 cm, preferably 30 cm, in a lateral direction parallel to direction B. This distance may be greater than or equal to 15 cm, preferably 20 cm. The distance between the transceivers 11 furthest apart may be less than or equal to 50 cm, preferably 30 cm, in a longitudinal direction parallel to direction A. This distance may be greater than or equal to 15 cm, preferably 20 cm. Within each first set 110, the distance between the transceivers 11 furthest apart may be less than or equal to 25 cm, preferably 15 cm. This distance may be greater than or equal to 5 cm, in a lateral direction parallel to direction A and/or a longitudinal direction parallel to direction A. Here again, we understand that these distances can be adapted according to the morphology of the human or animal body.
Les deux premiers ensembles 110 peuvent être séparés l’un de l’autre, c’est-à-dire placés à distance l’un de l’autre dans le plan du support 10. Ils sont par exemple séparés par une distance supérieure ou égale à 5 cm, de préférence à 10 cm. Les premiers ensembles 110 sont de préférence disposés symétriquement relativement à un axe médian A110entre les deux premiers ensembles 110. Dans ce cas, préférentiellement les deux premiers ensembles comprennent un nombre égal d’émetteurs-récepteurs 11. Le ou les émetteur(s)-récepteur(s) 11 dans le deuxième ensemble 11 peuvent aussi être disposés de façon symétriques par rapport à cet axe A110. Au moins un émetteur-récepteur 11 de cet ensemble 111 peut être disposé sur cet axe par exemple.The first two sets 110 may be separated from each other, i.e. placed at a distance from each other in the plane of the support 10. They are for example separated by a distance greater than or equal to 5 cm, preferably 10 cm. The first sets 110 are preferably arranged symmetrically relative to a median axis A 110 between the first two sets 110. In this case, preferably the first two sets comprise an equal number of transceivers 11. The transceiver(s) 11 in the second set 11 may also be arranged symmetrically relative to this axis A 110. At least one transceiver 11 of this set 111 may be arranged on this axis for example.
Selon un exemple, le support 10 forme un vêtement propre à être enfilé par un patient, comme illustré en
Le support 10 peut comprendre des moyens d’attache 101 externes au corps 2 humain ou animal, c’est-à-dire non-invasifs. Par exemple, ces moyens d’attache 101 peuvent être des sangles, des ceintures élastiques ou tout autre moyen envisageable par l’homme du métier.The support 10 may comprise attachment means 101 external to the human or animal body 2, i.e. non-invasive. For example, these attachment means 101 may be straps, elastic belts or any other means conceivable by those skilled in the art.
Le support 10 peut être souple, c’est-à-dire déformable manuellement sans outil, pour se conformer au corps 2. Le support 10 peut être fait d’une feuille (de type par exemple papier ou plastique) ou d’un tissu 100. L’homme du métier est à même d’identifier et de mettre en œuvre un support apte à recevoir les émetteurs-récepteurs 11 dans le dispositif 1.The support 10 may be flexible, i.e. manually deformable without tools, to conform to the body 2. The support 10 may be made of a sheet (for example paper or plastic) or of a fabric 100. Those skilled in the art are able to identify and implement a support capable of receiving the transceivers 11 in the device 1.
Le système de tomographie 3, par exemple illustré par les figures 2 à 4, comprend le dispositif 1 ainsi que des moyens de traitements 30 configurés pour envoyer des consignes ou instructions aux émetteurs-récepteurs 11, et recevoir les profils reçus des émetteurs-récepteurs 11, notamment pour la mise en œuvre des étapes du procédé 4. Notons qu’on peut prévoir que les moyens de réception reçoivent donnée par donnée le signal reçu par les émetteurs-récepteurs 11b, et que le moyen de traitement 30 constitue le profil de réception 121, 123. Ces moyens 30 peuvent en outre effectuer les étapes d’analyse 42, 44b et de construction 43 de la tomographie précédemment décrites.The tomography system 3, for example illustrated by FIGS. 2 to 4, comprises the device 1 as well as processing means 30 configured to send instructions or commands to the transceivers 11, and to receive the profiles received from the transceivers 11, in particular for implementing the steps of the method 4. Note that it can be provided that the reception means receive data by data the signal received by the transceivers 11b, and that the processing means 30 constitutes the reception profile 121, 123. These means 30 can also carry out the analysis steps 42, 44b and construction 43 of the tomography described above.
Le système 3 peut en outre comprendre un moyen d’affichage (non représenté sur les dessins) sur lequel la tomographie 430 peut être affichée 45. Les moyens de traitement 30 peuvent en outre comprendre une mémoire dans laquelle est enregistrée les données acquises et calculée, par exemple les profils de réception 121, 123 au cours des mesures 41 et/ou acquisition 44a.The system 3 may further comprise a display means (not shown in the drawings) on which the tomography 430 may be displayed 45. The processing means 30 may further comprise a memory in which the acquired and calculated data is recorded, for example the reception profiles 121, 123 during the measurements 41 and/or acquisition 44a.
La communication entre le dispositif 1 et les moyens de traitement 30 et/ou d’affichage peut être fait de façon filaire ou sans fil. Les moyens de traitements 30 peuvent être intégrés au dispositif 1 ou déportés du dispositif 1.Communication between the device 1 and the processing means 30 and/or display means can be done wired or wirelessly. The processing means 30 can be integrated into the device 1 or remote from the device 1.
Ces moyens de traitement 30 peuvent par exemple comprendre un produit programme d’ordinateur comprenant des instructions permettant la mise en œuvre des étapes du procédé 4, et notamment les étapes d’analyse 42, 44b de la déformation entre le profil d’émission 120, 122 et le profil de réception 121, 123 lors des mesures et/ou de la calibration 44, et de construction 43 de la tomographie 430. Le produit programme d’ordinateur peut en outre comprendre des instructions pour coordonner les émissions 410, 440 d’onde ultrasonore, et leur réception 411, 441.These processing means 30 may for example comprise a computer program product comprising instructions allowing the implementation of the steps of the method 4, and in particular the steps of analysis 42, 44b of the deformation between the emission profile 120, 122 and the reception profile 121, 123 during the measurements and/or the calibration 44, and of construction 43 of the tomography 430. The computer program product may further comprise instructions for coordinating the emissions 410, 440 of ultrasonic waves, and their reception 411, 441.
L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisations précédemment décrits et s’étend à tous les modes de réalisation couverts par l’invention. Notamment, le dispositif, le système de tomographie et/ou le produit programme d’ordinateur peuvent comprendre toute caractéristique configurée pour permettre la mise en œuvre d’une étape du procédé, et inversement le procédé peut comprendre toute étape résultant de la mise en œuvre d’une caractéristique du dispositif, du système de tomographie et/ou du produit programme d’ordinateur.The invention is not limited to the embodiments previously described and extends to all embodiments covered by the invention. In particular, the device, the tomography system and/or the computer program product may comprise any feature configured to allow the implementation of a step of the method, and conversely the method may comprise any step resulting from the implementation of a feature of the device, the tomography system and/or the computer program product.
Claims (17)
- un support (10), et
- au moins cinq émetteurs-récepteurs (11) fixés sur le support (10), et configurés pour émettre et recevoir une onde ultrasonore (12) de fréquence variable sur une plage de fréquence comprise dans un domaine allant de 1 MHz à 20 MHz, les émetteurs-récepteurs (11) étant agencés selon au moins deux premiers ensembles (110) chacun en regard d’un poumon (20) d’un corps (2) humain ou animal.
- a support (10), and
- at least five transceivers (11) fixed on the support (10), and configured to transmit and receive an ultrasonic wave (12) of variable frequency over a frequency range in a domain extending from 1 MHz to 20 MHz, the transceivers (11) being arranged in at least two first sets (110) each facing a lung (20) of a human or animal body (2).
- Le dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes,
- Des moyens de traitements (30) aptes à :
- Envoyer, à un émetteur-récepteur (11a), une consigne d’émission (410) d’une onde ultrasonore (12) de fréquence émise variant sur une plage de fréquence comprise dans un domaine allant de 1 MHz à 20 MHz, selon un profil déterminé de variation de fréquence en fonction de temps, dit « profil d’émission » (120),
- recevoir, depuis au moins un autre émetteur-récepteur, un signal pour former un profil de variation de fréquence en fonction du temps, dit « profil de réception » (121), de l’onde ultrasonore telle que reçue par l’au moins un autre émetteur récepteur (11b),
- analyser (42) la déformation entre le profil d’émission (120) et le profil de réception (121), de façon à déterminer la vitesse de propagation de l’onde (12) en fonction de la fréquence et selon au moins une direction de propagation correspondant aux placement relatif de l’au moins un autre émetteur-récepteur (11b) par rapport à l’émetteur-récepteur (11a) émettant l’onde ultrasonore (12),
- construire (43) une tomographie (430) des poumons (20) selon une donnée relative à la vitesse de l’onde (12) en fonction de la fréquence et de la direction de propagation.
- The device (1) according to any one of the preceding claims,
- Treatment means (30) capable of:
- Send, to a transmitter-receiver (11a), an emission instruction (410) of an ultrasonic wave (12) of emitted frequency varying over a frequency range included in a domain extending from 1 MHz to 20 MHz, according to a determined profile of frequency variation as a function of time, called “emission profile” (120),
- receiving, from at least one other transceiver, a signal to form a frequency variation profile as a function of time, called a “reception profile” (121), of the ultrasonic wave as received by the at least one other transceiver (11b),
- analyzing (42) the deformation between the emission profile (120) and the reception profile (121), so as to determine the propagation speed of the wave (12) as a function of the frequency and according to at least one propagation direction corresponding to the relative placement of the at least one other transmitter-receiver (11b) with respect to the transmitter-receiver (11a) emitting the ultrasonic wave (12),
- construct (43) a tomography (430) of the lungs (20) according to data relating to the speed of the wave (12) as a function of the frequency and direction of propagation.
- une application (40) d’un dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 sur le tronc (2a) du corps (2) humain ou animal, de façon à mettre chacun des deux premiers ensembles (110) en regard d’un des deux poumons (20) du corps (2) humain ou animal,
- une pluralité de mesures (41), chaque mesure (41) comprenant :
- une émission (410), par un émetteur-récepteur (11a), d’une onde ultrasonore (12) de fréquence émise variant sur une plage de fréquence comprise dans un domaine allant de 1 MHz à 20 MHz, selon un profil déterminé de variation de fréquence en fonction du temps, dit « profil d’émission » (120),
- une réception (411), par au moins un autre émetteur-récepteur (11b), de l’onde ultrasonore émise pour former un profil de variation de fréquence en fonction du temps de l’onde ultrasonore émise, dit « profil de réception » (121),
- pour chaque mesure (41), une analyse (42) de la déformation entre le profil d’émission (120) et le profil de réception (121), de façon à déterminer (421) la vitesse de propagation de l’onde (12) en fonction de la fréquence et selon au moins une direction de propagation correspondant au placement relatif de l’autre émetteur-récepteur (11b) par rapport à l’émetteur-récepteur (11a) émettant l’onde ultrasonore (12),
- une construction (43) d’une tomographie (430) des poumons selon une donnée relative à la vitesse de propagation de l’onde (12) en fonction de la fréquence et de la direction de propagation.
- an application (40) of a device (1) according to any one of claims 1 to 6 on the trunk (2a) of the human or animal body (2), so as to place each of the first two assemblies (110) opposite one of the two lungs (20) of the human or animal body (2),
- a plurality of measures (41), each measure (41) comprising:
- an emission (410), by a transmitter-receiver (11a), of an ultrasonic wave (12) of emitted frequency varying over a frequency range comprised in a domain extending from 1 MHz to 20 MHz, according to a determined profile of frequency variation as a function of time, called “emission profile” (120),
- a reception (411), by at least one other transmitter-receiver (11b), of the emitted ultrasonic wave to form a frequency variation profile as a function of the time of the emitted ultrasonic wave, called “reception profile” (121),
- for each measurement (41), an analysis (42) of the deformation between the emission profile (120) and the reception profile (121), so as to determine (421) the propagation speed of the wave (12) as a function of the frequency and according to at least one propagation direction corresponding to the relative placement of the other transmitter-receiver (11b) with respect to the transmitter-receiver (11a) emitting the ultrasonic wave (12),
- a construction (43) of a tomography (430) of the lungs according to data relating to the speed of propagation of the wave (12) as a function of the frequency and the direction of propagation.
- une pluralité d’acquisitions (44a), chaque acquisition (44a) comprenant :
- une émission (440), par un émetteur-récepteur (11a), d’une onde ultrasonore (12) de fréquence variant sur une plage de fréquence comprise dans un domaine allant de 1 MHz à 20 MHz, selon un profil déterminé de variation de fréquence en fonction du temps, dit « profil d’émission de calibration » (122),
- une réception (441), par au moins deux autres émetteurs-récepteurs (11b), de l’onde ultrasonore (12) émise, pour former un profil de variation en fréquence en fonction du temps de l’onde ultrasonore (12) émise, dit « profil de réception de calibration » (123),
- pour chaque acquisition (44a), une analyse (44b) de la déformation entre le profil d’émission de calibration (122) et le profil de réception de calibration (123), de façon à déterminer (443) un profil d’émission (120) augmentant l’amplitude des profils de réception (121).
- a plurality of acquisitions (44a), each acquisition (44a) comprising:
- an emission (440), by a transmitter-receiver (11a), of an ultrasonic wave (12) of frequency varying over a frequency range comprised in a domain extending from 1 MHz to 20 MHz, according to a determined profile of frequency variation as a function of time, called “calibration emission profile” (122),
- a reception (441), by at least two other transceivers (11b), of the emitted ultrasonic wave (12), to form a frequency variation profile as a function of the time of the emitted ultrasonic wave (12), called a “calibration reception profile” (123),
- for each acquisition (44a), an analysis (44b) of the deformation between the calibration emission profile (122) and the calibration reception profile (123), so as to determine (443) an emission profile (120) increasing the amplitude of the reception profiles (121).
Computer program product according to the preceding claim, in which the instructions further execute the step of analyzing (44b) the deformation between the calibration emission profile (122) and the calibration reception profile (123).
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US20050020918A1 (en) * | 2000-02-28 | 2005-01-27 | Wilk Ultrasound Of Canada, Inc. | Ultrasonic medical device and associated method |
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- 2023-05-17 FR FR2304938A patent/FR3148711A1/en active Pending
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2024
- 2024-05-14 WO PCT/EP2024/063216 patent/WO2024235961A1/en unknown
Patent Citations (1)
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US20050020918A1 (en) * | 2000-02-28 | 2005-01-27 | Wilk Ultrasound Of Canada, Inc. | Ultrasonic medical device and associated method |
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