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WO2015145011A1 - Procédé de détection acoustiques de bulles dans le sang - Google Patents

Procédé de détection acoustiques de bulles dans le sang Download PDF

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WO2015145011A1
WO2015145011A1 PCT/FR2015/050527 FR2015050527W WO2015145011A1 WO 2015145011 A1 WO2015145011 A1 WO 2015145011A1 FR 2015050527 W FR2015050527 W FR 2015050527W WO 2015145011 A1 WO2015145011 A1 WO 2015145011A1
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WO
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ultrasound
person
signals
probe
ultrasonic
Prior art date
Application number
PCT/FR2015/050527
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English (en)
Inventor
Olivier Couture
Mickaël TANTER
Mathias Fink
Original Assignee
Centre National De La Recherche Scientifique - Cnrs -
INSERM (Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale)
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    • B63CLAUNCHING, HAULING-OUT, OR DRY-DOCKING OF VESSELS; LIFE-SAVING IN WATER; EQUIPMENT FOR DWELLING OR WORKING UNDER WATER; MEANS FOR SALVAGING OR SEARCHING FOR UNDERWATER OBJECTS
    • B63C11/00Equipment for dwelling or working underwater; Means for searching for underwater objects
    • B63C11/02Divers' equipment
    • B63C11/32Decompression arrangements; Exercise equipment
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    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B8/56Details of data transmission or power supply

Definitions

  • the invention relates to methods and devices for detecting bubbles in the blood, intended in particular for applications related to the safety of divers.
  • the EP2383179 discloses an example of an acoustic method for detecting bubbles in the blood by Doppler detection, using an ultrasound sensor operating at a frequency of between 2 and 8 MHz, disposed between the 2 nd and 3 rd coast left of the sternum of a user to perform measurements on the right ventricle of the heart.
  • the detection of bubbles in the right ventricle is particularly advantageous, since this ventricle is the seat of a venous return from all the organs, which allows optimal detection of bubbles.
  • the positioning of the ultrasonic sensor, on the side of the sternum is made necessary by the fact that the sternum, which masks the right ventricle, is opaque to ultrasound at frequencies useful for Doppler. This positioning is however difficult to achieve and the imaging window is unstable. In practice, the implementation of such a method is reserved for an experienced professional or a doctor.
  • the present invention is intended to overcome these disadvantages.
  • the invention proposes a method of acoustically detecting bubbles in the blood of a person with an ultrasound probe, this method comprising at least the following steps:
  • the above-mentioned ultrasound probe may comprise one or more ultrasonic transducers, used either in transmission and reception, or certain (s) only in transmission and some (s) only in reception.
  • the ultrasound probe used comprises a single transmission transducer
  • the emission transducer is unfocused
  • the ultrasound transducer of emission is also used in reception to pick up the reflected ultrasonic signals;
  • the ultrasonic probe comprises at least one reception transducer used to pick up the reflected ultrasonic signals;
  • the ultrasound probe comprises a plurality of reception transducers used to pick up the reflected ultrasonic signals
  • the bubbles are detected in the blood by a method chosen from: the subtraction between successive signals, the detection of harmonics, the inversion of pulses, the amplitude modulation, the radial modulation, chirps (these methods are known per se);
  • the frequency of the ultrasound emitted is between 100 and 1000 kHz, advantageously of the order of 200 kHz;
  • the ultrasound is transmitted in the form of pulse trains, each pulse having a duration of less than 50 is and the successive pulses of the pulse train being separated from each other by a duration less than 200 is;
  • the correct positioning of the ultrasound probe is verified by sensing acoustic signals from the person's pulmonary valve with the aid of the ultrasound probe.
  • FIGS. 1 and 2 are views respectively in perspective and cut away, showing a person carrying a bubble detection device implementing the method according to the invention
  • FIG. 3 is a block diagram of the bubble detection device of FIGS. 1 and 2;
  • FIG. 4 is a block diagram of a variant of the ultrasonic probe of FIG. 3.
  • UC1 electronic central unit 5
  • UC1 electronic central unit 5
  • microprocessor microprocessor
  • the processing device 4 may comprise, for example:
  • an electronic central unit 8 such as a microprocessor or the like
  • a communication interface 9 compatible with the communication interface 7 of the ultrasonic probe 2 and communicating with the electronic central unit 8,
  • the heart C of the person comprises in particular the aorta AO, the left ventricle VG and the right ventricle VD, which receives the venous blood flow and is behind the sternum S.
  • the ultrasound probe 2 is therefore in front of the right ventricle VD.
  • This measurement step is prolonged during the entire use of the ultrasonic probe 2, for example during the duration of a dive or during the duration of a control after diving.
  • the ultrasound is transmitted in the form of pulse trains, each pulse having a duration of less than 50 is and the successive pulses of the pulse train being separated from each other by a duration less than 200 is used to receive the signals. reflected ultrasound.
  • the detection method also includes a processing step (c) in which the reflected ultrasound signals are processed to derive information about the presence of bubbles in the blood.
  • subtraction can be carried out between successive signals, which makes it possible to highlight the bubbles moving with the blood flow.

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Abstract

Procédé de détection acoustique des bulles dans le sang d'une personne (P) avec une sonde ultrasonore (2) que l'on positionne contre le sternum de la personne. On fait émettre par la sonde ultrasonore, des ultrasons de fréquence inférieure à 1 MHz, qui se propagent dans le ventricule droit (VD) du coeur de la personne au travers du sternum (S), et on fait capter par la sonde ultrasonore, des signaux ultrasonores réfléchis que l'on traite pour en tirer des informations sur la présence de bulles dans le sang.

Description

PROCEDE DE DETECTION ACOUSTIQUES DE BULLES DANS LE SANG
DOMAINE DE L'INVENTION
L'invention concerne les procédés et dispositifs de détection de bulles dans le sang, destinées notamment aux applications liées à la sécurité des plongeurs.
ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION
Le document EP2383179 décrit un exemple de procédé de détection acoustique des bulles dans le sang par détection Doppler, utilisant un capteur ultrasons fonctionnant à une fréquence comprise entre 2 et 8 MHz, disposé entre les 2e et 3e côtes à gauche du sternum d'un utilisateur pour effectuer les mesures sur le ventricule droit du cœur. La détection de bulles dans le ventricule droit est particulièrement avantageuse, puisque ce ventricule est le siège d'un retour veineux venant de tous les organes, ce qui permet une détection optimale des bulles.
Dans de tels procédés, le positionnement du capteur ultrasons, sur le côté du sternum, est rendu nécessaire par le fait que le sternum, qui masque le ventricule droit, est opaque aux ultrasons aux fréquences utiles pour le Doppler. Ce positionnement est toutefois difficile à réaliser et la fenêtre d'imagerie est instable. En pratique, la mise en œuvre d'un tel procédé est réservée à un professionnel expérimenté ou un médecin.
OBJETS ET RESUME DE L'INVENTION
La présente invention a notamment pour but de pallier ces inconvénients.
A cet effet, l'invention propose un procédé de de détection acoustique des bulles dans le sang d'une personne avec une sonde ultrasonore, ce procédé comportant au moins les étapes suivantes :
(a) une étape de positionnement au cours de laquelle on positionne la sonde ultrasonore sur la peau de la personne, contre le sternum de ladite personne, (b) une étape de mesure au cours de laquelle on fait émettre par ladite sonde ultrasonore, des ultrasons de fréquence inférieure à 1MHz, qui se propagent dans le ventricule droit du cœur de ladite personne au travers du sternum, et on fait capter par la sonde ultrasonore, des signaux ultrasonores réfléchis,
(c) une étape de traitement au cours de laquelle on traite les signaux ultrasonores réfléchis pour en tirer des informations sur la présence de bulles dans le sang.
Grâce à l'utilisation de basses fréquences ultrasonores, l'onde ultrasonore traverse sans difficulté le sternum et par conséquent le transducteur ultrasonore peut être disposé directement sur le sternum. Le positionnement du transducteur ultrasonore devient ainsi très simple et accessible même à une personne inexpérimentée, par exemple un plongeur amateur, puisque le sternum est facile à repérer. Le transducteur ultrasonore est en outre ainsi directement en face du ventricule droit, ce qui améliore la qualité et la stabilité de la détection.
On notera que la sonde ultrasonore susmentionnée peut comporter un ou plusieurs transducteurs ultrasonores, utilisés soit chacun en émission et réception, soit certain (s) uniquement en émission et certain (s) uniquement en réception.
Dans divers modes de réalisation du procédé selon l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes :
- la sonde ultrasonore utilisée comporte un seul transducteur d'émission ;
le transducteur d'émission est non focalisé ;
le transducteur ultrasonore d'émission est aussi utilisé en réception pour capter les signaux ultrasonores réfléchis ; la sonde ultrasonore comporte au moins un transducteur de réception utilisé pour capter les signaux ultrasonores réfléchis ;
- la sonde ultrasonore comporte plusieurs transducteurs de réception utilisés pour capter les signaux ultrasonores réfléchis ;
au cours de l'étape de traitement, on détecte les bulles dans le sang par une méthode choisie parmi : la soustraction entre signaux successifs, la détection d'harmoniques, l'inversion de puises, la modulation d'amplitude, la modulation radiale, les chirps (ces méthodes sont connues en soi) ;
au cours de l'étape de mesure (a), la fréquence des ultrasons émis est comprise entre 100 et 1000 kHz, avantageusement de l'ordre de 200 kHz ;
au cours de l'étape de mesure (a), on émet les ultrasons sous forme de trains d'impulsions, chaque impulsion ayant une durée inférieure à 50 is et les impulsions successives du train d'impulsions étant séparées les unes des autres par une durée inférieure à 200 is ;
au cours de l'étape de positionnement (a), on vérifie le positionnement correct de la sonde ultrasonore en captant à l'aide de la sonde ultrasonore, des signaux acoustiques provenant de la valve pulmonaire de la personne.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante d'un de ses modes de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints.
Sur les dessins :
- les figures 1 et 2 sont des vues respectivement en perspective et écorché, montrant une personne portant un dispositif de détection de bulles mettant en œuvre le procédé selon l'invention ; - la figure 3 est un schéma bloc du dispositif de détection de bulles des figures 1 et 2 ;
et le figure 4 est un schéma bloc d'une variante de la sonde ultrasonore de la figure 3.
DESCRIPTION PLUS DETAILLEE
Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires.
Comme représenté schématiquement sur les figures 1 et 2, l'invention a pour but de détecter par voie acoustique des bulles dans le sang d'une personne P avec un dispositif de détection 1 comportant une sonde ultrasonore 2. La personne P peut notamment être un plongeur.
La sonde ultrasonore 2 peut être maintenue sur la poitrine de la personne P par tout moyen, par exemple par une sangle élastique 3 entourant la poitrine de la personne P.
La sonde ultrasonore 2 peut communiquer avec un dispositif de traitement numérique 4, soit pendant la détection de bulles sur la personne P, soit après.
Le dispositif de traitement numérique 4 peut par exemple être un ordinateur de plongée, pouvant être notamment fixé au poignet de la personne P.
La communication entre la sonde ultrasonore 2 et le dispositif de traitement numérique 4 peut être réalisée par ondes radio selon tout protocole de communication connu, ou encore par voie filaire.
La sonde ultrasonore 1 peut comporter un unique transducteur ultrasonore 6 (T - figure 3) utilisé à la fois en émission et réception. Ce transducteur ultrasonore 6 peut avantageusement être non focalisé, de façon à émettre un faisceau ultrasonore F large qui balaie efficacement le ventricule droit du cœur de la personne P, comme il sera expliqué ci-après (voir figure 2) .
Comme représenté sur la figure 3, la sonde ultrasonore 2 peut éventuellement comporter, outre le transducteur ultrasonore 6 :
une unité centrale électronique 5 (UC1) telle qu'un microprocesseur ou similaire, qui commande le transducteur 6 et reçoit les signaux captés par le transducteur ultrasonore 6,
une interface de communication 7 (COM1), par exemple une interface radio ou autre, communiquant avec l'unité centrale électronique 5.
Le dispositif de traitement 4 peut comporter par exemple :
une unité centrale électronique 8 (UC2) telle qu'un microprocesseur ou similaire,
une interface de communication 9 (COM2) compatible avec l'interface de communication 7 de la sonde ultrasonore 2 et communiquant avec l'unité centrale électronique 8,
un afficheur 10 commandé par l'unité centrale électronique 8,
- une interface utilisateur 11, comprenant par exemple quelques boutons de commande 12, communiquant avec l'unité centrale électronique 8.
Lors de l'utilisation, on procède d'abord à une étape de positionnement (a) au cours de laquelle la sonde ultrasonore 2 est placée contre la peau de la personne P, contre le sternum S de ladite personne, et maintenue en place par exemple par la sangle 3 (figures 1 et 2) .
Le cœur C de la personne comporte notamment l'aorte AO, le ventricule gauche VG et le ventricule droit VD, lequel reçoit le flux sanguin veineux et se trouve derrière le sternum S. La sonde ultrasonore 2 est donc en face du ventricule droit VD .
Au cours de cette étape de positionnement (a) , on peut éventuellement vérifier le positionnement correct de la sonde ultrasonore 2 en captant à l'aide de ladite sonde ultrasonore, des signaux acoustiques provenant de la valve pulmonaire de la personne. La sonde ultrasonore peut alors communiquer au dispositif de traitement 4, le résultat de cette vérification, et ledit dispositif de traitement 4 peut ainsi indiquer à la personne P, par exemple par l'afficheur 10, si le positionnement est correct.
Une fois la sonde ultrasonore 2 correctement positionnée, on procède à une étape de mesure (b) au cours de laquelle on fait émettre par ladite sonde ultrasonore 2, un faisceau F d'ultrasons de fréquence inférieure à 1MHz, qui se propagent dans le ventricule droit du cœur de ladite personne au travers du sternum S, et on fait capter par la sonde ultrasonore 2, des signaux ultrasonores réfléchis par le ventricule droit VD et le sang qu'il contient. La fréquence des ultrasons émis peut être comprise entre 100 et 1000 kHz, par exemple de l'ordre de 200 kHz.
Cette étape de mesure est prolongée pendant toute l'utilisation de la sonde ultrasonore 2, par exemple pendant la durée d'une plongée ou pendant la durée d'un contrôle après plongée. Avantageusement, on émet les ultrasons sous forme de trains d'impulsions, chaque impulsion ayant une durée inférieure à 50 is et les impulsions successives du train d'impulsions étant séparées les unes des autres par une durée inférieure à 200 is servant à recevoir les signaux ultrasonores réfléchis.
Le procédé de détection comporte également une étape de traitement (c) au cours de laquelle on traite les signaux ultrasonores réfléchis pour en tirer des informations sur la présence de bulles dans le sang.
Cette étape de traitement peut être réalisée par exemple par l'unité centrale électronique 8 du dispositif de traitement 4, qui reçoit par l'intermédiaire des interfaces de communication 7, 9, les signaux réfléchis captés par la sonde ultrasonore 2.
L'étape de traitement peut être réalisée quasiment en temps réel ou en temps différé. Au cours de l'étape de traitement (c) , on peut détecter les bulles dans le sang par diverses méthodes connues .
Par exemple, on peut procéder à une soustraction entre signaux successifs, qui permet de mettre en évidence les bulles se déplaçant avec le flux sanguin.
On peut également procéder par d'autres méthodes connues telles que détection d'harmoniques, inversion de puises, émission de signaux modulés en amplitude, émission de signaux modulés à basse fréquence (par exemple avec une modulation de l'ordre de 50 kHz) pour générer une modulation de rayon des bulles permettant leur meilleure détection, émission de chirps (signaux modulés en fréquence), etc. Ces différentes méthodes ne seront pas détaillées ici, on pourra se référer par exemple à Qin et al. (2009) « Ultrasound contrast microbubbles in imaging and therapy: physical principles and engineering" Physics in Medicine and Biology
En variante, comme représenté sur la figure 4, la sonde ultrasonore 2 peut comporter un transducteur d'émission 6 (T) tel que défini ci-dessus et au moins un transducteur de réception 6a (Tl, T2, ...) utilisé pour capter les signaux ultrasonores réfléchis, éventuellement à une fréquence différente de la fréquence d'émission. Avantageusement, on peut utiliser plusieurs transducteurs de réception 6a, éventuellement captant à des fréquences différentes .

Claims

REVENDICATIONS :
1. Procédé de de détection acoustique des bulles dans le sang d'une personne (P) avec une sonde ultrasonore (2), ce procédé comportant au moins les étapes suivantes :
(a) une étape de positionnement au cours de laquelle on positionne la sonde ultrasonore (2) sur la peau de la personne, contre le sternum de ladite personne, (b) une étape de mesure au cours de laquelle on fait émettre par ladite sonde ultrasonore (2), des ultrasons de fréquence inférieure à 1MHz, qui se propagent dans le ventricule droit du cœur de ladite personne au travers du sternum, et on fait capter par la sonde ultrasonore (2), des signaux ultrasonores réfléchis,
(c) une étape de traitement au cours de laquelle on traite les signaux ultrasonores réfléchis pour en tirer des informations sur la présence de bulles dans le sang.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la sonde ultrasonore utilisée comporte un seul transducteur d ' émission ( 6 ) .
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel le transducteur d'émission (6) est non focalisé.
4. Procédé selon la revendication 2 ou la revendication 3, dans lequel le transducteur ultrasonore d'émission (6) est aussi utilisé en réception pour capter les signaux ultrasonores réfléchis.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la sonde ultrasonore comporte au moins un transducteur de réception (6a) utilisé pour capter les signaux ultrasonores réfléchis.
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel la sonde ultrasonore comporte plusieurs transducteurs de réception (6a) utilisés pour capter les signaux ultrasonores réfléchis.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au cours de l'étape de traitement, on détecte les bulles dans le sang par une méthode choisie parmi : la soustraction entre signaux successifs, la détection d'harmoniques, l'inversion de puises, la modulation d'amplitude, la modulation radiale, les chirps .
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au cours de l'étape de mesure (a), la fréquence des ultrasons émis est comprise entre 100 et 1000 kHz.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au cours de l'étape de mesure (a), on émet les ultrasons sous forme de trains d'impulsions, chaque impulsion ayant une durée inférieure à 50 is et les impulsions successives du train d'impulsions étant séparées les unes des autres par une durée inférieure à 200 is .
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au cours de l'étape de positionnement (a) , on vérifie le positionnement correct de la sonde ultrasonore (2) en captant à l'aide de ladite sonde ultrasonore, des signaux acoustiques provenant de la valve pulmonaire de la personne.
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