BRPI0313214B1 - Device and procedure for measuring the elasticity of a human or animal organ - Google Patents

Description

(54) Título: DISPOSITIVO E PROCEDIMENTO PARA A MEDIDA DA ELASTICIDADE DE UM ÓRGÃO HUMANO OU ANIMAL (51) lnt.CI.: A61B 8/00; A61B 8/08 (30) Prioridade Unionista: 08/08/2002 FR 02/10104 (73) Titular(es): ECHOSENS (72) Inventor(es): LAURENT SANDRIN; JEAN-MICHEL HASQUENOPH

RELATÓRIO DESCRITIVO

Patente de Invenção para: “DISPOSITIVO E PROCEDIMENTO PARA A MEDIDA DA ELASTICIDADE DE UM ÓRGÃO HUMANO OU ANIMAL”.

A presente invenção se refere a um dispositivo e um procedimento para a medida da elasticidade de um órgão humano ou animal, ou mais geralmente de todos os meios viscoelásticos apresentando um sinal ultra-sonoro após iluminação ultra-sonora. Ela se aplica em particular, mas não exclusivamente, à medida da elasticidade do fígado de um humano ou de um animal, o interesse desta medida \ 10 estando em esta última estar correlacionada à quantidade de fíbrose presente no fígado.

Em efeito, as hepatites crônicas, que podem ser de origem alcoólica, viral ou outra, apresentam um efeito de criar fibroses que é importante de conhecer para apreciar o melhor momento para tratar estas hepatites.

No presente momento, não existem no mercado dispositivos de medida da elasticidade realizada de maneira não invasiva, ou seja por exemplo, sem a prévia retirada de uma porção do órgão ou do meio.

A arte anterior conhece a Patente US 5882302 que descreve um transdutor fixo a um motor. O motor permite deslocar o transdutor de maneira a obter imagens de diferentes zonas do meio. O motor é, portanto, utilizado para modificar a zona imaginada, e em nenhuma hipótese, para gerar um golpe baixa freqüência. Por outro lado, o deslocamento aqui não é absolutamente paralelo ao eixo do feixe ultrasonoro.

Conhece-se igualmente a Patente US 6277074 que descreve um dispositivo no qual o deslocamento do motor é igualmente paralelo ao eixo ultrasonoro. Por outro lado, este documento não divulga uma aquisição dos sinais durante a compressão. Em efeito, de mesmo modo que na Patente US 5882302, o motor é utilizado para deslocar o transdutor e não para gerar um golpe baixa freqüência.

A Patente US 5099848 divulga um dispositivo ultra-sonoro associado a um vibrador utilizado em modo monocromático de freqüência fixa a 50 Hz. Por outro lado, neste dispositivo, o transdutor não é portado pelo acionador e não pode, portanto, ser utilizado para gerar um golpe baixa freqüência.

Relativamente aos dispositivos mais recentes de estudo e de análise da elasticidade de um meio, já é conhecido o Pedido Internacional de Patente N° WO 0055616 que descreve um procedimento de imagem para observar a propagação de uma onda impulsora de corte baixa freqüência simultaneamente em um grande número de pontos de um meio viscoelástico difusor. A este efeito, se emite, à cadência ultra-rápida, ondas ultra-sonoras de compressão que permitem obter uma sucessão de imagens do meio, depois, se trata em tempo diferenciado as imagens assim obtidas por intercorrelaçào, para determinar em cada ponto de cada imagem os movimentos do meio quando da propagação da onda de corte. Este dispositivo não lü permite localizar a zona na qual é medida a elasticidade, uma vez que ele não fornece imagem.

Nos dispositivos atuais, quando o transdutor ultra-sonoro é utilizado para engendrar um golpe baixa freqüência vibrando mecanicamente, o transdutor é móvel e o referencial não é fixo. Utiliza-se uma técnica bem conhecida pelo profissional capacitado na arte para compensar este deslocamento. Esta solução apresenta diversos inconvenientes:

- ela necessita da presença de um eco ultra-sonoro proveniente de uma zona profunda e imóvel do meio,

- ela é pouco precisa, uma vez que o meio não sendo perfeitamente 20 imóvel, a forma do golpe baixa freqüência é mal determinada,

- ela representa um algoritmo suplementar que aumenta o tempo de cálculo,

- a superfície do meio apresentando uma resistência ao choque aplicado, a forma real do impulso baixa freqüência depende da pressão aplicada pelo operador.

Além dos problemas ligados à compensação do deslocamento do vibrador, a pressão exercida pelo operador é um parâmetro que não é levado em conta uma vez que ele perturba a medida de elasticidade.

Por outro lado, o estudo de meios pouco profundos com um sistema de tipo clássico em contato direto pode ser difícil já que a zona focal de certos transdutores não permite obter um sinal ultra-sonoro próprio, à fraca distância do transdutor.

Nas medidas de deslocamentos clássicos, realizadas sobre as correntes sangüíneas por exemplo, a amplitude dos deslocamentos não está ligada à profundidade no meio, mas aos fenômenos observados, por exemplo, os deslocamentos ligados ao corrimento do sangue são mais importantes no centro da artéria do que em suas bordas. O algoritmo utilizado para medir os deslocamentos é, portanto, o mesmo, qualquer que seja a profundidade. Ao contrário em elastografia, a amplitude dos deslocamentos depende da distância à qual foi dada a vibração baixa freqüência. Quando a vibração é dada a partir da superfície, a amplitude dos deslocamentos engendrados pelo golpe baixa freqüência decresce à medida que a onda penetra profundamente nos tecidos. A utilização de um algoritmo clássico não é favorável à medida dos deslocamentos sobre toda a gama de profundidade.

A invenção tem, portanto, mais particularmente, por objetivo, remediar os inconvenientes dos sistemas da arte anterior. Ela propõe a este efeito um dispositivo para a medida da elasticidade de um órgão humano ou animal, notadamente de um fígado, ou mais geralmente de todos os meios viscoelásticos apresentando um sinal ultra-sonoro após iluminação ultra-sonora, compreendendo ao menos um sensor comportando um transdutor ultra-sonoro, ao menos um sensor de posição, um acionador para dar a partida ao dito dispositivo, conectado por ligação a fio a uma fonte de energia elétrica, caracterizado por compreender um acionador eletrodinâmico controlado automaticamente, fixado ao transdutor ultra-sonoro, apto a gerar um golpe baixa freqüência transitória apresentando uma gama de freqüência compreendida entre 1 Hz e 5.000 Hz.

Entende-se por “golpe baixa freqüência transitória”, uma solicitação mecânica de duração determinada cuja freqüência é compreendida entre 1 Hz e 5.000 Hz e cuja amplitude de ponta à ponta é compreendida entre 10 pm e 20 milímetros, de preferência entre 500 pm e 5 mm. A duração desta solicitação é compreendida entre 100 ps e 20 segundos, de preferência entre 5 ms e 40 ms (mili segundos).

Graças a estas particularidades, a invenção permite propor um dispositivo que permite obter uma vibração, ou solicitação, baixa freqüência perfeitamente controlada em tempo e em amplitude. O conhecimento do deslocamento exato permite compensar em melhores condições e em um mínimo de tempo o deslocamento relativo do vibrador. A forma do golpe é mais bem controlada,

o que permite obter medidas mais fracas e portanto aumentar a reprodutibilidade do sistema. Graças à utilização do acionador eletromagnético controlado automaticamente, igualmente denominado vibrador controlado automaticamente, o dispositivo segundo a invenção apresenta um volume e um peso reduzidos. Enfim, a presença de um anel automaticamente controlado permite conhecer a pressão aplicada pelo operador.

Segundo uma possibilidade oferecida pela invenção, este dispositivo compreenderá um dispositivo de proteção destinado a assegurar a proteção do sobredito transdutor ultra-sonoro.

Vantajosamente, o dispositivo segundo a invenção será comandado por ao menos um meio de comando, por exemplo, um computador, um microcomputador ou uma unidade central.

Da mesma maneira, o sensor segundo a invenção compreenderá urna membrana flexível e vedada.

Segundo um modo de execução da invenção, este dispositivo para a medida da elasticidade de um órgão humano ou animal será associado a um módulo de controle automático e a um módulo de aquisição ultra-sonora aptos a se comunicar um com o outro; o meio de comando estando apto a se comunicar com o módulo de controle automático e o módulo de aquisição ultra-sonora.

Segundo uma possibilidade oferecida pela invenção, o meio de comando e a interface utilizador serão alimentados em energia elétrica graças a uma bateria, ao menos.

Vantajosamente, este dispositivo compreenderá uma interface utilizador, por exemplo, uma tela de fixação de dados, ligada ao meio de comando.

Este dispositivo será associado a, ao menos, um ecógrafo; as imagens e informações obtidas sendo visualizadas sobre uma tela, preferencialmente aquela do dito ecógrafo. O dispositivo poderá ser adaptado em torno de um barrete ecográfico. Da mesma maneira, o barrete ecográfico poderá realizar, ele próprio, a medida de elasticidade à condição de estar equipado de um sistema vibratório automaticamente controlado.

O dispositivo para a medida da elasticidade de um órgão humano ou animal poderá compreender um meio intermediário elástico transparente aos ultra5

sons, e para a onda baixa freqüência, tal como, por exemplo, um polímero sintético de tipo poliacrilamida.

Vantajosamente, ao menos a extremidade do transdutor ultra-sonoro apresentará uma forma alongada, por exemplo, uma forma oblonga, retangular, elipsoidal, com um comprimento compreendido entre 2 e 20 milímetros, de preferência de aproximadamente 11 milímetros, e uma largura compreendida entre 1 e 10 milímetros, de preferência de aproximadamente 5 milímetros.

Vantajosamente, o transdutor ultra-sonoro poderá apresentar uma forma cônica ou troncônica apresentando um ângulo compreendido entre 10 e 80 graus.

A invenção se refere igualmente a um procedimento para o cálculo de Lima elasticidade graças ao sobredito dispositivo, caracterizado por compreender as etapas seguintes:

- localização eventual por modo imagem da zona desejada, a aquisição dos sinais ultra-sonoros, ou seja, para as linhas eco, podendo acontecer a uma cadência de aproximadamente 50 linhas por segundo.

- geração do golpe baixa freqíiência e aquisição dos sinais ultra-sonoros; a aquisição para a medida da elasticidade sendo realizada a uma cadência elevada entre 100 Hz e 100.000 Hz,

- compensação do deslocamento relativo do vibrador,

- cálculo das velocidades dos tecidos, ou seja, os deslocamentos entre as aquisições, no meio,

- cálculo das velocidades das deformações dos tecidos,

- cálculo da velocidade da onda elástica,

- cálculo da elasticidade.

Vantajosamente, o procedimento compreenderá uma etapa prévia de localização por modo imagem da zona desejada, a aquisição dos sinais ultra-sonoros, ou seja, para as linhas eco, acontecendo por exemplo, a uma cadência de aproximadamente 50 linhas por segundo. O resultado obtido pela etapa de cálculo da elasticidade será sobreposto às linhas eco por exemplo, sob a forma de um nível de cor diferente.

Vantajosamente, o procedimento compreenderá uma etapa de reconhecimento automático do órgão examinado/estudado pelo cálculo de parâmetros

dos tecidos tais como por exemplo, o coeficiente de retrodifusão ultra-sonora. O reconhecimento automático é baixado sobre o cálculo de parâmetros dos tecidos do órgão estudado e sobre a comparação de seus parâmetros com os valores apresentados na literatura. A título de exemplo, o parâmetro dos tecidos poderá ser o coeficiente de retrodifusão ultra-sonora medida em tempo real a partir das linhas eco.

Vantajosamente, o golpe, ou sinal, baixa freqüência apresentará uma frequência compreendida entre 1 Hz e 5.000 Hz e uma duração variando de l/2f a 20/f.

Modos de execução da invenção serão descritos a seguir, a título de exemplo não limitativo, com referência aos desenhos anexos nos quais:

- a figura 1 ilustra um exemplo de dispositivo para a medida da elasticidade de um órgão humano ou animal segundo a invenção;

- a figura 2 ilustra o dito dispositivo munido de um rodízio e de um meio de posicionamento ultra-sonoro baixa freqüência constituído de, ao menos, três receptores ultra-sonoros;

- a figura 3 ilustra um dispositivo segundo a invenção associado a um ecógrafo;

- a figura 4 ilustra o dispositivo representado sobre a figura 3 associado ao sensor que é localizado sobre o lado de um barrete ecográfico utilizado para obter a imagem do fígado e assim localizar as zonas analisadas;

- as figuras 5a a 5d ilustram medidas de elasticidade sobrepostas à imagem ecográfíca, no caso do dispositivo segundo a invenção estar associado a um ecógrafo, a sonda ecográfíca sendo sobreposta à imagem ecográfíca;

- a figura 6 ilustra um dispositivo segundo a invenção com um meio intermediário elástico transparente aos ultra-sons.

- as figuras 7a e 7b ilustram respectivamente a forma de um golpe baixa freqüência de amplitude ponta à ponta 2 milímetros e o espectro de freqüência do golpe baixa freqüência cuja freqüência central é de 50 Hz e cuja largura de banda à meia-altura se estende de 18 Hz a 100 Hz, a banda passante atingindo 82 Hz a -6 dB (decibéis).

Segundo um exemplo escolhido para ilustrar a invenção e ilustrado sobre a figura 1, o dispositivo segundo a invenção compreende um sensor 1

comportando ao menos um transdutor ultra-sonoro 2, um acionador eletrodinâmico 3, um sensor de posição 4, uma membrana flexível e vedada 5, um capuz de proteção 6, um botão de pressão 7 para dar a partida ao funcionamento do dito dispositivo, os equipamentos eletrônicos 8 do sensor de posição 4, um cabo 9, um fichário alfanumérico 10.

O sensor 1 é comandado por meios de comando constituídos aqui por um micro-computador ou por uma unidade central, não representado sobre as ditas figuras, que pode, por exemplo, ser um cartão posicionado em um cofre ligado por um cabo flexível ao sensor 1. Um fichário, igualmente denominado interface utilizador, permite ao utilizador ou ao operador, ler as informações fornecidas pelo sistema.

Um módulo de controle automático e um módulo de aquisição ultrasonora, ambos não representados sobre as figuras anexas, estão ambos conectados ao sensor 1. Os dois módulos se comunicam juntos; o módulo de aquisição enviando um sinal de sincronização no momento que uma aquisição ultra-sonora é deslanchada. A posição correspondente é então registrada de maneira a poder ser comunicada a um algoritmo de compensação. A unidade central se comunica com o módulo de aquisição ultra-sonoro e o módulo de controle automático. A interface utilizador é constituída de uma tela eventualmente tátil, de um teclado, eventualmente de cursores.

A imagem do meio a medir pode ser fixada sobre a tela de maneira a ajudar o utilizador a localizar a zona na qual ele quer efetuar a medida de elasticidade. O sensor 4 é então utilizado em modo ecográfico padrão de modo a adquirir tipicamente 50 linhas ultra-sonoras por segundo, do meio. O envelope destas linhas ultra-sonoras é fixado à tela. As linhas são codificadas em nível de cinza e em cadeia logarítmica e colocadas lado a lado de maneira a constituir uma imagem. O sensor 1 pode ser munido de um sistema de posicionamento a fim de conhecer as posições nas quais são obtidas as linhas e assim reconstituir a imagem do meio a medir quando o utilizador, o técnico ou operador, balance o sensor 1 à superfície dos tecidos humano ou animai.

Nós descrevemos a seguir as etapas do procedimento segundo a invenção que permitem obter a medida de elasticidade; a sucessão destas etapas sendo definida segundo a ordem que segue:

1) localização eventual por modo imagem da zona desejada, a aquisição dos sinais ultra-sonoros, ou seja, para as linhas eco, podendo acontecer a uma cadência de aproximadamente 50 linhas por segundo.

2) geração de um golpe baixa freqüência e aquisição dos sinais ultrasonoros; a aquisição para a medida da elasticidade sendo realizada a uma cadência elevada entre 100 Hze 100.000 Hz,

3) compensação do deslocamento relativo do vibrador,

4) cálculo das velocidades dos tecidos, ou seja, os deslocamentos entre aquisições, no meio,

5) cálculo das velocidades das deformações dos tecidos,

6) cálculo da velocidade da onda elástica

7) cálculo da elasticidade.

No quadro da geração do golpe baixa freqüência e da aquisição ultrasonora. N aquisições ultra-sonoras são realizadas a uma cadência 1/T tipicamente compreendida entre 100 Hz e 10.000 Hz. Sensivelmente ao mesmo instante, um sinal baixa freqüência é transmitido ao sistema vibratório, de preferência justo após o início das aquisições ultra-sonoras. Este sinal tem uma freqüência f, compreendida entre 5 Hz e 1.000 Hz e uma duração variando de l/2f a 20/f. A vibração baixa freqüência ocasiona a propagação nos tecidos de uma onda elástica cuja velocidade depende da elasticidade do meio.

A aquisição dos dados ultra-sonoros se faz emitindo, com o transdutor ultra-sonoro 2, um impulso ultra-sonoro que é refletido pelas partículas contidas no meio. O sinal ultra-sonoro chamado “specklé'’ é registrado pelo mesmo transdutor ultra-sonoro 2 sobre uma duração podendo variar entre 1 ps e 10 ms. Esta operação é repetida um número N de vezes à cadência 1/T.

Em todos os modos de execução da invenção, o transdutor está fixado sobre o vibrador, ou o acionador controlado automaticamente, ou inversamente o acionador está fixado sobre o transdutor.

Na etapa de compensação do deslocamento relativo do vibrador, o deslocamento das fatias de tecido entre duas aquisições ultra-sonoras, d (z, t), é medido cm relação à posição do transdutor. Quando este último está imóvel, os deslocamentos medidos experimentalmente são iguais aos deslocamentos absolutos. Por outro lado, quando o transdutor é utilizado para engendrar a onda baixa frequência, deve-se levar em conta o deslocamento do transdutor porque os deslocamentos medidos experimentalmente não são mais iguais aos deslocamentos absolutos. O deslocamento exato do vibrador deve ser subtraído dos deslocamentos medidos para obter os deslocamentos absolutos. Os deslocamentos medidos relativamente ao transdutor se expressam por:

d (z,t) = δ (z,t) - D (t) onde z é a profundidade, D(t) é o deslocamento absoluto do vibrador e δ (z, t) é o deslocamento absoluto da fatia do meio situada à profundidade z. O vibrador é colocado à profundidade z = 0.

Por outro lado, como os deslocamentos são derivados em relação à profundidade de maneira a obter as deformações, o barulho pode se tornar importante. Em efeito, a derivação é muito sensível ao barulho. Surge, portanto, a importância de compensar em boas condições o deslocamento do vibrador. A presença de um sensor de posição 4 permite medir fielmente e diretamente D(t). A compensação (ou recalagem) das linhas ultra-sonoras pode, por exemplo, ser realizada no domínio de Fourier.

A transformada de Fourier discreta da linha ultra-sonora número m, adquirida ao tempo t = mT é:

onde r (m, n) é o sinal aferido, N é o número de amostras. Se a linha ultra-sonora foi adquirida ao tempo t = mT, então a linha compensada r_s (m, n) se expressa no domínio temporal por:

z ' Vdz ,χ ζ·^2π&ζ 2P(/).. r_s (m, n) = 2^ R(m, k) exp(; (n 4- ——-))

11=0 W

Na etapa de cálculo das velocidades dos tecidos, os deslocamentos são 30 medidos seja por intercorrclaçâo, por Doppler, seja por autocorrelação e mais

geral mente por toda outra técnica de medida dos deslocamentos. A título de exemplo, se pode utilizar o algoritmo de autocorrelação descrito por Kasai\ y n=p+m õ(z,t = mT) = -—Ç-arg( 'S'rfm,n)r_s*(m + l,n')) onde r_s é a transformação de Hilbert de r_s . r_s* é o conjugado de r_s. Com este algoritmo, se mede o deslocamento Ô(z,t) da fatia situada entre as profundidades (p-m)Az e (p+m)Az entre os tempos mT e (m+l)T onde T é o período entre dois tiros ultra-sonoros sucessivos e Δζ o passo de aferição espacial em profundidade. A velocidade de tecido v (z, t) se expressa por v(z,í) = Ô{zJffT

Na etapa de cálculo das velocidades de deformação dos tecidos, a velocidade de deformação de tecido é obtida derivando v (z, t) em relação à profundidade:

e(z,t) = dv(z.t)

Λ oz

Na etapa de cálculo da velocidade da onda elástica, a medida da velocidade da onda elástica é a título de exemplo, obtida calculando a fase φ(ζ) da onda de corte à freqiiência central fo da onda elástica a cada profundidade no meio:

ê'(z,/)=FT(ê(z,/)) φ(ζ)= arg(f^/(z,/_n))

Na etapa de cálculo da elasticidade, nos meios moles como os tecidos biológicos e mais geralmente nos meios sólidos principalmente constituídos de água sob forma líquida, a elasticidade (módulo de Young) se expressa em função da velocidade de corte que nós anotaremos V_s e da densidade p.

E = 3pv)

E(z) = 3p

2π άφ(ζ) _x J_o dz

Assim, o dispositivo para a medida da elasticidade de um órgão humano ou animal fornece seja um valor médio da elasticidade entre duas profundidades

II indicadas pelo utilizador, seja as variações da elasticidade em função da profundidade.

Segundo uma possibilidade oferecida pela invenção, o sensor 1 pode comportar diversos transdutores que podem ser posicionados de maneira arbitrária, por exemplo, linearmente (tipo barrete ecográfico) ou em ninho de abelha. Deste modo, a elasticidade pode ser medida em diferentes zonas do meio a analisar.

Fora dos períodos de aquisição, o dispositivo segundo a invenção adquire linhas ultra-sonoras a uma cadência típica de 50 linhas por segundo. Estas linhas são tratadas como em ecografia padrão de maneira a conservar apenas o fS 10 envelope do sinal. As linhas são então fixadas sobre a tela do dispositivo em nível de cinza e em escala logarítmica umas seguidas das outras e umas ao lado das outras de maneira a formar uma imagem.

A imagem pode ser obtida em deslocando, à velocidade aproximadamente constante, o sensor 1 à superfície do fígado, o utilizador dispondo então de uma imagem deformada da zona que ele observa. A imagem é deformada porque não é possível para o utilizador deslocar à velocidade constante o sensor 1. Esta imagem lhe permite determinar a zona na qual a medida é realizada. A deformação da imagem é sensivelmente reduzida em medindo a posição do sensor 1 à superfície do meio. As linhas são fixadas sobre a tela em função da abscissa do sensor sobre o meio.

Como ilustrado sobre a figura 2, a posição do sensor 1 à superfície do meio pode ser obtida com o auxílio de um sistema de medida que pode ser de diferentes lipos:

- sensor de posição do tipo daqueles utilizados nos mouses para micro25 computador, se pode então escolher um sistema utilizando um rodízio 11, um sistema óptico como sobre os mouses ditos “ópticos”,

- sistema de posicionamento ultra-sonoro 12 baixa freqüência (tipicamente 100 kHz) constituído de ao menos três receptores ultra-sonoros 13 dispostos sobre o corpo do paciente e de ao menos um emissor 14 localizado sobre a sonda (a posição é obtida por triangulação),

- ou todo outro sistema de medida do deslocamento; o sistema estando conectado à unidade central.

O dispositivo para a medida da elasticidade de um órgão humano ou animal segundo a invenção pode ser associado a um ecógrafo 15 padrão. Assim o ecógrafo fornece não somente uma informação morfológica sobre os órgãos, mas igualmente um parâmetro quantitativo de elasticidade.

1. O ecógrafo pode então apresentar a mais sondas ecográfícas padrões 16, uma sonda de tipo “sensor” 17, como ilustrado sobre a figura 5a. O sesor 17 pode ser adaptado em torno de um barrete ecográfico, não representado sobre as figuras, à maneira de certos sistemas de guiar para biópsia ou de antigos sistemas de Doppler contínuo, como ilustrado sobre a figura 4.

2. E igualmente desejável que o barrete ultra-sonoro realize, ele próprio, a aquisição dos sinais ultra-sonoros utilizados para o algoritmo de elastografia.

Vantajosamente, o dispositivo segundo a invenção poderá ser portátil, sendo ligado à tomada no setor ou alimentado com o auxílio de baterias. Uma varredura para a medida da elasticidade poderá ser operada manualmente a fim de obter uma imagem da elasticidade. Da mesma maneira, a varredura poderá ser realizada graças a um motor passo a passo ou todos os outros acionadores eletromagnéticos automaticamente controlados.

O sistema pode eventualmente dividir os módulos eletrônicos do ecógrafo 15 uma vez que os ecógrafos 15 padrão são apriori munidos de unidades de tratamento do sinal capazes de fazer girar ou calcular os algoritmos necessários à medida de elasticidade. O barrete pode então eventualmente engendrar o golpe baixa freqiiência ele próprio por um movimento de vibração que pode ser perpendicular à superfície do meio. A aquisição pode ser realizada sobre a linha central da imagem ecográfica, como ilustrado sobre a figura 5a. Pode-se mudar de linha de aquisição e reproduzir o golpe baixa freqiiência de maneira a varrer toda a superfície da imagem, como ilustrado sobre as figuras 5b e 5d. Eventualmente se pode realizar diversas linhas ao mesmo tempo em utilizando técnicas de focalização ultra-sonora evoluídas tais como:

• o método descrito por Shattuck (cf, “a parrallel processing technique for high speed ultrasound imaging with linear phased arrays, J. Acoust. Soc. Am. 75 (4), 1273-1282, 1984),

• uma técnica de tipo pente como representada sobre as figuras 5b a 5d na qual se adquire simultaneamente 2, 4 até mesmo 8 linhas. No exemplo da figura d, as linhas i e i + 64 são obtidas ao mesmo tempo.

k...

• uma técnica de formação de vias ultra-rápida utilizando um algoritmo de somatório-atraso como aquele descrito no Pedido de Patente N° FR 9903157, outros tipos de “beamforming” como por exemplo, a técnica no espaço das freqüências espaciais.

E claro que este dispositivo pode ser utilizado conjuntamente às técnicas de imagem ultra-rápidas descritas nos documentos citados anteriormente de maneira a obter uma imagem da elasticidade.

Segundo uma possibilidade oferecida pela invenção, o dispositivo segundo a invenção utilizará um meio intermediário 18 elástico transparente aos ultra-sons. Este meio 18 pode ser, por exemplo, um polímero sintético de tipo poliacrilamida. Um material adesivo ou uma cola poderá ser colocado entre o meio intermediário 18 e o meio estudado de maneira a obter seja uma interface deslizante, seja uma interface ligada. Notemos que o meio intermediário 18 é inovador porque não é apenas transparente para os ultra-sons mas igualmente para a onda baixa freqiiência. O meio intermediário 18 é escolhido de maneira a apresentar uma elasticidade vizinha daquela do meio estudado de maneira a adaptar a impedância e assim permitir a um máximo de energia de ser transmitido ao meio estudado. O meio intermediário 18 pode igualmente ser comprimido para que seu módulo de elasticidade que varia de maneira não linear se torne próximo daquele do meio estudado. Esta última proposta é por outro lado uma técnica original para medir a elasticidade do meio: ela consiste em modificar a elasticidade do meio intermediário 18 até que um máximo de energia seja transmitido. A elasticidade atingida é então vizinha daquela do meio.

Por outro lado, o dispositivo e procedimento da invenção dispõem de um algoritmo ou meio de cálculo dos deslocamentos que seja adaptado em função da profundidade no meio. A fraca profundidade, lá onde a amplitude dos deslocamentos é grande, o algoritmo compara as linhas sucessivas entre elas. Em contra-partida, à forte profundidade, quando a amplitude dos deslocamentos entre linhas sucessivas é ti fraca, a correlação é efetuada entre a linha m e a linha m+Δ com Δ > 1. Saltando assim diversas linhas, a amplitude do deslocamento a medir cresce e a relação sinal a barulho aumenta. A adaptação do algoritmo âeKasai dá y n=p+/« = mT) - y arg( ^r_s(m,ii)r_t * (m + Δ(ζ),η)) onde Δ(ζ) é um número inteiro tal como Δ(ζ)>1 que aumenta com U (z,

t) = ondulante.

O conhecimento dos efeitos de difração associados ao vibrador utilizado em um meio isótropo até mesmo anisótropo permite compensar perfeitamente os efeitos de difração. Pode-se igualmente estimar a atenuação no meio. No caso de uma fonte de pressão baixa freqüência em forma de disco, a resposta impulsiva de difração sobre o eixo segue a fórmula seguinte;

2aR²1, se 0 < t < ^z² + R² p(z² +R²/² V_s s _

0, se ^z² + R² < t

onde z é a profundidade sobre o eixo do disco, p a densidade do meio, u é o deslocamento seguindo o eixo de simetria Oz associado a uma compressão que foi aplicada seguindo Oz, t o tempo, R o raio do disco e V_s a velocidade de corte. Podese introduzir a atenuação α nesta equação. Esta equação contém de uma só vez os efeitos de difração e de ajuntamento. Uma estimativa de V_s até mesmo de α pode ser obtida por um cálculo. Pode-se a título de exemplo utilizar um cálculo iterativo de otimização que consiste em minimizar a função custo que é o módulo da diferença entre as deformações medidas experimentalmente e aquelas obtidas com o modelo teórico.

A invenção é descrita no que precede a título de exemplo. É entendido que ao profissional capacitado na arte cabe realizar diferentes variantes do dispositivo e do procedimento para a medida da elasticidade de um órgão humano ou animal, em particular concernindo a disposição ou o agenciamento dos diferentes elementos constituindo o dito dispositivo ou a ordem assim como a importância das etapas do dito procedimento, sem para tanto sair do escopo da Patente.

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Claims (25)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Dispositivo para a medida da elasticidade de um órgão humano ou animal, notadamente de um fígado, ou mais geralmente de todos os meios viscoelásticos apresentando um sinal ultra-sonoro após iluminação ultra-sonora, compreendendo ao menos um sensor (1) comportando um transdutor ultra-sonoro (2), ao menos um sensor de posição (4), um acionador para dar a partida ao dito dispositivo, conectado por ligação a fio a uma fonte de energia elétrica, caracterizado por compreender um acionador eletrodinâmico (3) controlado automaticamente, fixado ao transdutor ultra-sonoro (2), apto a gerar um golpe baixa freqüência transitória apresentando uma gama de freqüência compreendida entre 1 Hz e 5.000 Hz;

   o sensor de posição ser adaptado para medir o deslocamento absoluto do acionador eletrodinâmico controlado (3);

   compreendendo meios para compensar o deslocamento relativo do acionador eletrodinamicamente controlado (3).
2. 2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ao menos um meio de comando, por exemplo, um computador, um micro-computador ou uma unidade central.
3. 3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o sensor (1) compreender uma membrana flexível e vedada (5).
4. 4. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o sensor (1) compreender um dispositivo de proteção (6) destinado a proteger o sobredito transdutor ultra-sonoro (2).
5. 5. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o sensor (1) estar associado a um módulo controlado automaticamente e um módulo de aquisição ultra-sonora aptos a se comunicar um com o outro.
6. 6. Dispositivo, de acordo com as reivindicações 2 e 5, caracterizado por o meio de comando estar apto a se comunicar com o módulo controlado automaticamente e o módulo de aquisição ultra-sonora.
7. 7. Dispositivo, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por compreender uma interface utilizador, por exemplo uma tela de fixação de dados, ligada ao meio de comando.

   Petição 870170059629, de 17/08/2017, pág. 8/11
8. 8. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o sensor (1) estar associado ao menos a um ecógrafo (15): as imagens obtidas sendo visualizadas sobre uma tela, idealmente aquela do dito ecógrafo (15).
9. 9. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por um barrete ecográfico ser adaptado ao dito dispositivo e por este barrete realizar a aquisição dos sinais ultra-sonoros.
10. 10. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender um sistema de posicionamento ultra-sonoro (12) constituído de ao menos três receptores dispostos sobre o corpo do paciente (dispondo do dito órgão) e de ao menos um emissor (14) localizado sobre o sensor (1).
11. 11. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender um meio intermediário (18) elástico transparente aos ultra-sons e para a onda baixa freqüência, tal como por exemplo um polímero sintético de tipo poliacrilamida.
12. 12. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por o sobredito meio intermediário (18) apresentar uma elasticidade vizinha daquela do meio estudado, ou seja, do órgão humano ou animal a estudar, por exemplo em comprimindo este meio intermediário (18) de maneira a fazer variar seu módulo de elasticidade.
13. 13. Dispositivo, de acordo com as reivindicações 2 e 7, caracterizado por o meio de comando e a interface utilizador serem alimentadas em energia elétrica graças ao menos a uma bateria.
14. 14. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender um meio de cálculo dos deslocamentos que seja adaptado em função da profundidade no órgão humano ou animal.
15. 15. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicaões precedentes, caracterizado por ao menos a extremidade do transdutor ultra-sonoro apresentar uma forma alongada, por exemplo uma forma oblonga, retangular, elipsoidal, com um comprimento compreendido entre 2 e 20 milímetros, de preferência de aproximadamente 11 milímetros, e uma largura compreendida entre 1 e 10 milímetros, de preferência de aproximadamente 5 milímetros.

    Petição 870170059629, de 17/08/2017, pág. 9/11
16. 16. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicaões precedentes, caracterizado por o transdutor ultra-sonoro apresentar uma forma cônica ou troncônica apresentando um ângulo compreendido entre 10 e 80 graus.
17. 17. Procedimento para o cálculo de uma elasticidade graças a um dispositivo comportando ao menos um transdutor ultra-sonoro (2), ao menos um sensor de posição (4), um acionador eletrodinâmico (3) controlado automaticamente, conectado por ligação a fio a uma fonte de energia elétrica, caracterizado por compreender as etapas seguintes:

    - geração do golpe baixa freqüência e aquisição dos sinais ultra-sonoros,

    - compensação do deslocamento relativo do vibrador,

    - cálculo das velocidades dos tecidos, ou seja, os deslocamentos entre as aquisições, no meio,

    - cálculo das velocidades das deformações dos tecidos,

    - cálculo da velocidade da onda elástica,

    - cálculo da elasticidade.
18. 18. Procedimento para o cálculo de uma elasticidade de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por compreender uma etapa prévia de localização por modo imagem da zona desejada, a aquisição dos sinais ultra-sonoros, ou seja, para as linhas eco, acontecendo por exemplo a uma cadência de aproximadamente 50 linhas por segundo.
19. 19. Procedimento para o cálculo de uma elasticidade de acordo com a reivindicação 18, caracterizado por o resultado obtido pela etapa de cálculo da elasticidade ser sobreposta às linhas eco por exemplo sob a forma de um nível de cor diferente.
20. 20. Procedimento para o cálculo de uma elasticidade de acordo com as reivindicações 17 e 18, caracterizado por o golpe, ou sinal, baixa freqüência apresentar uma freqüência compreendida entre 1 Hz e 5.000 Hz e uma duração variando de l/2f a 20/f.
21. 21. Procedimento para o cálculo de uma elasticidade de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por a etapa de cálculo da velocidade de tecido ser realizada por intercorrelação, por Doppler, por autocorrelação, ou toda outra técnica de medida dos deslocamentos.

    Petição 870170059629, de 17/08/2017, pág. 10/11
22. 22. Procedimento para o cálculo de uma elasticidade de acordo com as reivindicações 17 e 21, caracterizado por o cálculo da velocidade de deformação do tecido se efetuar em derivando a velocidade do tecido pela profundidade.
23. 23. Procedimento para o cálculo de uma elasticidade de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por a aquisição para a medida da elasticidade ser realizada a uma cadência elevada entre 100 Hz e 100.000 Hz.
24. 24. Procedimento para o cálculo de uma elasticidade de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por compreender uma etapa prévia de varredura do órgão humano ou animal; esta etapa de varredura podendo ser realizada manualmente ou graças a um motor passo a passo ou todos os outros acionadores eletromagnéticos automaticamente controlados.
25. 25. Procedimento para o cálculo de uma elasticidade de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 23, caracterizado por compreender uma etapa de reconhecimento automático do meio estudado pelo cálculo de parâmetros dos tecidos tais como por exemplo o coeficiente de retrodifusão ultra-sonoro.

    Petição 870170059629, de 17/08/2017, pág. 11/11

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    FIGURA 5a

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