FR2605173A1 - Transducteur electromagnetique, notamment emetteur acoustique utilisable a des fins medicales - Google Patents

Abstract

DANS CE TRANSDUCTEUR CONSTITUE PAR AU MOINS UN COUPLE DE CONDUCTEURS A1, B1; A2, B2..., DONT L'UN AU MOINS EST MONTE FIXE SUR UN SUPPORT 1 ET DONT L'AUTRE EXCITE UNE SURFACE EMETTANT UN SON EN VUE DE DELIVRER UNE IMPULSION DE PRESSION DES QUE LES DEUX CONDUCTEURS SONT PARCOURUS PAR DES COURANTS EN SENS OPPOSES ET SONT REPOUSSES L'UN PAR RAPPORT A L'AUTRE, LES CONDUCTEURS A, B DE CHAQUE COUPLE SONT PARALLELES ENTRE EUX ET CABLES ELECTRIQUEMENT DE MANIERE QUE LEURS SECTIONS VOISINES SONT PARCOURUES PAR DES COURANTS EN DES SENS OPPOSES POUR PRODUIRE DES FORCES DE REPULSION ET PAR DES COURANTS DE MEME SENS POUR PRODUIRE DES FORCES D'ATTRACTION. APPLICATION NOTAMMENT AUX APPAREILS MEDICAUX SERVANT A DETRUIRE DES TISSUS OU DES CONCRETIONS PAR EXEMPLE DANS LES REINS ET LA VESSIE.

Description

La présente invention concerne un transducteur électromagnétique,

notamment émetteur acoustique servant à produire des impulsions acoustiques transitoires d'amplitude élevée et por des applications médicales, constitué par au moins un couple de conducteurs, un premier de ces conducteurs étant maintenu sans possibilité de déplacement par un support

présentant une impédance acoustique élevée, tandis que le se-

cond conducteur, déplaçable par rapport au premier conducteur, excite une surface émettant un son et servant à produire une

impulsion de pression, dès que les deux conducteurs sont par-

courus par des courants dirigés en des sens opposés et sont

alors repoussés l'un par rapport à l'autre.

Pour produire des impulsions de pression de hau-

te énergie, du type nécessaires par exemple dans la technique médicale pour réaliser la destruction volontaire de tissus ou de concrétions dans les reins, la vessie ou la vésicule

biliaire, on utilisait jusqu'alors des transducteurs de diffé-

rents types. Ainsi il existe des transducteurs dans lesquels l'élément émettant un son est commandé de façon inductive par

des bobines magnétiques ou même est commandé de façon piézo-

électrique.

En outre il existe des transducteurs électroma-

gnétiques (demande de brevet allemand publiée sous le N 33 12014),

dans lesquels la surface de l'émetteur est formée par la surfa-

ce d'une membrane métallique, qui est' disposée en vis-à-vis d'un dispositif formant conducteur, à distance de ce dernier et tout en en étant isolé, et constitue avec ce dernier un

couple de conducteurs. Lorsque l'ensemble à conducteur cons-

titué par exemple par un fil enroulé en forme de spira-

le est chargé par une impulsion de courant, le champ, qui

apparaît alors, induit dans la membrane mobile un courant diri-

gé en sens opposé, ce qui entraîne une répulsion de la membra-

ne et l'apparition d'une impulsion de pression positive. Il

s'agit par conséquent de transducteurs, qui fonctionnent-se-

lon le principe des courants de Foucault.

Les transducteurs;de ce type présentent l'incon-

vénient consistant en ce qu'ils ne peuvent fonctionner qu'en

tant qu'émetteurs et que, dans le cas o les courants de Fou-

cault sont irréguliers dans la membrane flexible, aucune foca-

lisation suffisamment précise de l'onde de pression n'est pos- sible. En outre, en raison de la disposition la plupart du temps sous forme de spirale du conducteur situé dans un support, il faut s'attendre à obtenir une inductance élevée de sorte que, également, il est nécessaire de disposer de manière correspondante

d'impulsions de tension élevée pour faire fonctionner ce transducteur.

Enfin il faut encore imaginer que l'on ne peut produire, avec

un tel transducteur, essentiellement que des impulsions acous-

tiques positives et par conséquent aucune cavitation avec la production consécutive de contraintes de traction au niveau

du tissu ou de la concrétion devant être détruite.

L'invention a pour but de créer un transducteur convenant surtout pour une utilisation médicale lors de la destruction volontaire de tissus et de concrétions situés à

- l'intérieur du corps et qui puisse fonctionner en tant qu'émet-

teur et récepteur afin qu'il soit possible d'exécuter égale-

ment des opérations de localisation à l'aide de ce transduc-

teur. En outre ce transducteur doit être à même de produire des impulsions acoustiques tant positives que négatives. Enfin ce transducteur doit garantir un fonctionnement parfait et une focalisation précise des impulsions acoustiques délivrées

dans le fonctionnement à l'émission.

Ce problème est résolu conformément à l'inven-

tion à l'aide d'un transducteur du type mentionné plus haut, grace au fait que les deux conducteurs de chaque couple de conducteurs sont parallèles l'un à l'autre et sont raccordés électriquement de telle sorte que des sections respectivement

voisines des premier et second conducteurs, qui coopèrent en-

tre eux, sont parcourues en des sens opposés pour la produc-

tion de forces de répulsion et dans le même sens pour la production de forces d'attraction, par les courants injectés

dans les conducteurs.

Selon la direction préalablement choisie des

premiers et seconds conducteurs qui s'influencent récipro-

quement par l'action de champs électromagnétiques, ce transduc-

teur peut par conséquent produire au choix, dans le fonction- nement à l'émission, des impulsions acoustiques positives ou négatives, de sorte que l'on peut travailler par exemple avec des impulsions positives pour la destruction de concrétions

telles que des calculs minéraux, et, lorsque cela s'avère né-

cessaire, également avec des impulsions négatives produisant des cavitations, pour la destruction d'un tissu biologique,

comme par exemple des carcinomes.

En outre il est possible de faire fonctionner également le transducteur conforme à l'invention uniquement

en tant que récepteur ou bien en alternance en tant que récep-

teur et émetteur, afin de pouvoir localiser et détruire éven-

tuellement des concrétions sur le même trajet acoustique.

Lorsque le transducteur doit travailler en tant que récepteur, il est agencé de telle sorte qu'au moins un conducteur de chaque couple de conducteurs peut être raccordé

à une source de courant continu de telle sorte que le dépla-

cement, qui est imposé par un signal de réception acoustique tombant sur le second support mobile, des seconds conducteurs respectifs induit, dans au moins l'un des conducteurs, une tension qui est proportionnelle à la vitesse de déplacement

du second support et peut être détectée par un circuit d'éva-

luation. En outre il est possible d'envoyer un courant

à haute fréquence à au moins un conducteur d'un couple de con-

ducteurs de sorte que le couplage capacitif et/ou inductif entre les premiers et seconds conducteurs puisse être détecté par un circuit d'évaluation en tant que mesure de l'écartement réciproque de ces conducteurs et de l'amplitude du signal de réception.

De façon appropriée, les conducteurs sont réa-

lisés en un matériau profilé, comme par exemple un fil, une bande ou un ruban, et la distance entre les sections voisines des premiers et seconds conducteurs, qui coopèrent entre eux, devrait être inférieure à 10 mm et de préférence inférieure à 5 mm pour obtenir un facteur de couplage élevé. Par ailleurs plusieurs premiers conducteurs, qui sont parallèles entre eux dans un plan du premier support

et parcourus par le courant circulant dans un même sens, for-

ment un circuit en parallèle, tandis qu'un nombre identique de seconds conducteurs, qui sont parallèles entre eux dans un plan d'un second support et sont parcourus par des courants

circulant dans le même sens, forment un second circuit en pa-

rallèle, et que les conducteurs ou les supports possèdent au

choix une forme rectiligne ou coudée. Dans ce cas les deux cir-

cuits en parallèle mentionnés peuvent être branchés en série

pour la production de forces de répulsion et peuvent être bran-

chés en parallèle pour la production de forces d'attraction.

Lorsque le support muni des conducteurs mobiles est réalisé sous la forme d'un composant plat, on obtient un

émetteur planar, de sorte qu'il faut prévoir un élément foca-

lisant le rayonnement pour focaliser les ondes acoustiques émises. Mais il est également possible de réaliser par avance les supports pour les premiers et seconds conducteurs sous la forme de composants réalisant une focalisation, auquel cas notamment on rencontre notamment la forme de calottessphériques concentriques. D'autres caractéristiques et avantages de la

présente invention ressortiront de la description donnée ci-

après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 montre une possibilité de montage et d'un circuit conformes à l'invention des premiers et seconds conducteurs; - la figure 2 représente un exemple simplifié d'un couple bifilaire de conducteurs; - la figure 3 représente un circuit pour un transducteur pouvant fonctionner en tant qu'émetteur et en tant que récepteur; - la figure 4 représente un circuit analogue

à celui de la figure 3, mais présentant une possibilité supplé-

mentaire de fonctionnement à l'émission;

- la figure 5 représente une coupe longitudina-

le d'un appareil servant à détruire des concrétions; et

- la figure 6 représente une coupe longitudina-

le d'une autre forme de réalisation possible d'un appareil

servant à détruire des concrétions.

Conformément à la figure 1, dans ou sur un pre-

mier support fixe 1 se trouvent installés trois premiers con-

ducteurs al,a2 et a3, en vis-à-vis desquels se trouvent dispo-

sés, de façon correspondante, trois seconds conducteurs bl, b2 et b3, qui sont également disposés dans ou sur un second

support mobile 2 de sorte que respectivement les deux conduc-

teurs, qui sont directement voisins et coopèrent directement entre eux, de chaque couple de conducteurs al,bl;a2,b2;a3,b3 sont parallèles entre eux. De même les supports 1,2, qui sont réalisés dans ce cas sous la forme de plaques planes, sont

parallèles entre eux.

Les conducteurs a et également les conducteurs b sont reliés respectivement électriquement aux extrémités des supports 1,2 de sorte que l'on obtient deux circuits en parallèle, qui sont branchés en série au moyen du cavalier

3. Lorsqu'un courant est injecté uniquement dans la direc-

tion de la flèche xl dans les conducteurs du premier support

et que ce courant quitte à nouveau le circuit dans la direc-

tion de la flèche yl, les premiers et seconds conducteurs a,b sont parcourus par un courant en des sens opposés, ce qui a pour effet, en raison des champs et forces qui s'établissent, que les seconds conducteurs b déplaçables avec le support 2 sont repoussés par rapport aux premiers conducteurs a et par conséquent au support fixe 1 et sont déplacés vers le haut

conformément au dessin. Par conséquent une impulsion de pres-

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sion positive apparaît dans la surface 2a du support 2, qui

sert ici de surface d'émetteur.

Dans le cas o une impulsion de pression ou une impulsion acoustique négative doit être produite, on modifie de façon simple le circuit de manière que les deux circuits en parallèle formés des premiers et seconds conducteurs a,b soient branchés en parallèle, par le fait que l'on établit des liaisons indiquées par des lignes formées de tirets sur la figure 1 et qu'on injecte, dans la direction de la flèche x2, un courant qui quitte le circuit à l'autre extrémité dans

la direction de la flèche y2.

Dans ce cas tous les conducteurs sont parcourus

dans le même sens par le courant de sorte qu'ils peuvent s'at-

tirer réciproquement et que les seconds conducteurs b ainsi

que le support mobile 2 et la surface d'émetteur 2a sont dé-

placés en direction du support fixe 1.

La rapidité et l'amplitude du déplacement de la surface d':émission et par conséquent également la variation et l'amplitude des impulsions de pression positives ou négatives que l'on peut ainsi produire

dépendent essentiellement du type de l'impulsion de courant injec-

tée et en outre de la constitution mécanique et de l'inertie

de l'ensemble du système.

Contrairement à la variation rectiligne des pre-

miers et seconds conducteurs de la figure 1, on peut couder ou replier ces conducteurs également selon des trajets dans un plan ou dans l'espace, et les disposer avec une forme de boucle ou avec une forme sinueuse. A cet effet, la figure 2 montre un exemple possible comportant un couple individuel

de conducteurs, dans lequel, pour simplifier, on n'a pas repré-

senté les supports prévus pour les conducteurs et dans lequel

le premier conducteur a et le second conducteur b sont enrou-

lés sous la forme d'une spirale et sont reliés, à l'une de leurs extrémités, par l'intermédiaire d'un cavalier 4 de sorte

que l'on obtient un dispositif bifilaire.

Dans ce cas, lorsqu'un courant est injecté dans l'un des conducteurs, les deux conducteurs sont parcourus en

des sens opposés par le courant, de sorte qu'ils se repous-

sent mutuellement moyennant la production d'une impulsion de pression positive. Comme cela a déjà été décrit précédemment en référence à l'exemple de la figure 1, on peut cependant

modifier également simplement ce circuit de façon correspon-

dante de manière que les deux conducteurs soient parcourus dans le même sens par le courant, de manière à permettre, en cas de besoin, également l'obtention d'impulsions acoustiques

négatives.

Au début de la description, on a déjà mentionné

que l'on peut faire fonctionner des systèmes transducteurs de ce type non seulement en tant qu'émetteurs acoustiques, mais également en tant que récepteurs acoustiques. A cet égard les figures 3 et 4 montrent des solutions pratiques pour un fonctionnement du transducteur conforme à l'invention en tant qu'émetteur et récepteur. Les premier et second conducteurs a,b sur le dessin sont représentés sous la forme de bobines

ou d'inductances, qui sont branchées en série. Si le commu-

tateur 5 est situé dans la position 1 pour le fonctionnement à l'émission, les conducteurs ou bobines sont commandés par un générateur 6 au moyen d'impulsions à haute tension et sont parcourus par un courant en des sens opposés. Dans l'hypothèse o la bobine a est immobile et o la bobine b, qui est reliée

à une surface d'émetteur non représentée, est mobile par rap-

port à la précédente, des impulsions acoustiques positives

sont produites dans ce cas.

Lorsque le commutateur 5 se trouve dans l'autre position possible 2, le transducteur peut fonctionner en tant

que récepteur. Ici la préaimantation nécessaire des deux ensem-

bles à conducteurs ou bobines a,b s'effectue par l'intermé-

diaire d'une source de courant continu 7. Dans le cas o une impulsion acoustique rencontre la surface d'émetteur ou surface du transducteur, non représentée, qui est reliée à l'ensemble formant conducteur mobile b, cet ensemble formant

conducteur est dévié et est déplacé par rapport à l'autre en-

semble formant conducteur a de sorte qu'il circulera, sur la base d'une induction magnétique, un courant de signal, qui

peut être traité, affiché et évalué en tant que grandeur direc-

tionnelle du signal de réception, dans un circuit d'évaluation

8, par exemple un oscilloscope.

Lors de la localisation de concrétions ou d'un

tissu malade à l'intérieur du corps d'un patient, on travail-

le en général avec des scanners que l'on fait fonctionner en alternance en tant qu'émetteur et en tant que récepteur, auquel cas par conséquent le même transducteur délivre tout d'abord

une impulsion d'émission et est commuté ensuite sur la récep-

tion de manière à recevoir le signal d'écho. Ce mode de fonc-

tionnement est également possible avec les circuits des figu-

res 3 et 4, dans la mesure o le commutateur 5 est un commuta-

teur électronique rapide et que la commutation de la position 1 à la position 2 s'effectue pendant l'intervalle de temps de propagation de l'impulsion acoustique dans le sens aller et dans le sens retour. Les paramètres, tels que l'amplitude,

le temps de propagation et la phase, des signaux d'échos peu-

vent être alors évalués d'une manière usuelle et connue pour

la localisation.

En outre il existe la possibilité représentée

sur la figure 4 d'utiliser, pour la localisation, un généra-

teur d'impulsions 9 de puisssance relativement faible, qui, lorsque le commutateur 5 se trouve dans la position 3, est commuté sur les ensembles formant conducteurs a,b, tandis que le signal d'écho peut être reçu, comme décrit précédemment, lorsque ce commutateur est dans la position 2. Dans ce cas le commutateur doit par conséquent être commuté rapidement de la position 3 dans la position 2, lorsque la localisation est exécutée avec un transducteur. Par ailleurs le générateur

6 n'est utilisé que pour la production d'impulsions acousti-

ques de haute énergie, c'est-à-dire pour réaliser la destruc-

tion d'une concrétion ou d'une partied'untissu, après l'opéra-

tion de localisation.

Les figures 5 et 6 représentent des dispositifs

et appareils convenant à cet effet et utilisant le transduc-

teur conforme à l'invention. Dans la description qui va suivre

de cet appareil, pour avoir une meilleure compréhension, on utilisera les mêmes chiffres de référence pour les éléments

qui sont identiques à ceux des figures 1 et 2.

Conformément à la figure 5, les conducteurs fi-

xes al,a2...a29 sont noyés, en étant bloqués contre tout dé-

placement, dans un boîtier utilisé en tant que support 1 et constitué en une matière plastique, et ce de telle sorte qu'ils

sont situés à une distance aussi faible que possible des au-

tres ou seconds conducteurs bl,b2...b29, qui sont noyés dans un second support 2 comportant la surface plane d'émission 2a. Conformément au circuit de la figure 1, les conducteurs a et les conducteurs b peuvent former chacun un circuit en

parallèle et ces deux circuits en parallèle peuvent être rac-

cordés électriquement en série par l'intermédiaire d'un cava-

lier 3. Les impulsions de courant servant à faire fonctionner le transducteur en tant qu'émetteur sont injectées dans le direction de la flèche xl dans le circuit en parallèle formé par les conducteurs a, de sorte que le courant revient en sens opposé, y compris en empruntant le cavalier 3, dans le circuit

en parallèle constitué par les conducteurs b et quitte le sys-

tème suivant la direction de la flèche x2.

Dans ces conditions, l'impulsion de courant pro-

voque une répulsion réciproque des deux ensembles formant con-

ducteurs de sorte que le support 2 est déplacé vers le haut de façon impulsionnelle et émet, par l'intermédiaire de sa surface d'émission 2a, une impulsion acoustique à l'intérieur

du milieu de transmission 10 par exemple liquide ou fluide.

Le rayonnement acoustique est focalisé au moyen d'une lentil-

le biconcave 11 en direction d'un foyer 12 qui est situé par exemple sur ou dans une concrétion à l'intérieur des reins 13 d'un patient, après une localisation correspondante et une

orientation correspondante de l'appareil. Le corps 14 du pa-

tient est raccordé directement par l'intermédiaire du milieu de couplage 10 au dispositif, ce raccordement étant obtenu de façon connue à l'aide d'un manchon flexible 15, qui est fixé par son bord inférieur 15a au support 1 et est appliqué, par son bord supérieur 15b, extérieurement sur le corps 14

du patient qui est traité en position allongée.

A la place du transducteur planar comportant une lentille de focalisation conforme à la figure 5, on peut

également obtenir une focalisation des ondes acoustiques con-

formément à la figure 6 lorsque les deux supports 1 et 2 possè-

dent une forme produisant une focalisation courbe dans l'es-

pace, c'est-à-dire par exemple sous la forme de calottes sphé-

riques concentriques, qui possèdent un foyer commun 12. Par

ailleurs la constitution et le fonctionnement de ce transduc-

teur produisant une focalisation sont les mêmes que dans le

cas de la forme de réalisation de la figure 5.

Par conséquent les premiers conducteurs al-a31

sont noyés dans le support 1, tandis que les seconds conduc-

teurs bl-b31 sont noyés dans le second support 2, mobile par

rapport au précédent. Ces conducteurs peuvent également à nou-

veau former, dans ce cas, des circuits en parallèle qui sont reliés par un cavalier 3 et sont branchés en série de sorte qu'une impulsion de courant injectée dans la direction de la flèche xl dans le premier conducteur et quittant à nouveau le circuit dans la direction de la flèche x2, conduira à un

écartement, de type impulsionnel, du second support par rap-

port au premier support. Il s'ensuit l'apparition d'une impul-

sion de pression positive qui parvient sur la concrétion ou le tissu à détruire, en y étant focalisée, par l'intermédiaire

du milieu 10 et du corps 14 du patient.

Comme cela a déjà -été mentionné, la distance nette entre les premiers et seconds conducteurs devrait être aussi faible que possible, c'est-à-dire inférieure à 10 mm et de préférence inférieure à 5 mm. En outre les conducteurs ill devraient être réalisés en un matériau profilé, tel qu'un fil, une bande ou un ruban, auquel cas la forme d'une bande ou d'un ruban offre la possibilité que la surface des conducteurs, tournée respectivement vers la partie devant être détruite, peut être utilisée en tant que surface d'émission, sans que cette surface d'émission soit obligatoirement formée par la

surface d'un second support particulier. Enfin le second sup-

port pourrait être également supprimé dans la forme représen-

tée sur les dessins, dans la mesure o iles seconds conducteurs mobiles représentent une structure apte à osciller tout en

gardant une forme stable et rigide propre.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1. Transducteur électromagnétique, notamment

émetteur acoustique servant à produire des impulsions acousti-

ques transitoires d'amplitude élevée et pour des applications médicales, constitué par au moins un couple de conducteurs (al,bl;a2,b2...), un premier de ces conducteurs étant maintenu sans possibilité de déplacement par un support présentant une impédance acoustique élevée, tandis que le second conducteur,

déplaçable par rapport au premier conducteur, excite une sur-

face émettant un son et servant à produire une impulsion de pression, dès que les deux conducteurs sont parcourus par des courants dirigés en des sens opposés et sont alors repoussés l'un par rapport à l'autre, caractérisé en ce que les deux conducteurs (a,b) de chaque couple de conducteurs (al,bl;a2,

b2...)- sont parallèles l'un à l'autre et sont raccordés élec-

triquement de telle sorte que des sections respectivement voi-

sines des premier et second conducteurs, qui coopèrent entre eux, sont parcourues en des sens opposés pour la production

de forces de répulsion et dans le même sens pour la produc-

tion de forces d'attraction, par les courants injectés dans

les conducteurs.

2. Transducteur selon la revendication 1, carac-

térisé en ce que les conducteurs (a,b) sont constitués en un matériau profilé, comme par exemple un fil, une bande ou un

ruban, et en ce que la distance entre lessections voisines des pre-

mier et second conducteurs, qui coopèrent entre eux, est infé-

rieure à 10 mm et de préférence inférieure à 5 mm.

3. Transducteur selon l'une des revendications

1 ou 2, caractérisé en ce que plusieurs premiers conducteurs (a), qui sont parallèles entre eux dans un plan du premier support (1) et parcourus par le courant circulant dans un même sens, forment un circuit en parallèle, en ce qu'un nombre identique de seconds conducteurs (b), qui sont parallèles entre eux dans

un plan d'un second support (2) et sont parcourus par des cou-

rants circulant dans le même sens, forment un second circuit en parallèle, et en ce que les conducteurs et les supports possèdent

au choix une forme rectiligne ou coudée.

4. Transducteur selon la revendication 3, carac-

térisé en ce que lesdits deux circuits en parallèle sont bran-

chés en série pour produire des forces de répulsion et sont

branchés en parallèle pour produire des forces d'attraction.

5. Transducteur selon l'une quelconque des re-

vendications 1 à 4, caractérisé en ce que les premier et se-

cond conducteurs (a,b) forment un dispositif bifilaire.

6. Transducteur selon l'une quelconque des re-

vendications 1 à 5, caractérisé en ce que les supports (1,2) des premiers et seconds conducteurs (a,b) possèdent une forme

produisant une focalisation.

7. Transducteur selon la revendication 6, carac-

térisé en ce que les supports (1,2) possèdent la forme de ca-

lottes sphériques concentriques.

8. Transducteur formant récepteur acoustique

selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé

en ce qu'au moins un conducteur (a,b) de chaque couple de con-

ducteur (al,b2;a2,b2...) peut être raccordé à une source de courant continu (7) de telle sorte que le déplacement, qui est imposé par un signal de réception acoustique tombant sur

le second support mobile (2), des seconds conducteurs respec-

tifs (b) induit, dans au moins l'un des conducteurs (a,b),

une tension qui est proportionnelle à la vitesse de déplace-

ment du second support (2) et est détectée par un circuit d'éva-

luation (8).

9. Transducteur utilisé comme émetteur acousti-

que selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caracté-

risé en ce qu'un courant à haute fréquence peut être envoyé au moins à un conducteur (a,b) de chaque couple de conducteurs (al,bl;a2,b2...)et en ceque le couplage capacitif et/ou inductif entre les premiers et seconds conducteurs est détecté par un circuit d'évaluation (8) en tant que mesure de l'écartement

réciproque de ces conducteurs.