FR2660186A1 - Utilisation d'ultrasons pour la detection et la localisation d'une zone osseuse, procede et dispositif de detection et de localisation d'une telle zone osseuse par ultrasons. - Google Patents
Utilisation d'ultrasons pour la detection et la localisation d'une zone osseuse, procede et dispositif de detection et de localisation d'une telle zone osseuse par ultrasons. Download PDFInfo
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Abstract
L'invention concerne un procédé et un dispositif de détection et de localisation d'une zone osseuse par ultrasons. L'appareil est caractérisé en ce qu'il comprend au moins un élément transducteur ultrasononore (12) monté sur des moyens (14) de déplacement dans l'espace, émettant des signaux qui sont reçus par des moyens (18) de traitement en vue de déterminer les coordonnées d'une zone osseuse ainsi que de consigner ces coordonnées. L'invention simplifie la procédure de détection et de localisation et évite l'utilisation des rayons X.
Description
Utililisation d'ultrasons pour la détection et la localisation d'une zone
osseuse, procédé et dispositif de détection et de
localisation d'une telle zone osseuse par ultrasons.
La présente invention concerne essentiellement l'utilisation d'ultrasons pour la détection et la localisation d'une zone osseuse, ainsi qu'un procédé et un dispositif de détection et de localisation d'une zone osseuse par ultrasons Plus particulièrement, l'invention utilise les ultrasons pour détecter et localiser une fracture et selon une application préférée, cette localisation et détection de fracture est utilisée dans le cadre
d'une thérapie des fractures par ondes de choc.
On connaît déjà par le document W 088/09190 un procédé et un dispositif pour le traitement médical de l'état pathologique des os mettant en oeuvre des ondes de choc L'appareil utilisé consiste en pratique d'un lithotripteur comportant un dispositif générateur d'ondes de choc utilisant un réflecteur ellipsoidal tronqué, les ondes de choc étant générées au premier foyer interne de l'ellipsoide tronqué et focalisées au second foyer externe o se trouve la cible à traiter La détection et la localisation se fait à l'aide d'un générateur à rayon X disposé de manière extrêment précise relativement au générateur D'autres documents similaires sont constitués par EP-A-O 324 163 et EP-A-0 324 711 en décrivant l'utilisation de lithotripteur pour le traitement de fracture
notamment par induction de croissance osseuse.
Cependant, les procédés et dispositifs décrits dans la technique antérieure relativement au traitement pathologique des os ne décrivent pas réellement de procédé de détection et de localisation automatique de la zone osseuse à traiter En outre, en général la technique utilisée est celle des rayons X qui présente l'inconvénient de soumettre le patient à des doses d'irradiation X qui ne sont pas souhaitables et qui peuvent conduire à des effets secondaires La dose d'irradiation peut être importante dans la mesure o plusieurs essais de détection et localisation sont
nécessaires au cours de la thérapie par ondes de choc.
La présente invention a donc pour but de résoudre le nouveau problème technique consistant en la fourniture d'une solution qui permette de réaliser la détection et la localisation de zone osseuse en toute innocuité, c'est-à-dire sans L'emploi de
rayons X ou de rayonnements nocifs similaires.
La présente invention a encore pour but de résoudre le nouveau problème technique énoncé ci-dessus par la mise en oeuvre d'une solution qui permet de réaliser une détection et une localisation automatiques de la zone osseuse à traiter, ce qui permet avantageusement par la suite d'appliquer ce procédé et ce dispositif d'une manière extrêmement simple dans une thérapie par
ondes de choc.
La présente invention résout ces nouveaux problèmes techniques pour la première fois, d'une manière particulièrement
simple, utilisable à l'échelle industrielle.
Ainsi, selon un premier aspect, La présente invention concerne l'utilisation d'ultrasons pour la détection et la localisation d'une zone osseuse déterminée, en particulier d'une
fracture, ou une affection osseuse comme une pseudo-arthrose.
Selon un deuxième aspect, la présente invention fournit aussi un procédé de détection et de localisation d'une zone osseuse déterminée, en particulier une fracture ou une affection osseuse telle qu'une pseudoarthrose, caractérisé en ce qu'on prévoit au moins un élément transducteur ultrasonore que l'on
utilise pour détecter et localiser ladite zone osseuse déterminée.
Selon une variante de réalisation particulière du procédé selon l'invention, celui-ci est caractérisé en ce qu'il comprend: a) la prévision d'au moins un élément transducteur ultrasonore, choisi dans une gamme de fréquences ultrasonores qui permet d'avoir une résolution suffisante des échos détectés pour déterminer la présence de ladite zone osseuse; b) on déplace relativement l'élément transducteur et/ou un élément support d'un os incluant ladite zone osseuse, de manière que l'élément transducteur passe au-dessus de ladite zone osseuse; c) on fait émettre des signaux ultrasonores audit élément transducteur lors de ce déplacement; d) on détecte les échos réfléchis par les signaux émis que l'on compare avec un écho de référence jusqu'à détection d'une modification de l'écho, par exemple une diminution du niveau de l'écho ou un retard de son apparition, ou encore l'apparition d'un écho secondaire, constituant un signe de la présence de ladite zone osseuse déterminée; et
e) on consigne la position de ladite zone osseuse.
Selon une autre variante de réalisation particulière du procédé selon l'invention, celui-ci est caractérisé en ce qu'il comprend: a) la prévision d'au moins un élément transducteur ultrasonore, de préférence monté déplaçable dans l'espace selon les directions X, Y, Z, cet élément transducteur étant choisi dans une gamme de fréquences ultrasonores qui permet d'avoir une résolution suffisante des échos détectés pour déterminer la présence de ladite zone osseuse; b) on déplace relativement ledit élément transducteur et/ou un élément support de l'os incluant ladite zone osseuse, dans une direction sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale dudit os à observer; c) on fait émettre des signaux ultrasonores audit élément transducteur lors de ce déplacement et on analyse le niveau et/ou le délai d'apparition des échos obtenus; d) on recherche dans cette analyse l'amplitude maximale et/ou le déLai d'apparition minimal de l'écho sur la zone osseuse d'intérêt afin de déterminer une génératrice de l'os; e) on déplace ensuite ledit élément transducteur ou ledit élément support de l'os, perpendiculairement à sa direction initiale pour suivre ladite génératrice de l'os ainsi déterminée tout en continuant de faire émettre des signaux ultrasonores audit élément transducteur; f) on détecte les échos réfléchis par les signaux émis que l'on compare avec un écho de référence jusqu'à détection d'une modification de l'écho, par exemple une diminution du niveau de l'écho ou un retard de son apparition, ou encore l'apparition d'un écho secondaire, constituant un signe de la présence de ladite zone osseuse déterminée; et
g) on consigne la position de ladite zone osseuse.
Se Lon une variante de réalisation préférée, on déplace
l'éLément transducteur ultrasonore pas à pas.
Selon une autre variante de réalisation avantageuse du procédé selon l'invention, on détermine la distance entre l'éLément transducteur et la surface de l'os à partir du déLai
d'apparition de l'écho par rapport au signal d'émission.
Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, on consigne les coordonnées dans l'espace de ladite zone osseuse et on enregistre les coordonnées comme les coordonnées d'un point cible devant être mis en coincidence avec le point focal d'un générateur d'ondes de choc Avantageusement, les coordonnées à enregistrer sont celles du point de la surface le
plus proche de l'élément transducteur.
Selon encore une autre caractéristique du procédé selon
l'invention, on utilise plusieurs éLéments transducteurs ultra-
sonores, en particulier que l'on répartit en deux groupes d'éléments transducteurs disposés selon un angle prédéterminé connu et on déplace l'ensemble des éléments transducteurs jusqu'à l'obtention de valeurs de déLai d'apparition de l'écho sur l'os identiques, ce qui permet de placer l'os dans Le plan médian défini
par les deux groupes d'éléments transducteurs.
Selon une autre caractéristique avantageuse du procédé selon l'invention, on utilise un éLément transducteur ultrasonore
monocristal ou à balayage sectoriel, ou du type "barrette".
Selon une autre caractéristique particulière du procédé selon l'invention, on utilise un éLément transducteur ultrasonore émettant des ondes ultrasonores à une fréquence comprise entre
3 M Hz et 10 M Hz, idéalement entre 5 et 7 M Hz.
Selon un troisième aspect, la présente invention fournit encore un appareil de détection et de localisation d'une zone osseuse déterminée, en particulier une fracture ou une affection osseuse telle qu'une pseudoarthrose, caractérisé en ce qu'il comprend: a) au moins un éLément transducteur ultrasonore choisi dans une gamme de fréquence ultrasonore qui permet d'avoir une résolution suffisante des échos détectés pour déterminer la présence de ladite zone osseuse déterminée; b) des moyens de déplacement dudit élément transducteur et/ou d'un éLément support de l'os incluant ladite zone osseuse, de manière à ce que l'élément transducteur passe au-dessus de ladite zone osseuse; c) des moyens faisant émettre des signaux ultrasonores audit éLément transducteur lors de ce déplacement ainsi que des moyens de détection des échos émis par réflection; d) des moyens de traitement des signaux détectés capables de comparer ceux-ci avec des signaux détectés servant de référence, et déterminant une modification de l'écho, par exemple une dimunition du niveau de l'écho ou un retard de son apparition, ou encore l'apparition d'un écho secondaire, constituant un signe de la présence de ladite zone osseuse; et e) des moyens de calcul et de consignation de la position de ladite zone osseuse à partir de la détermination des
modifications d'écho réalisées par les moyens de traitement.
Selon une variante de réalisation particulière, l'invention fournit un appareil de détection et de localisation d'une zone osseuse déterminée, en particulier une fracture ou une affection osseuse, telle qu'une pseudoarthorse, caractérisé en ce qu'il comprend: a) au moins un éLément transducteur ultrasonore choisi dans une gamme de fréquence ultrasonore qui permet d'avoir une résolution suffisante des échos détectés pour déterminer la présence de ladite zone osseuse déterminée; b) des moyens de déplacement dudit élément transducteur et/ou d'un éLément support de l'os incluant ladite zone osseuse, dans l'espace selon les directions X, Y, Z; au dessus de ladite zone osseuse; c) des moyens faisant émettre des signaux à transducteur lors de ce déplacement ainsi que des détection des échos émis par réflection; l'éLément moyens de d) des moyens de traitement des signaux détectés capables de les analyser pour déterminer le niveau et/ou le déLai d'apparition pour définir une génératrice de l'os qui va être suivie pour localiser ladite zone osseuse elle-même; e) des moyens de commande des moyens de déplacement de l'élément transducteur et/ou dudit élément support de l'os, dans l'espace selon les directions X, Y, Z, intégrant notamment les données transmises par les moyens de traitement précités; f) lesdits moyens de traitement comprennent des moyens de détermination du délai d'apparition de l'écho entre l'élément transducteur et la surface de l'os lorsque les moyens de traitement constatent une modification de l'écho, par exemple une diminution ou un retard de son apparition, ou encore l'apparition d'un écho secondaire, constituant un signe de la présence de ladite zone osseuse; et des moyens de calcul et de consignation de la position de ladite zone osseuse à partir de la
détermination du délai d'apparition de l'écho.
Selon une caractéristique avantageuse de l'appareil selon l'invention, les moyens de commande comprennent un dispositif informatique commandant la vitesse et la direction de déplacement de l'élément transducteur ultrasonore et/ou de l'élément support de l'os de préférence en fonction de données initialement programmées, ainsi que des données d'échos recueillies par
l'élément transducteur.
Selon une autre caractéristique avantageuse de l'appareil selon l'invention, le dispositif informatique calcule la distance entre la position de l'élément transducteur dans l'espace et la surface de l'os à partir du délai d'apparition de l'écho et constitue les moyens de calcul et de consignation précités de la position de la zone osseuse Avantageusement, les coordonnées enregistrées sont celles du point de la surface le plus proche de
l'élément transducteur.
Selon un autre mode de réalisation avantageux de l'appareil, celui-ci comprend plusieurs éléments transducteurs ultrasonores, en particulier répartis en au moins deux groupes d'éléments transducteurs disposés selon un angle prédéterminé connu, et fonctionnant simultanément en émissionréception, ce qui permet de positionner l'os dans un plan médian défini par les deux
groupes d'éléments transducteurs.
Se Lon encore une autre caractéristique avantageuse de l'apparei L selon l'invention, Les coordonnées dans L'espace d'un point de la surface de ladite zone osseuse le plus proche de l'élément transducteur sont transmises par le dispositif informatiquecomme coordonnées d'un point cible qui doit coïncider avec le point focal d'un générateur d'ondes de choc; de préférence le dispositif informatique commande un déplacement du générateur d'ondes de choc dans l'espace pour que son point focal
coincide avec ce point cible.
Les caractéristiques de L'élément transducteur ultrasonore sont telles que décrites précédemment dans le cadre du
procédé.
On peut par exemple utiliser un transducteur monocristal focalisé par une lentille acoustique, un transducteur du type "coupe L Le" à focal fixe; un transducteur du type "annulaire" à focal variable On peut également utiliser des transducteurs ultrasonores à balaye sectoriel, ou des transducteurs du type
"barrette" à focal fixe, ou "phased array".
L'utilisation de transducteur(s) ultrasonore(s) à balayage sectoriel ou du type "barrette" est avantageuse en ce qu'elle permet de supprimer le déplacement des éLéments transducteurs dans la phase de détection de la zone osseuse recherchée ou de construire éventuellement une image échographique
sans déplacement du transducteur.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, l'appareil de détection et de localisation comprend plusieurs éléments transducteurs Selon une caractéristique préférée, ces éléments transducteurs sont répartis en au moins deux groupes d'éléments transducteurs disposés entre eux selon un angle connu et fonctionnant simultanément en émissionréception, ce qui permet de positionner l'os dans un plan médian défini par les deux groupes
d'éléments transducteurs.
Selon une autre caractéristique avantageuse, l'ensemble des éléments transducteurs est monté sur un système mobile dont les
mouvements dans l'espace sont codés par rapport à un repère fixe.
Ce repère fixe peut être constitué par un élément solidaire du
dispositif supportant le patient, facilement détectable par ultra-
sons, par exemple, une forme géométrique particulière.
On peut également prévoir que les éléments transducteurs sont de position fixe et placer l'os, donc le patient, sur un
dispositif mobile.
Et il est également possible, grâce à l'emploi d'éléments transducteurs à ligne de focalisation, de prévoir les éléments transducteurs et les moyens support du patient montés sur des systèmes qui restent fixes bien que ceux-ci n'offrent pas le
maximum de liberté au praticien.
Grâce à l'utilisation d'éléments transducteurs ultra-
sonores, donc de moyens échographiques, l'invention permet de s'affranchir des contraintes liées au rayonnement, en particulier les rayonnements X, de disposer d'informations rapidement exploitables par des moyens électroniques et informatiques simples qui permettent ainsi de commander en temps réel l'appareil de génération d'ondes de choc sans recours à un traitement complexe d'image, ainsi que d'automatiser le processus de thérapie et de
diminuer considérablement la durée du traitement.
Ainsi, la présente invention concerne encore, selon un quatrième aspect, un appareil de génération d'ondes de choc focalisées en un point focal devant être amenées en coïncidence avec un point cible, comprenant des moyens de commande commandant un déplacement du générateur d'ondes de choc dans l'espace pour que son point focal coincide avec le point cible, caractérisé en ce que les moyens de commande déterminent les coordonnées du point cible comme étant celles d'un point d'une zone osseuse déterminée à traiter, lesdites coordonnées du point de ladite zone osseuse étant obtenues par l'emploi d'au moins un élément transducteur ultrasonore, en particulier par la mise en oeuvre du procédé ou de l'appareil de détection et de localisation
précédemment décrit.
Selon une autre variante de réalisation avantageuse, l'appareil de génération d'onde de choc est caractérisé en ce qu'il comprend un générateur d'onde de choc choisi parmi le groupe consistant de réflecteur ellipsoidal tronqué rempli d'un liquide tel que l'eau, fermé ou non par une membrane, un élément en coupole
hémisphérique focalisée, des éléments magnétostrictifs focalisés.
Selon encore une autre variante de réalisation avanta-
geuse, l'appareil de génération d'onde de choc est caractérisé en
ce que l'élément transducteur précité est intégré ou lié mécani-
quement au générateur d'ondes de choc focalisées, de sorte que les
déplacements soient simultanés.
D'autres buts, caractéristiques et avantages de
l'invention apparaîtront clairement à la lumière de la description
explicative qui va suivre faite en référence à un mode de réalisation actuellement préféré de l'invention, donné simplement à titre d'illustration et qui ne saurait donc en aucune façon limiter la portée de l'invention Dans les dessins: la figure 1 est une vue schématique de principe d'un appareil de détection et de localisation d'une zone osseuse déterminée, en particulier une fracture ou une affection osseuse, telle qu'une une pseudo-arthrose, appliqué, dans un mode de réalisation préféré, dans un appareil de génération d'ondes de choc; dispositif ultrasonor dispositif ultrasonor du dispos "barrette" la figure 2 représente une variante de réalisation du de détection constitué par un élément transducteur re monocristal selon l'invention; la figure 3 représente une variante de réalisation du de détection constitué par un élément transducteur re à balayage sectoriel; la figure 3 a représente une variante de réalisation sitif de détection constitué par un transducteur du type la dispositif de répartis en disposés selon figure 4 représente une variante de réalisation du détection constitué par des éléments transducteurs au moins deux groupes d'éléments transducteurs un angle prédéterminé par rapport à la verticale; la figure 5 représente en 5 a un exemple de déplacement d'un élément transducteur selon l'axe Y par rapport à un os, la figure 5 b représente le niveau d'écho obtenu en fonction du déplacement dans la direction Y et la figure 5 C représente le délai d'apparition de l'écho en fonction du déplacement dans la direction Y; la figure 6 représente les courbes ultrasonores d'émission, d'écho d'interface, de réflexion sur l'os et de réflexion parasite, ainsi que la fenêtre d'observation englobant le niveau maximal d'écho; la figure 7 représente en 7 a un déplacement pas à pas de l'élément ultrasonore en X et Y et en 7 b l'écho sonore réfléchi correspondant; la figure 8 représente schématiquement le champ acoustique d'un éLément transducteur ultrasonore avec la zone de focalisation et au voisinage de la zone osseuse déterminée, par exemple ici une fracture; et la figure 9 représente un mode de réalisation préféré
selon lequel l'élément transducteur est intégré ou lié mécani-
quement au générateur d'ondes de choc focalisées, de sorte que les
déplacements soient simultanés.
En référence aux figures, en particulier à la figure 1, un appareil de détection et de localisation d'une zone osseuse 4 sur un os 6 d'un patient, est représenté par le numéro de référence général 10 Cet appareil est caractérisé en ce qu'il comprend au moins un éLément transducteur ultrasonore 12 Cet élément transducteur ultrasonore 12 est choisi dans une gamme de fréquences ultrasonores qui permet d'avoir une résolution suffisante des échos
détectés pour déterminer la présence de La zone osseuse 4.
Selon une variante de réalisation avantageuse de l'appareil selon l'invention, celui-ci est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens 14 de déplacement de l'élément transducteur 12 dans l'espace selon les directions X, Y, Z Ces moyens de
déplacement comprennent des moyens de codage en coordonnées carté-
siennes X, Y, Z et/ou en coordonnées polaires R, thêta, phi.
Cet appareil comprend aussi des moyens 16 faisant émettre des signaux à l'élément transducteur 12 ainsi que des moyens de détection des échos émis par réflexion, intégrés dans un dispositif électronique bien connu à l'homme de l'art L'appareil selon l'invention comprend également ou avantageusement des moyens 18 de traitement des signaux détectés, capables de comparer ceux-ci avec des signaux détectés servant de référence, et comprenant des moyens de détermination de la distance séparant l'élément transducteur de la surface de l'os à partir du délai d'apparition de l'écho réfléchi par l'os, lorsque les moyens de traitement constatent une variation du niveau d'écho, par exemple une diminution ou un retard de son apparition, ou encore l'apparition d'un écho secondaire, constituant un signe de la
présence de la zone osseuse 4.
L'appareil selon l'invention comprend encore avantageu-
sement des moyens 20 de commande des moyens de déplacement 14 de l'élément transducteur 12 dans l'espace selon les directions X, Y, Z, intégrant notamment les données transmises par les moyens de traitement 18, par exemple par la présence d'un dispositif
informatique.
Selon une variante de réalisation, il est éventuellement possible de prévoir un dispositif d'imagerie 22, construisant une image de la zone focale à partir des données recueillies par les
moyens 16.
Selon une application préférée de l'appareil de détection et de localisation selon l'invention, l'élément transducteur 12 est intégré ou lié mécaniquement à un appareil 30 de génération d'ondes de choc focalisées en un point focal F, en particulier au dispositif générateur 32 focalisé, par exemple un ellipsoîde 32 tronqué émettant les ondes de choc dans un foyer interne F 1 qui sont focalisées au foyer externe F, ce qui est bien connu à
l'homme de l'art, comme cela est représenté à la figure 9.
Selon l'invention, les moyens 20 de commande des moyens de déplacement 14 de l'élément transducteur 12, par exemple comprenant un dispositif informatique, commandent également le déplacement dans l'espace selon les directions X, Y, Z du générateur d'ondes de choc 32 qui comprend aussi des moyens de codage en coordonnées cartésiennes X, Y, Z et/ou coordonnées polaires R, thêta, phi Ainsi, les moyens de commande 20, comprenant un dispositif informatique sont communs à l'appareil de détection et de localisation et à l'appareil de génération d'ondes
de choc, ce qui constitue un avantage important de l'invention.
Il est à noter que le codage des coordonnées de position dans l'espace de l'élément transducteur ultrasonique 12 et du générateur d'ondes de choc 32, sont réalisées par rapport à un repère fixe Ce repère fixe est par exemple constitué par un élément solidaire du dispositif supportant le patient, facilement détectable par ultrasons, par exemple une forme géométrique particulière. Comme il a été dit précédemment, l'élément transducteur 12 peut être un monocristal (point focal 24) comme représenté à la figure 2, ou à balayage sectoriel (ligne focale 26) comme représenté à la figure 3, ou de type "barrette" (ligne focale 26 bis) comme représenté à la figure 3 a En outre, selon une autre variante de réalisation, on peut prévoir plusieurs éléments transducteurs répartis en au moins deux groupes 12 a, 12 b disposés entre eux selon un angle x par rapport à la verticale de sorte que
les faisceaux ultrasoniques émis se coupent en un point d'inter-
section 28 qui peut être disposé à l'intérieur ou à la surface de l'os 6 Ce point d'intersection 28 est également situé sur la
verticale comme clairement représenté à la figure 4.
A la figure 5 on a représenté à la figure 5 a le déplacement d'un élément transducteur ultrasonore 12 selon l'axe Y à la surface de la peau 8 d'un membre d'un patient contenant un os 6 à observer La figure 5 b montre en ordonnées le niveau N d'écho réfléchi en fonction du déplacement selon l'axe Y, la position la plus proche S de l'os correspondant à l'écho maximal réfléchi La figure 5 c représente le délai d'apparition de l'écho en fonction du déplacement selon l'axe Y et on observe que le point S le plus
proche correspond à un délai d'apparition le plus court.
La figure 6 représente au cours du temps le niveau sonore du signal d'émission et des échos d'interface, de réflexion sur l'os et parasites, symbolisant la fenêtre d'observation qui est l'espace de temps observé pour détecter l'écho de réflexion sur
l'os 4.
La figure 7 représente le déplacement pas à pas de l'élément u Ltrasonore 12 par les moyens de déplacement 14 commandés par Les moyens de commande 20 d'une distance Dx selon l'axe des abcisses X et d'une distance DY sur l'axe des ordonnées Y (figure 7 a) La figure 7 b présente le niveau ou le retard de l'écho sonore
réfléchi au cours des déplacements dx et dy précédants.
A la figure 8, on a représenté une vue agrandie partielle au niveau de la zone osseuse recherchée 4, par exemple constituée par une fracture 5 définissant une cassure de l'os 6 avec une largeur I et une profondeur par exemple égale à h, ainsi que la
zone de focalisation, par exemple 24 de l'élément transducteur 12.
On observe qu'il est avantageux que la zone de focalisation 24 fournisse une résolution suffisante de la fracture 5 et soit ici par exemple d'une dimension inférieure à la largeur I de la cassure
provoquée par la fracture 5.
On conçoit que l'appareil précédemment décrit permet de mettre en oeuvre le procédé de détection et de localisation d'une zone osseuse déterminée, telle que précédemment décrit En pratique, ce procédé est selon une variante de réalisation préférée, réalisée comme suit: a) détection de l'os On déplace automatiquement l'élément transducteur 12, grâce à son moyen support 14 dans une direction sensiblement
perpendiculaire à la direction longitudinale d'un os 6 à observer.
La position dans l'espace de l'élément transducteur 12, c'est-à-
dire en pratique du moyen support 14 sont transmis au moyen 16 et au moyen de traitement 18 Simultanément à ce déplacement, les moyens 16 font émettre des signaux électriques aux éléments transducteurs 12 et reçoivent les signaux électriques émis par les éléments transducteurs ultrasonores 12 résultant des échos réfléchis, en particulier de ceux réfléchis dans la fenêtre d'observation temporelle contenant le niveau maximal de l'écho et
permettant de déterminer son délai d'apparition.
Lorsque l'élément transducteur arrive à la verticale de la génératrice de l'os S la plus proche du transducteur ultrasonique 12 (voir figure 5 a),le niveau de l'écho refléchi est maximum (figure 5 b) et le délai d'apparition de l'écho le plus court (figure 5 c) Ces deux conditions permettent ainsi de déterminer la présence et la position de l'os 6 Il est avantageux d'exploiter à la fois ces deux informations concordantes pour
valider l'une par rapport à l'autre.
Selon une autre variante du procédé de détection de l'os selon L'invention, représenté à la figure 4, on utilise au moins deux groupes d'éléments transducteurs formant entre eux un angle connu ( 2 î) Ces deux groupes d'éléments transducteurs 12 a, 12 b fonctionnent simultanément en émission-réception On détermine pour chaque groupe le délai d'apparition de l'écho sur l'os au cours d'un mouvement similaire à celui décrit cidessus pour un seul groupe d'éléments transducteurs Lorsque les deux délais d'apparition ont une valeur identique, l'os est alors situé dans le plan médian défini par les deux groupes d'éléments transducteurs 12 a, 12 b Cette variante du procédé selon l'invention assure à la fois la détection de l'os 6 et son positionnement par rapport au dispositif de détection défini par les éléments transducteurs 12
montés sur les moyens support 14.
Les moyens 16 et les moyens 18 assurent le traitement électronique des signaux électriques transmis par les éléments transducteurs 12 pour aboutir à la détermination des niveaux maximums et des délais d'apparition des échos maximums réfléchis et transmettent ces informations aux moyens de commande 20 qui comprennent habituellement un dispositif informatique qui commande à son tour le déplacement dans l'espace des moyens support 14 et
donc des éléments transducteurs 12.
Après avoir détecté la position de l'os, l'étape suivante
consiste à suivre la génératrice de l'os.
b) Suivi de la génératrice de l'os: Apres avoir déterminé la génératrice de l'os selon la direction longitudinale de l'os, on dépl Lace l'éLément transducteur 12 par déplacement de son moyen support 14 commandé par les moyens de commande 20 selon cette génératrice, par exemple parallèLe ou coïncidant avec l'axe X Ainsi, après avoir déplacé l'éLément transducteur 12 dans la direction Y, perpendiculairement à l'axe longitudinal de l'os selon la direction X, l'éLément transducteur
12 est maintenant déplacé parallèLement à la direction longitu-
dinale de l'os, dans la direction X Dans le cas o le déplacement selon l'axe X n'est pas exactement orienté selon l'axe longitudinal de l'os, l'éLément transducteur 12 quitte la génératrice et le niveau de l'écho diminue La génératrice de l'os est alors retrouvée en recherchant de manière identique à l'étape précédente, le maximum du signal pour un déplacement perpendiculaire selon la direction Y Le suivi de la génératrice de l'os est alors assure en recherchant pour chaque déplacement selon l'axe X (Dx), le niveau maximal de l'écho lors d'un déplacement dans la direction Y (D)
(figure 7).
Dans la variante de réalisation utilisant au moins deux groupes d'éléments transducteurs 12 a, 12 b, le suivi de la génératrice de l'os est obtenu en recherchant pour chaque pas Dx, le déplacement D qui permet d'obtenir sur chaque groupe Y d'éléments transducteurs 12 a, 12 b le même déLai d'apparition de l'écho sur l'os Dans ces conditions, l'os est recentré dans le plan médian défini par les deux groupes d'éléments transducteurs 12 a, 12 b On observe que les mêmes moyens 16, 18 et 20 permettent de réaliser la phase de détection et de suivi de la génératrice de
l 'os.
Lors du suivi de la génératrice de l'os, on va détecter
et localiser la zone osseuse recherchée.
c) Détection de la zone recherchée La détection et la localisation de la zone osseuse recherchée et la détection de la zone recherchée est basée sur la discontinuité du mi Lieu osseux au niveau de La zone d'intéret 4,
qui entraîne une perturbation transitoire du signa L échographique.
Comme on Le conçoit bien à partir de La considération de La figure 8, cette perturbation se traduit par un retard d'apparition "t" Lié à La dimension "h" de La discontinuité osseuse, résultant par exemple d'une fracture 5 ainsi qu'à La diminution du niveau "L" Liée aux diverses réflexions et transmissions dans La corticale de L'os 6, ou encore à L'apparition
d'écho secondaire.
L'optimisation des caractéristiques de résolution axiale
et azimutale conduit au choix des transducteurs Les mieux adaptés.
Ainsi, et comme dans le cadre précédent de La détection de l'os et du suivi de sa génératrice, les moyens 16, 18 et 20
permettent de détecter Les discontinuités des signaux électriques.
L'invention permet naturellement d'analyser Le signal d'un seul transducteur 1 Z ou de plusieurs éléments transducteurs pour
rechercher Les discontinuités osseuses.
On comprend également qu'on peut exploiter simultanément Les informations de niveau d'écho et de délai d'apparition d'écho afin de valider selon deux critères indépendants la présence de la discontinuité osseuse, par exemple une fracture 5 Cette discontinuité osseuse peut également être constituée par une
arthrose ou une pseudo-arthrose.
Une fois que La zone osseuse recherchée est détectée,
celle-ci va être localisée comme suit.
d) Localisation de La discontinuité osseuse dans L'espace La discontinuité osseuse étant détectée comme décrit ci-dessus, Les informations de positionnement de l'élément transducteur 12, et le délai d'apparition de L'écho sur L'os obtenu par les moyens de traitement 18 sont transmis au moyen de commande comprenant un dispositif informatique o elles sont stockées en mémoire Ces données sont ensuite traitées informatiquement pour en
déduire la position dans l'espace de La zone osseuse recherchée.
Dans Le cadre de l'application préférée dans un appareil de génération d'ondes de choc 30, Les moyens de commande 20 commandent le déplacement du générateur d'ondes de choc 32 de manière à ce que son foyer cible F soit disposé de manière adéquate par rapport à la zone osseuse 4 pour en effectuer son traitement par les ondes de choc Ce traitement par les ondes de
choc peut être réalisé comme décrit dans les documents précités.
Mais, les procédés d'appareil selon l'invention peuvent être mis en oeuvre sur tout type de générateur d'ondes de choc car il est totalement indépendant de la technologie choisie pour la
génération des ondes de choc.
Mais, selon la présente invention, un avantage important réside dans Le fait que les moyens de commande 20 comprennent un dispositif informatique gérant l'ensemble des systèmes utilisés et en particulier commandant également le générateur d'ondes de choc dans son positionnement et dans le déclenchement des ondes elles-mêmes, ce qui permet d'automatiser le processus de thérapie et de diminiuer considérablement la durée du traitement Grâce au procédé et à l'appareil selon l'invention, il est possible de réaliser le traitement des pseudo-arthroses sans recourt à la chirurgie ouverte, d'accélérer la consolidation des fractures des membres ou des os sans recourt à la chirurgie ouverte IL est également possible de réaliser un descellement des prothèses ou une élimination des ciments de prothèses Ainsi, la zone osseuse recherchée peut être soit une fracture, soit des zones d'arthrose ou pseudo-arthrose, soit une prothèse, ou un ciment de prothèse ce qui augmente l'universalité du procédé et de l'appareil selon l'invention. Pour obtenir une résolution efficace, il est préféré d'utiliser des éléments transducteurs ultrasonores émettant dans une gamme de fréquences comprise entre 3 et 10 M Hz, idéalement
entre 5 et 7 M Hz.
Naturellement, l'invention comprend tous les moyens techniques constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs diverses combinaisons Par exemple, les moyens support 14 des éléments transducteurs 12 peuvent être solidaires du générateur d'ondes de choc et ne constituent ainsi qu'un seul ensemble mobile Selon une autre variante de réalisation, il est possible d'utiliser les images échographiques produites par les moyens d'imagerie 22, qui sont construites par le dispositif électronique 16 Ainsi, par un traitement électronique du signal vidéo on peut directement rechercher sur l'image la zone
osseuse d'intéret et calculer sa position dans l'espace.
L'information est alors transmise par les moyens de commande 20, comprenant un dispositif informatique, au générateur d'ondes de
choc 32 de manière similaire à ce qui a été précédemment décrit.
L'invention est applicable à tout appareil de génération d'ondes de choc Il peut s'agir en particulier d'un générateur d'ondes de choc choisi parmi le groupe consistant de réflecteur ellipsoidal tronqué rempli d'un liquide tel que l'eau, fermé ou non par une membrane, un éLément en coupole hémisphérique focalisée,
des éLéments magnétostrictifs focalisés.
Claims (17)
1 Utilisation des ultrasons pour la détection et la localisation d'une zone osseuse déterminée, en particulier une
fracture, une affection osseuse telle qu'une pseudo-arthrose.
2 Procédé de détection et de localisation d'une zone osseuse déterminée, en particulier une fracture, une affection osseuse telle qu'une pseudoarthrose, caractérisé en ce qu'on prévoit au moins un élément transducteur ultrasonore et que l'on
utilise pour détecter et localiser ladite zone osseuse déterminée.
3 Procédé de détection et de localisation d'une zone osseuse déterminée, en particulier une fracture, une affection osseuse telle qu'une pseudoarthrose, caractérisé en ce qu'il comprend: a) la prévision d'au moins un élément transducteur ultrasonore, choisi dans une gamme de fréquences ultrasonores qui permet d'avoir une résolution suffisante des échos détectés pour déterminer la présence de ladite zone osseuse; b) on déplace relativement l'élément transducteur et/ou un élément support d'un os incluant ladite zone osseuse, de manière que l'élément transducteur passe au-dessus de ladite zone osseuse; c) on fait émettre des signaux ultrasonores audit élément transducteur lors de ce déplacement; d) on détecte les échos réfléchis par les signaux émis que l'on compare avec un écho de référence jusqu'à détection d'une modification du niveau d'écho, par exemple une diminution du niveau de l'écho ou un retard de son apparition, ou encore l'apparition d'un écho secondaire, constituant un signe de la présence d'une zone osseuse déterminée; et
e) on consigne la position de ladite zone osseuse.
4 Procédé de détection et de localisation d'une zone osseuse déterminée, en particulier une fracture, une affection osseuse telle qu'une pseudoarthrose, caractérisé en ce qu'il comprend: a) la prévision d'au moins un élément transducteur ultrasonore, de préférence monté déplacable dans l'espace selon les directions X, Y, Z, cet éLément transducteur étant choisi dans une gamme de fréquences ultrasonores qui permet d'avoir une résolution suffisante des échos détectés pour déterminer la présence desdites zones osseuses; b) on déplace relativement ledit éLément transducteur ou un éLément support de l'os, incluant Ladite zone osseuse dans une direction sensiblement perpendiculaire à la direction Longitudinale d'un os à observer; c) on fait émettre des signaux ultrasonores audit éLément transducteur lors de ce déplacement et on analyse le niveau et/ou le déLai d'apparition des échos obtenus; d) on recherche dans cette analyse l'amplitude maximale et/ou le déLai d'apparition minimal de l'écho sur la zone osseuse d'intérêt afin de déterminer une génératrice de l'os; e) on déplace ensuite ledit élément transducteur ou ledit éLément support de l'os, perpendiculairement à sa direction initiale pour suivre ladite génératrice de l'os ainsi déterminée tout en continuant de faire émettre des signaux ultrasonores audit éLément transducteur; f) on détecte les échos réfléchis par les signaux émis que l'on compare avec un écho de référence jusqu'à détection d'une modification de l'écho, par exemple une diminution du niveau de l'écho ou un retard de son apparition, ou encore l'apparition d'un écho secondaire, constituant un signe de la présence de ladite zone osseuse déterminée;
g) on consigne la position de ladite zone osseuse.
Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce
qu'on déplace l'élément transducteur ultrasonore pas à pas.
6 Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'on détermine la distance entre l'éLément transducteur et la surface de l'os à partir de l'écart du déLai d'apparition de
l'écho par rapport au signal d'émission.
7 Procédé selon l'une des revendications 3 à 5,
caractérisé en ce qu'on consigne les coordonnées dans l'espace de ladite zone osseuse et on enregistre les coordonnées comme les coordonnées d'un point cible devant être mis en coincidence avec le point focal d'un générateur d'ondes de choc, de préférence les coordonnées enregistrées sont celles du point de la surface le plus
proche de l'élément transducteur.
8 Procédé selon l'une des revendications 3 à 6,
caractérisé en ce qu'on utilise plusieurs éléments transducteurs ultrasonores, en particulier que l'on répartit en deux groupes d'éléments transducteurs disposés selon un angle prédéterminé connu et on déplace l'ensemble des éléments transducteurs jusqu'à l'obtention de valeurs de délai d'apparition de l'écho sur l'os identiques, ce qui permet de placer l'os dans le plan médian défini
par les deux groupes d'éléments transducteurs.
9 Procédé selon l'une des revendications 3 à 7,
caractérisé en ce qu'on utilise un élément transducteur ultrasonore
monocristal ou à balayage sectoriel ou du type "barrette".
10 Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à
8, caractérisé en ce que l'élément transducteur ultrasonore émet des ultrasons dans une gamme de fréquence comprise entre 3 M Hz et
M Hz, idéalement entre 5 et 7 M Hz.
11 Appareil de détection et de localisation d'une zone osseuse déterminée, en particulier une fracture, une affection osseuse, telle qu'une pseudoarthose, caractérisé en ce qu'il comprend: a) au moins un élément transducteur ultrasonore ( 12) choisi dans une gamme de fréquence ulrasonore qui permet d'avoir une résolution suffisante des échos détectés pour déterminer la présence de ladite zone osseuse déterminée; b) des moyens ( 14) de déplacement dudit élément transducteur et/ou d'un élément support de l'os incluant ladite zone osseuse, de manière à ce que l'élément transducteur passe au-dessus de ladite zone osseuse; c) des moyens ( 16) faisant émettre des signaux ultrasonores audit élément transducteur lors de ce déplacement ainsi que des moyens de détection des échos émis par réflexion; d) des moyens ( 18) de traitement des signaux détectés capables de comparer ceux-ci avec des signaux détectés servant de référence, et déterminant une modification de l'écho, par exemple une dimunition du niveau de l'écho ou un retard de son apparition, ou encore l'apparition d'un écho secondaire, constituant un signe de la présence de ladite zone osseuse; et e) des moyens de calcul et de consignation de position de ladite zone osseuse à partir de la détermination des
modifications d'écho réalisées par les moyens de traitement ( 18).
12 Appareil de détection et de localisation d'une zone osseuse déterminée, en particulier une fracture, une affection osseuse telle que pseudoarthrose, caractérisé en ce qu'il comprend: a) au moins un éLément transducteur ultrasonore ( 12) choisi dans une gamme de fréquence ultrasonore qui permet d'avoir une résolution suffisante des échos détectés pour déterminer la présence de ladite zone osseuse; b) des moyens ( 14) de déplacement dudit éLément transducteur et/ou d'un éLément support de l'os inc Luant ladite zone osseuse dans l'espace selon les directions X, Y, Z au dessus de ladite zone osseuse; c) des moyens ( 16) faisant émettre des signaux ultrasonores à l'élément transducteur ainsi que des moyens de détection des échos émis par réflexion; d) des moyens ( 18) de traitement des signaux détectés capables de les analyser pour déterminer le niveau et/ou le délai d'apparition pour définir une génératrice de l'os qui va être suivie pour localiser ladite zone osseuse elle-même; e) des moyens ( 20) de commande des moyens de déplacement de l'élément transducteur ( 12) et/ou dudit élément support de l'os, dans l'espace selon les directions X, Y, Z, intégrant notamment les données transmises par les moyens de traitement ( 18) précités; et f) lesdits moyens de traitement ( 18) comprennent des moyens de détermination du délai d'apparition de l'écho entre l'élément transducteur ( 12) et la surface de l'os lorsque les moyens de traitement ( 18) constatent une modification de l'écho, par exemple une diminution ou un retard de son apparition, ou encore l'apparition d'un écho secondaire, constituant un signe de la présence de ladite zone osseuse; et des moyens de calcul et de consignation de la position de ladite zone osseuse à partir de
détermination du délai d'apparition de l'écho.
13 Appareil selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens de commande ( 20) comprennent un dispositif informatique commandant la vitesse et la direction de déplacement de l'éLément transducteur ultrasonore et/ou de l'éLément de l'os, de préférence en fonction de données initialement programmées, ainsi que des données d'écho recueillies par l'intermédiaire de l'éLément transducteur ( 12), des moyens ( 16) et des moyens de
traitement ( 18).
14 Appareil selon la revendication 13, caractérisé en ce que le dispositif informatique calcule la distance entre La position de l'éLément transducteur ( 12) dans l'espace et la surface (S) de l'os à partir du déLai d'apparition de l'écho et constitue les moyens de calcul et de consignation précités de La position de
la zone osseuse.
Appareil selon l'une des revendications 11 à 14,
caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs éLéments transducteurs ultrasonores ( 12), en particulier répartis en au moins deux groupes d'éléments transducteurs ( 12 a, 12 b) disposés se Lon un angle prédéterminé connu ( 2 x), et fonctionnant simultanément en émissionréception, ce qui permet de positionner l'os ( 6) dans un plan médian défini par les deux groupes d'éléments transducteurs
( 12 a, 12 b).
16 Appareil selon l'une des revendications 12 à 15,
caractérisé en ce que les coordonnées dans L'espace d'un point de ladite zone osseuse ( 4) le plus proche de l'élément transducteur ( 12) sont transmises par les moyens de commande ( 20) comme coordonnées d'un point cible qui doit coïncider avec le point focal d'un générateur d'ondes de choc, de préférence, ces moyens de commande ( 20) commandent un déplacement d'un générateur d'ondes de choc dans l'espace pour que son point focal (F) coincide avec
ce point cible.
17 Appareil de génération d'ondes de choc focalisées en un point focal (F) devant être amenées en coïncidence avec un point cible ( 4), comprenant des moyens de commande ( 20) commandant un déplacement d'un générateur d'ondes de choc dans l'espace pour que son point focal (F) coincide avec ledit point cible ( 4), caractérisé en ce que les moyens de commande déterminent les coordonnées du point cible comme étant celles d'un point d'une zone osseuse ( 4) déterminée à traiter, lesdites coordonnées du point de ladite zone osseuse ( 4) étant obtenues par l'emploi d'au moins un élément transducteur ultrasonore ( 12), en particulier par la mise en oeuvre du procédé défini à l'une quelconque des
revendications 2 à 10 ou de l'appareil défini à l'une quelconque
des revendications 11 à 16.
18 Appareil de génération d'ondes de choc selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il comprend un générateur d'ondes de choc choisi parmi le groupe consistant d'un réflecteur ellipsoidal tronqué rempli d'un liquide tel que l'eau, fermé ou non par une membrane, un élément en coupole hémisphérique focalisée,
des éléments magnétostrictifs focalisés.
19 Appareil de génération d'ondes de choc selon la
revendication 17 ou 18, caractérisé en ce que l'élément transduc-
teur ( 12) est intégré ou lié mecaniquement au générateur ( 32) d'ondes de choc focalisées, de sorte que Les déplacements soient simultanés.
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| EP0685211A1 (fr) | 1994-05-30 | 1995-12-06 | Technomed Medical Systems | Utilisation d'un échographe en mode A pour la surveillance de la position d'un patient pendant une séance de thérapie, et procédé en comportant application |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| IL97662A0 (en) | 1992-06-21 |
| EP0568529A1 (fr) | 1993-11-10 |
| US5235981A (en) | 1993-08-17 |
| WO1991014400A1 (fr) | 1991-10-03 |
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