FR2716266A1 - Procédé de repérage d'un corps par exploration ondulatoire, du type échographie Doppler, et corps à éléments cristallins correspondant. - Google Patents

Abstract

Il s'agit de repérer une zone (23) d'un corps (21) en utilisant une méthode d'exploration, telle qu'une méthode d'échographie avec effet Doppler, fondée sur une modification des ondes émises par une source (9, 11). Pour cela, on dispose à l'endroit de la zone (23) à repérer des éléments à structure cristalline, après émission des ondes (29), on capte les modifications (27) produites sur ces ondes par le contact avec les éléments cristallins, et, ces modifications étant caractéristiques de la présence desdits éléments, on repère en conséquence la zone (23) qui en a été pourvue. Application notamment au repérage d'un cathéter introduit dans le corps humain.

Description

L'invention a pour objet de permettre le repérage en général "en aveugle" et à distance d'une zone d'un corps (pouvant être un objet ou une partie d'un corps vivant) à partir d'une méthode d'exploration de ladite zone fondée sur une modification , après rencontre avec la zone en question, de vibrations telles que des ondes acoustiques émises par une source.

Plus précisément, le domaine de l'invention concerne un tel repérage fondé sur une méthode d'exploration sous échographie "Doppler".

En particulier dans le domaine médical et par exemple pour les matériels ou dispositifs de filtration sanguine "in situ" tels que celui objet de la publication française FR-A- 2 657 261, il est connu d'équiper une partie du dispositif (comme un cathéter) d'un repère radioopaque qui va permettre de suivre sous contrôle radiographique le placement du cathéter, et donc du dispositif, dans le corps du patient.

Si un tel système de repérage parait efficace dans le cadre d'une méthode d'exploration radiographique, il n'existe toutefois pas à la connaissance du demandeur d'équivalent performant, c'est-à-dire fiable, non risqué et peu coûteux, lorsque la méthode d'exploration est fondée sur une modification de vibrations (ondes acoustiques à ultrasons) par rencontre avec la zone à repérer, telle donc qu'une méthode d'échographie avec effet doppler, alors même que pour de nombreuses applications dans des domaines très divers, et notamment pour le suivi d'implantations de cathéters, sondes, aiguilles,... à l'intérieur d'un corps humain ou animal, il peut s'avérer très utile de pouvoir suivre le cheminement de ces objets ou corps sans avoir à recourir à une radiographie.

L'invention propose en conséquence d'apporter une solution à ce problème en pourvoyant le corps matériel à détecter d'éléments à structure cristalline disposés & l'endroit de la zone à détecter, la détection s'effectuant bien entendu à distance, par une méthode d'exploration (telle donc qu'une échographie avec effet doppler) fondée sur une modification, après rencontre avec ladite zone à repérer, des vibrations émises par une source.

Compte-tenu de ce que l'un des domaines d'application de l'invention est le domaine médical et plus particulièrement celui des "prothèses ou matériel médical, le corps matériel à repérer pourra en particulier consister, conformément à l'invention, en un tube à usage médical propre à être introduit dans un conduit du corps d'un patient, ce tube étant réalisé de telle sorte qu'il porte en un endroit déterminé lesdits éléments cristallins qui pourront être par exemple soit intégrés directement à la matière de constitution du tube, soit disposés en un emplacement déterminé, réservé.

Ces éléments cristallins présenteront de préférence une taille de cristaux comprise entre environ 0,03 mm et environ 3 à 5 mm.

Pour connaître une liste d'exemples de cristaux pouvant convenir, on se reportera à la suite de la description, en notant que ces éléments cristallins, s'ils ne sont pas inclus directement dans le matériau de constitution de l'objet qui les porte, seront de préférence alors disposés dans une solution aqueuse, possiblement alcoolique, voire directement dans l'eau, milieu dans lequel ils seront avantageusement non solubles ou en concentration sursaturée. En alternative, les "cristaux" pourront être placés dans un liant, tel qu'une colle époxy.

Dans un autre cas de figure, on peut même envisager de repérer un emplacement ou un conduit donné du corps humain ou animal en y disposant lesdits éléments à structure cristalline qui seront alors bien entendu choisis de sorte à être bio-compatibles et non toxiques, étant alors a priori de nature organique.

Outre le système de repérage ci-dessus, l'invention se rapporte également au procédé de repérage en lui-même, utilisant bien entendu le même type de méthode d'exploration.

Selon le procédé de l'invention
a) on disposera, à l'endroit de la zone à repérer, les éléments sélectionnés à structure cristalline,
b) on fera émettre par une source appropriée des ondes dans une gamme de fréquences convenables, en dirigeant ces ondes ou vibrations vers lesdits éléments cristallins,
c) et on captera les modifications de vibrations (notamment de phase) produites par le contact avec les éléments cristallins,
d) puis, ces modifications ondulatoires étant caractéristiques de la présence desdits éléments cristallins, on identifiera en conséquence ladite zone qui en est pourvue (sur un moniteur visuel et/ou une unité sonore).

En pratique, la méthode d'exploration préférée étant "l'échographie Doppler" à partir d'un appareillage à moniteur d'images et/ou de sons, l'étape c) précédente comportera avantageusement une étape d'enregistrement des images et/ou des sons correspondant auxdites modifications ondulatoires produites par le "contact" (apparemment avec "rebondissement") sur les éléments cristallins.

Compte-tenu des essais qui ont déjà été menés, il apparaît qu'avec un appareillage d'échographie doppler, à codage couleur, la détection d'une zone renfermant les structures cristallines de l'invention se caractérisera par l'obtention d'un son évoquant un craquement ou un crissement aigU, voire strident, couplé sur le moniteur d'images, avec un spectre particulier présentant un nombre plus ou moins important de pics et une amplitude variable, avec une association de couleurs, souvent bleue, vert, jaune et rouge à caractère aléatoire sur un même point et du type à scintillement.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention, relativement en particulier à la concentration en éléments cristallins dans la zone à détecter, à l'épaisseur optimale de la couche cristalline, ou encore à la fréquence de la sonde ultrasonore émettrice/réceptrice pouvant être associée à l'échographie Doppler, vont être précisés ci-après, en relation avec la description plus détaillée qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 est une vue schématique d'un cathéter médical portant localement une zone pourvue des éléments cristallins, conformément à l'invention,
- la figure 2 est une vue en coupe locale, agrandie du détail repéré II sur la figure 1,
- la figure 3 montre une autre variante d'un tel cathéter,
- la figure 4 est une vue schématique d'une installation utilisable, en l'espèce pour le repérage d'un cathéter conforme à celui de la figure 1,
- la figure 5 montre une variante d'utilisation sur une bague équipant le bout d'une aiguille de ponction ou d'injection,
- et la figure 6 est une vue agrandie en coupe de la bague en question.

Sur les figures 1 et 2 tout d'abord, on voit illustrée une partie d'un cathéter à usage médical repéré 1, portant localement, vers son extrémité la destinée à être implantée le plus profondément dans le corps d'un patient, une zone 3 de repérage du cathéter.

Le cathéter 1 peut-être constitué par un tube en matière plastique, par exemple en un polymère (silicone) ou une matière thermoplastique.

La zone 3 est ici définie par une cavité fermée 4 préalablement constituée dans le cathéther, dans l'épaisseur de sa paroi entourant son passage intérieur axial 5, cette cavité 3 renfermant des éléments cristallins repérés 7 dont le rôle est bien entendu de permettre la détection de cette partie du cathéter, en permettant en l'espèce de suivre le déplacement de celui-ci, par exemple à l'intérieur du corps d'un patient, ou de repérer l'emplacement de son extrémité.

Dans l'exemple illustré, les cristaux 7 ont été dispersés à l'intérieur d'un composé aqueux, tel qu'une solution sursaturée de chlorure de sodium ; de l'eau aurait pu également convenir, ou encore une solution alcoolique.

En tant qu'éléments à structure de cristal, on pourra utiliser des particules, copeaux ou petits morceaux très divers, en particulier d'origine minérale (chlorure de sodium, oxyde d'aluminium, mercure,...), ou encore organique (diamant ou encore cholestérol,...), avec de préférence des tailles d'éléments comprises entre environ 0,08 mm et 1 mm.

La liste de produits cristallins qui suit a donné d'excellents résultats dans le cadre du repérage de tels cristaux plongés dans de l'eau, en utilisant pour ce repérage un appareillage d'échographie doppler couleur pulsé : chlorure de sodium, limaille de fer, sulfate de cuivre, ferrocyanure de potassium, craie, urée, oxyde d'aluminium. De bons et d'assez bons résultats ont également été obtenus dans les mêmes conditions avec du mercure, de petits tronçons d'un fil de cuivre de 0,5 mm de section et d'environ 0,8 mm de longueur, de la porcelaine, de la potasse Alun, du sulfate de magnésium, de l'acétyl salicylique, du permanganate de potassium, du sulfate de sodium, de la silice sur papier n"4 (papier de verre), de l'hydroxy-apatite de calcium et du quartz en bille (d'un diamètre de l'ordre de 0,6 mm).

Des résultats encore corrects ont été également obtenus avec du verre pilé (silice), du sulfate de zinc, de l'hyposulfite de sodium et de la silice sur du papier n03 notamment (papier de verre). Des éclats de diamant devraient également convenir.

Si on immerge ces éléments cristallins dans de l'huile, les résultats se détériorent relativement, tout en restant malgré tout décelables, par exemple pour le chlorure de sodium, le sulfate de magnésium, l'hyposulfite de sodium, l'urée ou les billes de quartz.

Si l'on veut placer les éléments cristallins 7 dans un milieu de dispersion, on choisira donc de préférence un milieu qui ne pertube pas particulièrement la transmission des ondes (vibrations acoustiques ultrasonores en l'espèce).

Au demeurant, rien n'empêche de constituer directement le corps porteur en un matériau au sein duquel seront directement dispersés, en une zone donnée, lesdits éléments cristallins. Tel est d'ailleurs ce qu'illustre la figure 3 qui montre un cathéter 10 comparable à celui de la figure 1, à la seule différence que sa zone de repérage ici repérée 30 est constituée par l'une au moins des catégories de structures cristallines précitées, directement noyée dans la matière constitutive du cathéter.

En ce qui concerne la matière de constitution de la pièce ou corps support des éléments cristallins, on notera que des types très divers de matériaux peuvent être utilisés, leur emploi étant bien entendu en pratique conditionné par le domaine d'application.

Si l'on ne se limite pas (ce qui est le cas de l'invention) nécessairement au domaine médical, les supports en question pourront notamment être réalisés, outre en silicone ou en polymère et autre matière plastique, en métal, tel que de l'acier ou du laiton, en plexiglas, voire en verre, en nylon ou en coton.

En pratique, il semble que la nature du support n'influence pas directement l'efficacité du repérage, dès lors que ces supports se laissent traverser par les ondes émises pour le repérage, sans engendrer d'échos importants, perturbateurs.

Sur la figure 4, on a représenté schématiquement un appareillage pouvant tout à fait convenir à la mise en oeuvre de l'invention. On trouve ainsi un appareil "d'échographie Doppler" 9, à codage couleur, en soi classique pouvant être un appareil de marque connue sous la référence "ALOKA 2000", avec une sonde 11 émettrice/réceptrice des signaux (telle qu'une sonde ayant une gamme de fréquences à l'émission comprise entre 2,5 et 7,5 XHz sectorielles électroniques) couplée à l'unité 9, ou encore une sonde de fréquence d'émission comprise environ 4 et 8 MHz, dans le cas de l'utilisation d'un doppler continu. Dans l'exemple illustré, il s'agit d'un appareil d'échographie doppler couleur pulsé.

L'unité 9 est reliée, outre à la sonde 11, à un double moniteur d'affichage d'images (éventuellement donc couleur) 13, 15, ainsi qu'à une unité de sortie sonore 17.

Avec un tel appareil, la mise en oeuvre de l'invention s'effectue comme suit, dans l'hypothèse où le but visé est par exemple de suivre le cheminement à l'intérieur d'un conduit 19 du corps humain, tel que le canal urétéral, d'un cathéter 21 portant à son extrémité distale la plus profondément introduite 21a, une zone de repérage 23 intégrant des structures cristallines (d l'image des zones 7 ou 30 des figures 1 ou 2).

Une fois le cathéter introduit dans le conduit 19, son cheminement va être suivi, depuis l'extérieur, par l'opérateur au moyen de la sonde 11, laquelle émet en l'espèce les ondes ultrasonores "d'échographie" avec traitement doppler par exemple pendant quelques millièmes de seconde, puis reçoit en retour pendant quelques centièmes de seconde les échos 27 produits par la rencontre des ondes émises 29 avec la zone cristalline 23, un rebondissement des ondes sur les facettes des cristaux se produisant alors probablement, ces facettes devant créer un effet "de rebond" aléatoire desdites ondes, en constituant ainsi en quelque sorte un leurre pour l'appareil, quand bien même l'objet ou corps à détecter demeure immobile, de même que la sonde 11 posée ici sur la surface cutanée 25.

On suppose qu'il y a alors création, par diffractions multiples, d'harmoniques de hautes fréquences saturant le
Doppler.

Lors des essais menés, il a été constaté qu'avec l'appareil précité, des résultats corrects étaient obtenus en mode "Duplex", avec un balayage couleur de 4 à 40 cm/s, la vitesse en mode pulsé ayant été choisie entre 5 et 80 cm/s, avec un filtre bas de 50 Hz. La puissance d'émission (PWR) était au minimum d'environ 35 % à 40 % de la puissance maxi. Le gain était nul et la vitesse d'émission des ondes était de 0,1 ou 1 m/s.

I1 est apparu alors sur l'écran 13, à l'emplacement 14 correspondant à la situation de la zone 23, une mosaïque scintillante de couleurs à dominante bleue, jaune, vert et rouge couplée sur l'écran 15 à un spectre à bandes verticales 31 serrées d'énergie (amplitude variable), le tout étant complété, sur la sortie 17, par un son du type crissement assez aigri.

I1 est à noter que l'effet produit par ces structures cristallines est amplifié lorsque la couche d'éléments dans la zone 23 augmente jusqu'à environ 5 n à 6 mm. Si on dépasse (assez nettement) cette limite, apparaît un cône d'ombre avec disparition de l'effet sur les moniteurs, probablement du fait de la saturation du doppler.

En outre, plus la taille des particules cristallines est importante, plus l'effet de repérage pouvant être constaté est important. I1 ne faut toutefois apparemment pas dépasser une taille limite, le phénomène disparaissant alors au profit certainement d'une réflexion totale.

La taille optimale des éléments cristallins à utliser parait être comprise entre environ 0,05 et 1,5 n et de préférence entre 0,08 mm et 1 mm.

Il a également été noté que l'effet était plus marqué avec une sonde 11 à haute fréquence (5 à 8 MHz) et dans le cas où la distance d de cheminement des ondes est relativement faible (profondeur inférieure ou égale à 15 à 20 cm pour l'appareillage utilisé).

Le repérage peut s'effectuer même sans vitesse relative entre la sonde et l'objet à repérer. On suppose qu'il existe alors une vitesse "virtuelle" variable créée par "rebondissement" des ondes vibratoires sur les facettes des cristaux, avec des décalages de phase multiples. Ainsi, la sonde et le cathéter 21 peuvent être fixes. L'effet est toutefois amplifié apparemment lorsqu'il existe un mouvement relatif.

Le phénomène se produit en outre pour une couche très mince de particules cristallines, de préférence lorqu'il existe au moins environ 50 particules/cm2 dans la zone à détecter.

Bien entendu, de tels éléments cristallins peuvent être utilisés ailleurs que sur un cathéter. Sur la figure 5, on a ainsi imaginé de repérer l'extrémité d'une aiguille métallique de ponction ou d'injection 33 en formant localement sur sa périphérie une gorge 35 dans laquelle on pourra venir glisser une petite bague par exemple en matière plastique (polymère, latex,...) biocompatible 37. Cette bague, représentée en vue agrandie sur la figure 6, pourra être creuse et renfermer les éléments cristallins, lesquels pourront être par exemple maintenus en place par une colle ou être dispersés dans de l'eau.

Sans être exhaustif sur les applications, on peut encore noter la possibilité de repérer le cheminement d'un produit dans le corps humain, par exemple en introduisant des cristaux organiques non toxiques dans une solution "neutre" (telle que du sérum physiologique). On peut par exemple envisager l'utilisation de cristaux de cholestérol dans une concentration assez faible, par exemple de 0,2 à 0,5 g/l.

On peut également envisager le repérage d'un objet ou appareil placé derrière une paroi plastique.

Claims (12)

RIVBMDICATIOfl

1 - Procédé de repérage d'une zone d'un corps en utilisant une méthode d'exploration de ladite zone (3, 23, 30, 37), telle qu'une méthode d'échographie avec effet

Doppler, fondée sur une modification des ondes émises par une source (9, 11), après rencontre avec ladite zone, caractérisé en ce que

a) on dispose à l'endroit de ladite zone (3, 23, 30, 37) à repérer des éléments à structure cristalline,

b) on fait émettre lesdites ondes par la source (9, 11), en les dirigeant vers les éléments cristallins,

c) on capte les modifications produites sur ces ondes par le contact avec lesdits éléments cristallins,

d) et, ces modifications étant caractéristiques de la présence desdits éléments cristallins, on repère en conséquence ladite zone (3, 23, 30, 37) qui en a été pourvue.

2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que, pour le repérage, on utilise une méthode d'exploration par échographie avec effet doppler, utilisant un appareillage à moniteur d'images (13, 15) et/ou de sons (17).

3 - Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que, lors de l'étape c), on enregistre les images et/ou les sons correspondant auxdites modifications produites par le contact desdites ondes émises avec lesdits éléments.

4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'on utilise des éléments cristallins appartenant à la liste suivante : chlorure de sodium, limaille de fer, mercure, verre pilé, sulfate de cuivre, ferrocyanure de potassium, craie, filament de cuivre, porcelaine, sulfate de zinc, potasse Alun, sulfate de magnésium, hyposulfite de sodium, urée, acétyl salicylique, permanganate de sodium, sulfate de sodium, silice sur papier, oxyde d'aluminium, quartz, diamant, hydroxy-apatite de calcium.

5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'on utilise des éléments cristallins ayant une taille comprise entre environ 0,03 mm et environ 5 n.

6 - Corps dont une zone au moins est propre à être détectée à distance par une méthode d'exploration, telle qu'une méthode d'échographie avec effet Doppler, fondée sur une modification des ondes émises par une source, après rencontre avec ladite zone, caractérisé en ce qu'il comprend des éléments (7, 70) à structure cristalline disposés à l'endroit de ladite zone (3, 23, 30, 37) à détecter.

7 - Corps selon la revendication 6 caractérisé en ce qu'il consiste en un tube ou en une aiguille à usage médical, propre à être introduit(e) dans le corps d'un patient et en un endroit déterminé duquel (de laquelle) sont disposés lesdits éléments cristallins (7, 70).

8 - Corps selon la revendication 6 ou la revendication 7 caractérisé en ce que les éléments cristallins sont de taille comprise entre environ 0,03 mm et 5 mm environ et avantageusement entre 0,05 mm et 1,5 n.

9 - Corps selon l'une quelconque des revendications 6 à 8 caractérisé en ce que lesdits éléments cristallins appartiennent à la liste suivante : chlorure de sodium, limaille de fer, mercure, verre pilé, sulfate de cuivre, ferrocyanure de potassium, craie, filament de cuivre, porcelaine, sulfate de zinc, potasse Alun, sulfate de magnésium, hyposulfite de sodium, urée, acétyl salicylique, permanganate de sodium, sulfate de sodium, silice sur papier, oxyde d'aluminium, quartz, diamant, hydroxy-apatite de calcium.

10 - Corps selon l'une quelconque des revendications 6 à 9 caractérisé en ce que les éléments cristallins sont placés dans l'eau ou dans une solution aqueuse ou alcoolique, dans laquelle lesdits éléments sont insolubles ou en solution sursaturée.

11 - Corps selon l'une quelconque des revendications 6 à 9 caractérisé en ce que les éléments cristallins sont placés dans un liant, tel qu'une colle époxy.

12 - Corps selon l'une quelconque des revendications 6 à 11 caractérisé en ce que lesdits éléments cristallins sont disposés suivant une couche d'épaisseur inférieure à environ 4 mm à 6 mm.