FR2839876A1 - Ultrasound analysis technique for bone uses transmitter and multiple receivers producing matrix for analysis and deduction of bone characteristics - Google Patents

Ultrasound analysis technique for bone uses transmitter and multiple receivers producing matrix for analysis and deduction of bone characteristics Download PDF

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bone
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Withdrawn
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Emmanuel Bossy
Maryline Talmant
Pascal Laugier
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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Abstract

The ultrasound probe consists of an ultrasound transmitter (3) and a series of receivers (4) distributed closely along the propagation direction. The excitation level is read on each receiver (4) at each sampling time, thereby providing a spatio-temporal image of the excitations of the receivers. This is analyzed using a Fourier transform, leading to a curve whose shape allows deduction of bone properties. The ultrasound process uses a probe consisting of at least one ultrasound transmitter (3) and a series of receivers (4) distributed relatively closely along the propagation direction. Ultrasound excitations are applied, and the excitation level is read on each receiver (4) at each sampling time, thereby providing a spatio-temporal image of the excitations of the receivers. The image is a matrix within which each column may, for example, correspond to one receiver, and each line may correspond to one sampling time. The matrix is processed with a digital bi-directional Fourier transform to obtain a spatial frequency-temporal frequency diagram. On this diagram the various vibratory modes generated by excitation of the observed medium form curves, and some geometrical features of these curves enable geometrical or mechanical characteristics of the observed medium to be deduced.

Description

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Procédé, sonde et appareil pour caractériser par voie ultrasonore un milieu d'étude, en particulier la couche corticale d'un os. Method, probe and apparatus for ultrasonic characterization of a study medium, in particular the cortical layer of a bone.

Champ de l'invention
La présente invention concerne un procédé de caractérisation d'un milieu d'étude par application d'excitations ultrasonores sur une surface accessible.
Field of the invention
The present invention relates to a method of characterizing a study medium by applying ultrasonic excitations on an accessible surface.

La surface accessible peut appartenir au milieu d'étude lui-même, ou à un milieu intercalaire que les excitations ultrasonores devront traverser pour atteindre le milieu d'étude.  The accessible surface may belong to the study medium itself, or to an intermediate medium that the ultrasound excitations will have to cross to reach the study environment.

En effet, la présente invention s'intéresse en particulier à la caractérisation de la couche corticale d'un os, de manière non-invasive et in-vivo, la surface accessible étant alors la surface de la peau tandis qu'un milieu intercalaire constitué de tissus mous est interposé entre la surface accessible et la couche corticale de l'os.  Indeed, the present invention is particularly interested in the characterization of the cortical layer of a bone, non-invasively and in vivo, the accessible surface then being the surface of the skin while a spacer medium constituted Soft tissue is interposed between the accessible surface and the cortical layer of the bone.

La présente invention concerne également une sonde ainsi qu'un appareil pour la mise en #uvre du procédé et en particulier pour la caractérisation non-invasive et in-vivo de la couche corticale d'un os.  The present invention also relates to a probe and an apparatus for the implementation of the method and in particular for the non-invasive and in-vivo characterization of the cortical layer of a bone.

Contexte, Etat de l'art
Il est connu dans l'art que la propagation des ultrasons dans un matériau dépend des propriétés mécaniques et de la géométrie de ce matériau. Ainsi de nombreux dispositifs utilisent la propagation des ultrasons dans les os, en particulier la mesure de vitesse de propagation, dans le but de dépister les modifications subies par l'os au cours de l'ostéoporose ou d'autres pathologies osseuses connues pour affecter la résistance ou l'intégrité osseuse. La majorité des
Background, State of the art
It is known in the art that the propagation of ultrasound in a material depends on the mechanical properties and geometry of that material. Thus, many devices use the propagation of ultrasound in the bones, in particular the measurement of propagation velocity, in order to detect the changes undergone by the bone during osteoporosis or other bone pathologies known to affect the bone. resistance or bone integrity. The majority of

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dispositifs commerciaux utilisent une technique de propagation dite transverse dans laquelle deux transducteurs ultrasonores sont disposés de part et d'autre de l'os à étudier, pour étudier la propagation des ultrasons à travers l'os [Brevet Laugier/Berger WO 9526160]. La disposition particulière des capteurs inhérente à une telle technique la limite à l'étude de sites osseux périphériques tels que le talon, les phalanges ou le radius distal, qui sont accessibles à la mesure sur leurs deux faces opposées. Des techniques permettant l'étude spécifique de l'os cortical, os qui ne présente qu'une seule face accessible, applicables sur des os longs tels que le tibia ou le corps du radius ont été proposées depuis de nombreuses années, mettant en jeu la propagation des ultrasons le long de la surface de l'os [G. Lowet and G. Van der Perre, "Ultrasound velocity measurement in long bones: Measurement method and simulation of ultrasound wave propagation, " J Biomech 29(10), 1255-1262 (1996), I. Siegel, G. T. Anast and T. Melds, "The determination of fracture healing by measurement of sound velocity across the fracture site, " Surgery, Gynecol, Obstetrics, 327-332 (1958).]. La présente invention concerne en particulier ces phénomènes de propagation le long de la surface de l'os.  Commercial devices use a so-called transverse propagation technique in which two ultrasonic transducers are arranged on either side of the bone to be studied, to study the propagation of ultrasound through the bone [Laugier / Berger patent WO 9526160]. The particular arrangement of the sensors inherent in such a technique limits it to the study of peripheral bone sites such as the heel, the phalanges or the distal radius, which are accessible to the measurement on their two opposite faces. Techniques allowing the specific study of the cortical bone, bone which presents only one accessible face, applicable on long bones such as the tibia or the body of the radius have been proposed since many years, putting into play the Ultrasound propagation along the surface of the bone [G. Lowet and G. Van der Perre, "Ultrasound velocity measurement in long bones: Measurement method and simulation of ultrasound wave propagation," J Biomech 29 (10), 1255-1262 (1996), Siegel I., GT Anast and T. Melds. , "The determination of fracture healing", "Surgery, Gynecol, Obstetrics, 327-332 (1958).]. The present invention particularly relates to these propagation phenomena along the surface of the bone.

Pour l'évaluation de l'os in vivo, il est connu que la vitesse de propagation, qui dépend des propriétés mécaniques et géométriques de l'os, peut permettre un diagnostic de l'état de l'os [C. Njeh, D. Hans, T. Fuerst, C. C. Glüer and H. K. Genant (1999). Quantitative ultrasound assessment of osteoporosis and bone status. London, Martin Dunitz.]. Il a ainsi été montré que la mesure de la vitesse d'une onde ultrasonore (de fréquence de l'ordre de 1 MHz) se propageant le long de la surface de l' os cortical au radius permet de discriminer une population saine d'une population ostéoporotique ayant subi une fracture de la hanche [M. Weiss, A. Ben-Shlomo, P. Hagag and S. Ish-Shalom, "Discrimination of proximal hip fracture by quantitative ultrasound measurement at the radius", Osteoporosis Int. 11, 411-416 (2000)].  For the evaluation of bone in vivo, it is known that the speed of propagation, which depends on the mechanical and geometrical properties of the bone, may allow a diagnosis of the state of the bone [C. Njeh, D. Hans, T. Fuerst, C. Glüer C. and H. K. Genant (1999). Quantitative ultrasound assessment of osteoporosis and bone status. London, Martin Dunitz.]. It has thus been shown that the measurement of the velocity of an ultrasonic wave (frequency of the order of 1 MHz) propagating along the surface of the cortical bone at the radius makes it possible to discriminate a healthy population from a osteoporotic population who has had a hip fracture [M. Weiss, A. Ben-Shlomo, P. Hagag and S. Ish-Shalom, "Discrimination of proximal hip fracture by quantitative ultrasound measurement at the radius", Osteoporosis Int. 11, 411-416 (2000)].

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Les dispositifs connus, en permettant de déterminer la vitesse de propagation du premier signal parvenant à un ou plusieurs récepteurs consécutivement à l'application d'une excitation ultrasonore ne permettent qu'une caractérisation relativement limitée du milieu d'étude et ne permettent que d'ouvrir, en fonction du résultat obtenu, un certain nombre d'hypothèses de diagnostic, entre lesquelles le praticien pourra avoir des difficultés à effectuer un choix.  Known devices, by making it possible to determine the speed of propagation of the first signal reaching one or more receivers following the application of an ultrasound excitation, allow only a relatively limited characterization of the study medium and only allow to open, depending on the result obtained, a number of diagnostic hypotheses, between which the practitioner may have difficulty making a choice.

Le but de la présente invention est ainsi de proposer un procédé de caractérisation qui permette d'affiner considérablement les résultats fournis par l'application d'excitations ultrasonores à un milieu d'étude tel que la couche corticale d'un os.  The object of the present invention is thus to propose a method of characterization which makes it possible to considerably refine the results provided by the application of ultrasound excitations to a study medium such as the cortical layer of a bone.

Un autre but de la présente invention est de proposer une sonde et un appareil qui conviennent pour la mise en #uvre du procédé.  Another object of the present invention is to provide a probe and an apparatus which are suitable for the implementation of the process.

Suivant un premier aspect de l'invention, le procédé de caractérisations d'un milieu d'étude par application d'excitations ultrasonores sur une surface accessible, en particulier pour caractériser la couche corticale d'un os séparée d'une surface accessible par un milieu intercalaire, en particulier des tissus mous, dans lequel : - par au moins un émetteur placé sur la surface accessible, on envoie des signaux d'excitation vers le milieu d'étude, - par des récepteurs pré-positionnés les uns par rapport aux autres dans une sonde que l'on place sur la surface accessible, on reçoit des signaux induits le long du milieu d'étude par les signaux d'excitation, est caractérisé en ce qu'on détecte les états d'excitation, successifs dans le temps, de multiples récepteurs répartis sur le trajet des signaux, et on établit avec le résultat de ces détections une image spatio-temporelle des signaux vibratoires transmis le long du milieu d'étude.  According to a first aspect of the invention, the method of characterizing a study medium by applying ultrasound excitations on an accessible surface, in particular to characterize the cortical layer of a bone separated from a surface accessible by a intermediate medium, in particular soft tissue, in which: - by at least one emitter placed on the accessible surface, excitation signals are sent to the study medium, - by pre-positioned receptors with respect to other in a probe which is placed on the accessible surface, signals induced along the study medium are received by the excitation signals, is characterized in that the excitation states, which are successive in the field, are detected. time, multiple receivers distributed over the path of the signals, and is established with the result of these detections a spatio-temporal image of vibratory signals transmitted along the study medium.

L'image spatio-temporelle peut se présenter sous la forme d'une matrice dans laquelle chaque récepteur est représenté, par exemple, par une colonne tandis que chaque  The spatio-temporal image can be in the form of a matrix in which each receiver is represented, for example, by a column while each

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instant, par exemple chaque instant d'échantillonnage, correspond à une ligne de la matrice. Ainsi, en reprenant l'exemple précité, chaque colonne indique la variation dans le temps du niveau d'excitation d'un récepteur associé à cette colonne, tandis que chaque ligne indique la répartition des niveaux d'excitation le long du milieu d'étude tels qu'ils ont été perçus par les récepteurs à un instant donné, associé à cette ligne.  moment, for example each sampling instant, corresponds to a row of the matrix. Thus, using the above example, each column indicates the variation in time of the excitation level of a receiver associated with this column, while each line indicates the distribution of the excitation levels along the study medium. as they were perceived by the receivers at a given instant, associated with this line.

On enregistre ainsi la totalité des informations qui sont accessibles avec un nombre de détecteurs donné et une fréquence d'échantillonnage donnée. La fréquence d'échantillonnage est choisie nettement plus grande que la fréquence centrale du signal d'excitation, de façon que les niveaux d'excitation relevés décrivent sans ambiguïté les alternances d'excitation liées aux phénomènes vibratoires dans le milieu d'étude.  This records all the information that is accessible with a given number of detectors and a given sampling frequency. The sampling frequency is chosen much larger than the center frequency of the excitation signal, so that the excitation levels recorded unambiguously describe the excitation alternations related to the vibratory phenomena in the study environment.

Pour éliminer les aléas de mesure, chaque mesure peut être effectuée au moyen de n essais, par exemple dix essais, et on peut prendre comme mesure par exemple pour chaque instant et chaque récepteur, la moyenne des n niveaux d'excitation relevés au cours des n essais.  To eliminate measurement errors, each measurement can be carried out by means of n tests, for example ten tests, and it is possible to take for example, for each instant and each receiver, the average of the n excitation levels recorded during the tests. n tests.

Lorsqu'un milieu intercalaire est interposé entre le milieu d'étude et les récepteurs, ce milieu intercalaire retarde la réception de chaque particularité de signal par rapport à l'instant auquel la même particularité de signal a quitté le milieu d'étude pour commencer à traverser le milieu intercalaire. Un tel retard est sans incidence sur la qualité des résultats obtenus. Mais il est en outre possible que la sonde et plus particulièrement la direction d'alignement des récepteurs de la sonde présentent un angle par rapport à la direction de propagation dans le milieu d'étude, en raison notamment d'une variation de l'épaisseur du milieu intercalaire le long de la direction de propagation. Le retard introduit par le milieu intercalaire diffère alors d'un récepteur à l'autre et l'image spatio-temporelle perçue par les récepteurs présente une déformation dans le temps par rapport à celle que l'on relèverait le long du milieu d'étude. Il est possible de  When an intercalated medium is interposed between the study medium and the receivers, this intercalary medium delays the reception of each signal feature with respect to the moment at which the same signal feature left the study environment to begin cross the intermediate medium. Such a delay does not affect the quality of the results obtained. But it is also possible that the probe and more particularly the direction of alignment of the receivers of the probe have an angle with respect to the direction of propagation in the study medium, in particular because of a variation of the thickness intermediate medium along the direction of propagation. The delay introduced by the intermediate medium then differs from one receiver to another and the spatio-temporal image perceived by the receivers presents a deformation in time compared to that which would be observed along the study medium. . It is possible to

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corriger cette déformation soit par une technique de correction connue, soit de préférence par utilisation d'émetteurs placés de part et d'autre de la zone de réception de la sonde comme on le décrira plus loin.  correcting this deformation either by a known correction technique, or preferably by using transmitters placed on either side of the probe receiving zone as will be described later.

Il est possible de réaliser plusieurs images spatiotemporelles pour un même milieu d'étude, en faisant varier la fréquence centrale de l'excitation ultrasonore. En effet, les modes vibratoires induits pour des fréquences centrales différentes sont également différents. De préférence, on fait varier la fréquence centrale entre environ 100 kHz et 5 MHz.  It is possible to make several spatiotemporal images for the same study environment, by varying the central frequency of the ultrasound excitation. Indeed, the vibratory modes induced for different central frequencies are also different. Preferably, the center frequency is varied between about 100 kHz and 5 MHz.

De préférence on relève l'image par un échantillonnage spatio-temporel comprenant : - envoyer le signal sous forme de tirs, - pour chaque tir, activer sélectivement parmi les récepteurs un petit nombre de récepteur(s) dont on relève l'état d'excitation à des intervalles de temps prédéterminés nettement plus petits que les périodes de signal, des récepteurs différents étant activés lors de tirs différents, - dans l'image spatio-temporelle, ramener à une même origine des temps les instants correspondant aux tirs provenant d'un même émetteur.  The image is preferably recorded by spatio-temporal sampling comprising: sending the signal in the form of shots; for each shot, selectively activating among the receivers a small number of receiver (s) whose state of being is noted; excitation at predetermined time intervals significantly smaller than the signal periods, different receivers being activated during different shots, - in the spatio-temporal image, bring to the same origin times the times corresponding to the shots from the same issuer.

L'échantillonnage spatio-temporel consiste typiquement à n'activer qu'un seul récepteur pour chaque tir. On appelle tir une émission d'un bref train d'alternances ultrasonores à titre de signal d'excitation. L'échantillonnage spatio-temporel consiste ensuite à relever à chaque instant d'échantillonnage le niveau d'excitation du récepteur activé. Au besoin, comme exposé plus haut, on peut, pour chaque récepteur, réaliser n essais et prendre comme mesure, pour chaque instant d'échantillonnage, la moyenne des n niveaux d'excitation relevés.  Spatiotemporal sampling typically involves activating only one receiver for each shot. Shooting is a transmission of a brief train of ultrasonic alternations as an excitation signal. The spatio-temporal sampling then consists in recording at each instant of sampling the excitation level of the activated receiver. If necessary, as explained above, for each receiver, it is possible to carry out n tests and take as a measure, for each sampling instant, the average of the n excitation levels recorded.

Ce processus est répété pour tous les récepteurs successivement, en faisant en sorte que le tir ait exactement la même forme d'onde pour tous les essais.  This process is repeated for all the receivers successively, ensuring that the shot has exactly the same waveform for all the tests.

Ensuite, on ramène à une même origine des temps toutes les mesures effectuées pour constituer la matrice correspondant à l'image spatio-temporelle recherchée.  Then, all the measurements taken to constitute the matrix corresponding to the desired spatio-temporal image are brought back to the same origin of time.

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Par ce procédé de double échantillonnage, on économise considérablement les moyens nécessaires pour relever et enregistrer l'image spatio-temporelle.  By this double sampling process, the means necessary to record and record the spatio-temporal image are considerably saved.

Mais il est également possible d'avoir une voie de mesure du niveau d'excitation et un compartiment de mémoire pour chaque récepteur, ces voies de mesure et compartiments de mémoire étant capables de fonctionner indépendamment et simultanément avec un cadencement temporel d'échantillonnage commun.  However, it is also possible to have an excitation level measurement channel and a memory compartment for each receiver, these measurement channels and memory compartments being capable of operating independently and simultaneously with a common sampling timing.

Les images spatio-temporelles fournies par le procédé selon l'invention, sont riches d'informations car elles regroupent les conséquences excitatoires des différents modes suscités par le signal d'excitation dans le milieu d'étude.  The spatio-temporal images provided by the method according to the invention are rich in information because they include the excitatory consequences of the different modes caused by the excitation signal in the study environment.

L'image spatio-temporelle peut être traitée, en particulier par transformation de Fourier bidimensionnelle numérique, pour en extraire un spectre des fréquences temporelles et des fréquences spatiales, et notamment établir une correspondance entre les valeurs des fréquences spatiales et les valeurs des fréquences temporelles.  The spatio-temporal image can be processed, in particular by digital two-dimensional Fourier transformation, to extract a spectrum of temporal frequencies and spatial frequencies, and in particular to establish a correspondence between the values of the spatial frequencies and the values of the temporal frequencies.

Ce spectre, qui peut d'ailleurs être visualisé, fait apparaître, par exemple sous forme graphique, des paramètres dont on peut déduire directement ou indirectement, comme on le décrira plus loin, des grandeurs physiques relatives au milieu d'étude, en particulier la vitesse de propagation de l'onde transverse (onde de cisaillement), l'épaisseur du milieu de propagation, en particulier de la couche corticale de l'os, etc.  This spectrum, which can also be visualized, shows, for example in graphical form, parameters from which one can deduce directly or indirectly, as will be described below, physical quantities relating to the study environment, in particular the velocity of propagation of the transverse wave (shear wave), the thickness of the propagation medium, in particular of the cortical layer of the bone, etc.

Selon un second aspect de l'invention, la sonde à ultrasons pour la mise en #uvre d'un procédé selon le premier aspect, en particulier pour l'auscultation osseuse, comprenant au moins un émetteur d'ultrasons dans au moins une zone d'émission et des récepteurs d'ultrasons dans une zone de réception, répartis le long d'une lame adaptatrice, est caractérisée en ce qu'il y a au moins environ dix récepteurs placés dans la zone de réception. Par son nombre élevé de récepteurs, la sonde offre un maillage suffisamment précis pour  According to a second aspect of the invention, the ultrasound probe for the implementation of a method according to the first aspect, in particular for bone auscultation, comprising at least one ultrasound emitter in at least one d-zone. emission and ultrasonic receivers in a reception area, distributed along an adapter blade, is characterized in that there are at least about ten receivers placed in the receiving area. Because of its high number of receivers, the probe offers a sufficiently precise mesh for

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réaliser la partie spatiale de l'échantillonnage spatiotemporel prévu selon le procédé.  perform the spatial part of the spatiotemporal sampling according to the method.

Suivant un troisième aspect de l'invention, l'appareil pour caractériser un milieu d'étude, en particulier pour caractériser un os in-vivo et de manière non-invasive, est caractérisé en ce qu'il comprend : - une sonde selon le deuxième aspect de l'invention ; - des moyens de commande d'émission pour commander l'émission de tirs ultrasonores successifs par l'au moins un émetteur, - des moyens d'activation sélective pour activer l'un au moins des récepteurs pour chaque tir, et désactiver d'autres, respectivement, des récepteurs, - des moyens pour relever et enregistrer en des instants d'échantillonnage successifs l'état d'excitation de l'au moins un récepteur activé.  According to a third aspect of the invention, the apparatus for characterizing a study medium, in particular for characterizing a bone in vivo and in a non-invasive manner, is characterized in that it comprises: a probe according to second aspect of the invention; emission control means for controlling the emission of successive ultrasonic fires by the at least one transmitter; selective activation means for activating at least one receiver for each firing; and deactivating other firing means. , respectively, receivers, means for recording and recording, at successive sampling times, the state of excitation of the at least one activated receiver.

De préférence, l'appareil comprend des moyens de visualisation, tels qu'un écran vidéo, pour visualiser un diagramme (fréquence spatiale)-(fréquence temporelle) extrait de l'image spatio-temporelle par un traitement mathématique approprié. Cette visualisation permet au praticien d'effectuer un repérage graphique des informations qu'il recherche, et aussi de se guider pour modifier les conditions expérimentales, par exemple la fréquence centrale d'excitation, en fonction du type de réponse modale qu'il recherche.  Preferably, the apparatus comprises display means, such as a video screen, for displaying a diagram (spatial frequency) - (time frequency) extracted from the space-time image by appropriate mathematical processing. This visualization allows the practitioner to carry out a graphical identification of the information he is looking for, and also to guide himself to modify the experimental conditions, for example the central excitation frequency, according to the type of modal response he is looking for.

D'autres particularités et avantages de l'invention résulteront encore de la description ci-après, relative à un exemple non-limitatif.  Other features and advantages of the invention will result from the description below, relating to a non-limiting example.

Aux dessins annexés : - la figure 1 est une vue schématique de la sonde en coupe dans le plan des transducteurs ; - la figure 2 est une vue partielle et schématique de la sonde de la figure 1, à échelle agrandie, en coupe dans un plan longitudinal perpendiculaire au plan des transducteurs; - la figure 3 est un schéma-bloc de l'appareil selon l'invention :  In the accompanying drawings: FIG. 1 is a schematic view of the probe in section in the plane of the transducers; - Figure 2 is a partial schematic view of the probe of Figure 1, on an enlarged scale, in section in a longitudinal plane perpendicular to the plane of the transducers; FIG. 3 is a block diagram of the apparatus according to the invention:

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la figure 4 est un schéma de principe d'un cycle de mesure ; la figure 5 est un diagramme des trajets de propagation explicatif d'un premier mode d'évaluation de la vitesse selon l'invention ; la figure 6 est un diagramme explicatif du procédé d'évaluation suivant une variante ; la figure 7 est un schéma illustrant l'étape de calibrage ; la figure 8 est un diagramme espace-temps relatif à l'évaluation de la vitesse de propagation après calibrage ; les figures 9 à 12 sont des vues de diagrammes (fréquence spatiale)-(fréquence temporelle) pour quatre valeurs différentes du paramètre FE.  Figure 4 is a block diagram of a measurement cycle; FIG. 5 is a diagram of explanatory propagation paths of a first mode of evaluation of the speed according to the invention; Fig. 6 is an explanatory diagram of the alternative evaluation method; Fig. 7 is a diagram illustrating the calibration step; FIG. 8 is a space-time diagram relating to the evaluation of the propagation speed after calibration; Figures 9 to 12 are chart views (spatial frequency) - (time frequency) for four different values of the FE parameter.

Comme le montrent les figures 1 et 2, la sonde est de type barrette linéaire constituée de transducteurs ultrasonores piézoélectriques plans, non focalisés. Les transducteurs sont répartis en trois zones, à savoir une zone de réception centrale 2 située entre deux zones d'émission 1. La zone de réception 2 comprend des transducteurs 4 équidistants fonctionnant en récepteurs et chaque zone d'émission 1 comprend des transducteurs 3 équidistants fonctionnant en émetteurs.  As shown in FIGS. 1 and 2, the probe is of linear array type consisting of planar, non-focussed piezoelectric ultrasound transducers. The transducers are divided into three zones, namely a central receiving zone 2 located between two emission zones 1. The reception zone 2 comprises equidistant transducers 4 operating as receivers and each transmission zone 1 comprises equidistant transducers 3 operating in transmitters.

Intrinsèquement, tout transducteur peut être soit émetteur, soit récepteur, et sa fonction effective dans la sonde ne dépend que du dispositif émetteur/récepteur électronique sur lequel on branche la sonde, et qui sera décrit en détail plus loin en tant que partie de l'appareil d'évaluation selon l'invention. Intrinsically, any transducer can be either transmitter or receiver, and its effective function in the probe depends only on the electronic transmitter / receiver device to which the probe is connected, and which will be described in detail later as part of the evaluation apparatus according to the invention.

La sonde est dite unidimensionnelle, en ce sens que tous les transducteurs 3,4 sont alignés selon une seule et même rangée rectiligne, et sont disposés dans un plan commun qui correspond au plan de la figure 1. D'une manière qui est classique pour les barrettes échographiques disponibles dans le commerce, les transducteurs 3,4, sont disposés entre un milieu arrière 6 (figure 2) dit backing , et une lame adaptatrice  The probe is said to be unidimensional, in the sense that all the transducers 3,4 are aligned in one and the same rectilinear row, and are arranged in a common plane corresponding to the plane of FIG. 1. In a manner which is conventional for the commercially available echographic strips, the transducers 3,4, are arranged between a rear center 6 (FIG. 2), said backing, and an adapter blade

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ou face avant 7 destinée au contact avec le corps (la peau) du patient, avec interposition d'un gel.  or front face 7 for contact with the body (the skin) of the patient, with the interposition of a gel.

Dans chaque application, les dimensions de la surface de chaque élément transducteur sont déterminées par la directivité et la sensibilité des éléments. Les transducteurs ont de préférence une largeur égale à #e/2, expression dans laquelle #e est la longueur d'onde dans l'eau des ultrasons à la fréquence centrale de la sonde. Cette largeur permet d'obtenir une sonde à large ouverture angulaire. La largeur des transducteurs est orientée parallèlement à la direction d'alignement Ox des transducteurs 3 et 4 le long de la sonde. Dans chaque zone, les transducteurs 3 ou 4 sont adjacents les uns aux autres. La longueur de chaque transducteur 3 et 4, mesurée dans le plan des transducteurs (plan de la figure 1) mais suivant la direction Oy perpendiculaire à leur direction d'alignement Ox, est choisie suffisamment grande pour obtenir un élément suffisamment sensible. Dans l'exemple non-limitatif de la figure 1, la longueur des transducteurs est égale à quatre fois #e.  In each application, the dimensions of the surface of each transducer element are determined by the directivity and sensitivity of the elements. The transducers preferably have a width equal to # e / 2, where #e is the wavelength in the ultrasound water at the center frequency of the probe. This width makes it possible to obtain a probe with a large angular aperture. The width of the transducers is oriented parallel to the alignment direction Ox of the transducers 3 and 4 along the probe. In each zone, the transducers 3 or 4 are adjacent to each other. The length of each transducer 3 and 4, measured in the plane of the transducers (plane of Figure 1) but in the direction Oy perpendicular to their alignment direction Ox, is chosen sufficiently large to obtain a sufficiently sensitive element. In the non-limiting example of Figure 1, the length of the transducers is four times #e.

La fréquence centrale utilisée peut être comprise par exemple entre 100 kHz et 5 MHz, non limitativement, pour une sonde utilisée sur le corps humain ou animal. Si la fréquence centrale est de 1 MHz, on a #e = 1, 5 mm. On appelle fréquence centrale de la sonde la fréquence calculée d'après le passage du signal par deux zéros consécutifs dans le même sens, c'est à dire par exemple en allant d'une valeur positive à une valeur négative de l'intensité.  The central frequency used may be for example between 100 kHz and 5 MHz, without limitation, for a probe used on the human or animal body. If the center frequency is 1 MHz, we have #e = 1.5 mm. The central frequency of the probe is the frequency calculated from the passage of the signal by two consecutive zeros in the same direction, that is to say for example by going from a positive value to a negative value of the intensity.

Chaque zone 1 ou 2 est encadrée par deux éléments 8 reliés à la masse. Ainsi, lorsqu'ils sont activés, les transducteurs 3 et 4 qui sont en limite de région 1 ou 2 fonctionnent dans les mêmes conditions qu'un transducteur 3 ou 4 situé entre deux autres transducteurs de la même région. Il est en outre prévu entre la région de réception 2 et chacune des deux régions d'émission 1 une barrière absorbante 11 qui dans l'exemple représenté est réalisée en liège. Les barrières 11 dites barrières de face avant , sont destinées à atténuer fortement les ondes susceptibles de se propager dans la face  Each zone 1 or 2 is framed by two elements 8 connected to the mass. Thus, when they are activated, the transducers 3 and 4 which are in limit of region 1 or 2 operate under the same conditions as a transducer 3 or 4 situated between two other transducers of the same region. It is further provided between the receiving region 2 and each of the two emission regions 1 an absorbent barrier 11 which in the example shown is made of cork. The barriers 11, called front-facing barriers, are intended to strongly attenuate the waves likely to propagate in the face.

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avant de la sonde. Elles forment chacune une interruption dans la lame adaptatrice 7 (figure 2), s'étendent dans toute la zone d'épaisseur (suivant la direction Oz) des transducteurs 3 et 4, et font saillie dans le milieu arrière 6 sans toutefois le traverser complètement. Chaque barrière 11 présente une face antérieure 12 destinée à n'être séparée du contact avec la peau du patient que par un film d'étanchéité qui recouvre également la lame 7. La face 12 est plane et coplanaire avec la face frontale de la lame adaptatrice 7. Chaque barrière 11 présente en direction Oy une dimension au moins égale aux transducteurs, c'est à dire dans l'exemple quatre fois #e. Dans la direction Ox, la barrière 11 s'étend sur par exemple 10 mm.  before the probe. They each form an interruption in the adapter blade 7 (Figure 2), extend throughout the thickness zone (in the direction Oz) of the transducers 3 and 4, and protrude in the rear medium 6 without, however, crossing completely . Each barrier 11 has an anterior face 12 intended to be separated from the contact with the skin of the patient only by a sealing film which also covers the blade 7. The face 12 is flat and coplanar with the front face of the adapter blade 7. Each barrier 11 has in the direction Oy a dimension at least equal to the transducers, that is to say in the example four times #e. In the Ox direction, the barrier 11 extends over for example 10 mm.

La sonde étant dans l'air, pour un signal électrique de 160 Volts émis sur un transducteur d'un côté d'une barrière 11, le signal électrique reçu par un transducteur situé de l'autre côté de la barrière est inférieur à 160 microvolts, de sorte que l'atténuation en amplitude est au moins égale à un facteur 106, ce qui équivaut à 120 dB.  With the probe in the air, for a 160 Volt electrical signal emitted on a transducer on one side of a barrier 11, the electrical signal received by a transducer on the other side of the barrier is less than 160 microvolts , so that the amplitude attenuation is at least equal to a factor of 106, which equals 120 dB.

Dans l'exemple représenté à la figure 1, la zone de réception comprend 32 transducteurs 4 adjacents les uns aux autres, et chaque zone d'émission comprend trois transducteurs 3 adjacents les uns aux autres. Il y a donc en tout 38 transducteurs, six éléments 8 reliés à la masse et deux barrières 11, et ainsi la longueur totale de la sonde est de l'ordre de 50 mm avec les dimensionnements exposés plus hauts.  In the example shown in Figure 1, the receiving zone comprises 32 transducers 4 adjacent to each other, and each emission zone comprises three transducers 3 adjacent to each other. There are therefore a total of 38 transducers, six elements 8 connected to the ground and two barriers 11, and thus the total length of the probe is of the order of 50 mm with the sizing exposed higher.

En pratique, la zone de réception peut typiquement, mais non limitativement, comporter 10 à 64 récepteurs selon l'utilisation de la sonde et la taille de sonde souhaitée. Le choix dépend d'un compromis entre la fréquence centrale choisie et le site du squelette qui est exploré. In practice, the reception zone can typically, but not exclusively, have 10 to 64 receivers depending on the use of the probe and the desired probe size. The choice depends on a compromise between the chosen central frequency and the site of the skeleton that is being explored.

Il est théoriquement possible de prévoir un seul émetteur 3 dans chaque zone d'émission 1. Il est toutefois préféré d'en prévoir plus qu'un et par exemple trois comme dans l'exemple représenté, pour deux raisons différentes. La première raison est que si un émetteur 3 est défectueux, la sonde est encore utilisable avec les deux autres émetteurs. Un autre avantage de prévoir plusieurs émetteurs est de permettre  It is theoretically possible to provide a single transmitter 3 in each transmission zone 1. However, it is preferred to provide more than one and for example three as in the example shown, for two different reasons. The first reason is that if a transmitter 3 is defective, the probe is still usable with the other two transmitters. Another benefit of having multiple transmitters is to allow

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de faire fonctionner simultanément au moins deux émetteurs 3 de la même zone d'émission 1 en les calant temporellement de telle manière qu'ils soient en concordance spatiale de phase. Autrement dit, lors d'une émission, le signal émis par l'émetteur 3 le plus proche de la zone de réception vient se superposer en concordance de phase avec le signal venant de plus loin, le long de l'interface à ausculter, en provenance de l'autre émetteur en fonctionnement, plus éloigné de la zone de réception 2.  simultaneously operating at least two transmitters 3 of the same transmission zone 1 by temporally stalling them so that they are phase-matched in phase. In other words, during a transmission, the signal emitted by the transmitter 3 closest to the reception zone is superimposed in phase matching with the signal coming from further along, along the interface to be examined, by from the other transmitter in operation, further from the reception zone 2.

La sonde comprend encore un boîtier plastique de protection 13 qui n'est représenté que schématiquement à la figure 2. Le film d'étanchéité recouvrant la lame adaptatrice 7 et la face antérieure 12 des barrières absorbantes 11 est apparent sur toute une face antérieure du boîtier. Du côté opposé à la sonde proprement dite, le boîtier 13 renferme un connecteur 14 par lequel les transducteurs 3 et 4 sont raccordés à un câble unique 16 dans lequel les liaisons électriques individuelles avec chaque transducteur sont rassemblées spatialement. Dans la représentation schématique de la figure 2, la masse 17 est représentée à l'intérieur du boîtier 13, mais en pratique, il s'agit d'un fil supplémentaire dans le câble 16, par l'intermédiaire du connecteur 14.  The probe further comprises a plastic protective casing 13 which is only shown schematically in FIG. 2. The sealing film covering the adapter blade 7 and the anterior face 12 of the absorbent barriers 11 is visible on an entire front face of the casing . On the opposite side to the probe itself, the housing 13 encloses a connector 14 through which the transducers 3 and 4 are connected to a single cable 16 in which the individual electrical connections with each transducer are spatially collected. In the schematic representation of FIG. 2, the mass 17 is represented inside the housing 13, but in practice it is an additional wire in the cable 16, via the connector 14.

Comme le montre la figure 3, l'appareil selon l'invention pour évaluer in vivo et de manière non-invasive les propriétés mécaniques d'un os, comprend : - une sonde 21 qui peut être telle que décrit en référence aux figures 1 et 2 et qui n'est que très schématiquement représentée ; - un module électronique émetteur/récepteur 22 qui est relié d'une part à la sonde 21 par le câble 16 et d'autre part à un ordinateur PC 23 dans lequel sont installées une carte d'acquisition numérique du signal 24 ainsi qu'une partie logicielle 26 permettant de commander la carte d'acquisition numérique du signal 24 et le module électronique émetteur/récepteur 22. Le logiciel 26 assure également le stockage des données en temps et en espace, et le traitement de ces données pour fournir les évaluations attendues. Les données  As shown in FIG. 3, the apparatus according to the invention for evaluating in vivo and in a non-invasive manner the mechanical properties of a bone, comprises: a probe 21 which can be as described with reference to FIGS. 2 and which is only very schematically represented; a transmitter / receiver electronic module 22 which is connected on the one hand to the probe 21 by the cable 16 and, on the other hand, to a PC 23 in which a digital acquisition card of the signal 24 is installed, as well as a software part 26 for controlling the digital signal acquisition card 24 and the transmitter / receiver electronic module 22. The software 26 also stores the data in time and space, and the processing of these data to provide the expected evaluations . The data

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en temps et en espace précitées comprennent en particulier la localisation des émetteurs et des récepteurs activés ainsi que les instants d'émission et de réception correspondants.  in time and space above include in particular the location of the emitters and receivers activated as well as the corresponding transmission and reception times.

Le module électronique 22 contient une partie émission (partie gauche à la figure 3) et une partie réception (partie droite à la figure 3), ainsi qu'une alimentation 27. Le module électronique comprend en particulier une matrice d'interconnexion 28 comprenant elle-même une partie émission 29 munie de bornes telles que 31 auxquelles sont reliées, respectivement, les liaisons du câble 16 raccordées aux émetteurs 3 de la sonde 21, et une partie réception 32 comportant des bornes 33 auxquelles sont reliées les liaisons du câble 16 qui sont raccordées aux récepteurs 4 de la sonde 21.  The electronic module 22 contains a transmitting part (left part in FIG. 3) and a receiving part (right part in FIG. 3), as well as a power supply 27. The electronic module comprises in particular an interconnection matrix 28 comprising -Even an emission part 29 provided with terminals such as 31 to which are respectively connected the cable links 16 connected to the emitters 3 of the probe 21, and a receiving part 32 having terminals 33 to which the links of the cable 16 are connected which are connected to the receivers 4 of the probe 21.

La partie émission du module comporte ainsi q voies indépendantes émettrices 34, par exemple seize voies dans une réalisation typique, par lesquelles des excitations électriques d'amplitude 160 V sont envoyées aux émetteurs 3 de la sonde 21.  The transmission part of the module thus comprises q independent transmitting channels 34, for example sixteen channels in a typical embodiment, by which electrical excitations of amplitude 160 V are sent to the emitters 3 of the probe 21.

Les seize voies peuvent émettre soit une à la fois, soit plusieurs à la fois avec des retards relatifs réglables de façon à réaliser une synthèse de faisceau , c'est à dire la concordance spatiale de phase décrite précédemment. La partie réception comporte r voies 36, par exemple 64 dans une réalisation typique, qui raccordent chaque récepteur 4 de la sonde 21, via la partie réception 32 de la matrice d'interconnexion 28, avec un multiplexeur 37 qui permet la lecture successive des r voies 36par la carte d'acquisition 24. The sixteen channels can transmit either one at a time, or several at a time with adjustable relative delays so as to achieve a beam synthesis, ie the spatial phase concordance described above. The reception part comprises r channels 36, for example 64 in a typical embodiment, which connect each receiver 4 of the probe 21, via the reception part 32 of the interconnection matrix 28, with a multiplexer 37 which allows the successive reading of the signals. channels 36by the acquisition card 24.

Il y a encore dans le module électronique émetteur/récepteur un étage séquenceur et de commande de gain 38 qui est relié à une entrée de commande 39 d'un étage de synthèse de faisceau 41 d'où partent les voies émettrices 34.  There is still in the transmitter / receiver electronic module a sequencer and gain control stage 38 which is connected to a control input 39 of a beam synthesis stage 41 from which the emitter channels 34 leave.

Par l'entrée de commande 39, le séquenceur 38commande l'étage 41 de façon à définir d'une part les instants des tirs (émissions de signal par les émetteurs 3 de la sonde 21) , et d'autre part les émetteurs concernés par le tir à effectuer à chaque instant de tir. L'appareil selon l'invention comprend en By the control input 39, the sequencer 38controls the stage 41 so as to define on the one hand the times of the shots (signal transmissions by the emitters 3 of the probe 21), and on the other hand the transmitters concerned by the shot to be made at each moment of shooting. The apparatus according to the invention comprises in

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outre une commande (non représentée) permettant de régler la fréquence centrale d'excitation entre environ 100 kHz et environ 5 MHz.  in addition to a control (not shown) for adjusting the central excitation frequency between about 100 kHz and about 5 MHz.

Le séquenceur 38 est également relié à une entrée de commande 42 du multiplexeur 37 pour définir, à chaque instant, le numéro de la voie réceptrice 36 dont l'état d'excitation doit être transmis à un amplificateur de sortie 43.  The sequencer 38 is also connected to a control input 42 of the multiplexer 37 to define, at each instant, the number of the reception channel 36 whose excitation state must be transmitted to an output amplifier 43.

L'étage séquenceur et de commande de gain 38 est en outre raccordé à une entrée de commande 44 pour commander le gain G de l'amplificateur de sortie 43.  The sequencer and gain control stage 38 is further connected to a control input 44 for controlling the gain G of the output amplifier 43.

Les liaisons entre l'ordinateur PC 23 et le module électronique 22 comprennent : - une liaison 46, typiquement mais non-limitativement une liaison série, avec le séquenceur 38, permettant au logiciel 26 de programmer les séquences de tirs à effectuer par les émetteurs 3, ainsi que la position du récepteur 4 dont le signal doit être transmis à l'entrée de l'amplificateur 43 pour chaque tir, respectivement ; - une liaison de synchronisation 47 par laquelle la carte d'acquisition 24 est synchronisée avec les tirs réglés par le séquenceur 38 ; et - une liaison données 48 entre la sortie de l'amplificateur 43 du module 22 et la carte d'acquisition 24, pour permettre la lecture et l'enregistrement des données dans l'ordinateur PC 23.  The links between the PC 23 and the electronic module 22 comprise: a link 46, typically but not limited to a serial link, with the sequencer 38, allowing the software 26 to program the firing sequences to be performed by the transmitters 3 , as well as the position of the receiver 4 whose signal must be transmitted to the input of the amplifier 43 for each shot, respectively; a synchronization link 47 by which the acquisition card 24 is synchronized with the shots set by the sequencer 38; and a data link 48 between the output of the amplifier 43 of the module 22 and the acquisition card 24, to enable reading and recording of the data in the PC computer 23.

Le procédé selon l'invention donne accès à la connaissance de diverses vitesses de propagation correspondant à divers modes vibratoires. Certaines vitesses ne sont accessibles que par un traitement mathématique pour établir un diagramme (fréquence spatiale)-(fréquence temporelle) selon des étapes de procédé qui seront décrites plus loin. D'autres vitesses sont également accessibles sur les données espacetemps relatives à certaines particularités des signaux se propageant dans le milieu d'étude.  The method according to the invention gives access to the knowledge of various propagation speeds corresponding to various vibratory modes. Some speeds are accessible only by mathematical processing to establish a diagram (spatial frequency) - (time frequency) according to process steps which will be described later. Other speeds are also available on the time data relating to certain peculiarities of the signals propagating in the study environment.

L'utilisation de ces données espace-temps nécessite de déterminer les temps de parcours respectifs du signal jusqu'aux différents récepteurs 4 de la sonde. Comme le module  The use of these space-time data requires the determination of the respective travel times of the signal to the various receivers 4 of the probe. As the module

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électronique 22 ne surveille qu'un seul récepteur 4 à la fois, on détecte l'écart de temps de parcours précité non pas par détection de l'arrivée du signal consécutif à un même tir successivement sur les deux détecteurs, mais par une méthode d'échantillonnage spatio-temporel consistant à effectuer deux tirs différents en activant pour chaque tir l'un respectif des deux récepteurs, après quoi on peut calculer l'écart de temps de parcours du signal entre les deux récepteurs en calculant la différence entre les temps de parcours respectifs depuis l'émetteur jusqu'à chacun des récepteurs.  22 monitors only a single receiver 4 at a time, it detects the aforementioned travel time difference not by detecting the arrival of the signal consecutive to the same firing successively on the two detectors, but by a method d spatio-temporal sampling consisting in making two different shots by activating for each shot a respective one of the two receivers, after which the difference in signal travel time between the two receivers can be calculated by calculating the difference between the times of respective paths from the transmitter to each of the receivers.

En outre, pour connaître le diagramme espace-temps d'une particularité de signal le long de l'os, c'est à dire le diagramme donnant la distance parcourue par cette particularité le long de l'interface en fonction du temps, on effectue des tirs respectifs pour chacun des récepteurs 4 de façon à obtenir, dans l'exemple d'une sonde à 32 récepteurs, 32 points du diagramme espace-temps.  In addition, to know the space-time diagram of a signal feature along the bone, that is to say the diagram giving the distance traveled by this feature along the interface as a function of time, is performed respective shots for each of the receivers 4 so as to obtain, in the example of a 32-receiver probe, 32 points of the space-time diagram.

Par ailleurs, pour minimiser les effets des aléas de mesure, chaque mesure du temps de parcours entre un ou plusieurs émetteurs et un récepteur 4 déterminé est effectuée n fois et on prend comme temps de parcours le temps de parcours mesuré sur la moyenne des n tirs.  Moreover, in order to minimize the effects of measurement errors, each measurement of the travel time between one or more transmitters and a given receiver 4 is carried out n times and the travel time measured on the average of the shots is taken as the travel time. .

Ce processus est visualisé à la figure 4. Une boucle principale 49 est parcourue pour chacune des r voies de réception 36. Pour chaque récepteur 4 ayant la position j (j variant de 1 à r), on réalise deux séries de n tirs. La première série de tirs correspond à l'émission par un groupe d'émetteurs situés d'un côté de la zone de réception, la seconde série correspondant à l'émission par l'autre groupe d'émetteurs 3 situé de l'autre côté de la zone de réception 1.  This process is visualized in FIG. 4. A main loop 49 is traversed for each of the r reception channels 36. For each receiver 4 having the position j (j varying from 1 to r), two sets of n shots are produced. The first series of shots corresponds to the emission by a group of transmitters located on one side of the reception zone, the second series corresponding to the emission by the other group of transmitters 3 located on the other side from the reception area 1.

Pour chaque récepteur 4, et pour une zone d'émission, le système émet n tirs dont on fait la moyenne, et on enregistre alors le tir moyen résultant de la moyenne des n tirs. Cette moyenne permet une réduction du bruit aléatoire. Au total, un cycle de mesure correspond à 2. r.n tirs qui conduisent à l'enregistrement de 2r signaux temporels moyennés. On peut en outre réaliser autant de cycles successifs que désiré, en For each receiver 4, and for a zone of emission, the system emits n shots of which one is averaged, and one then records the average shot resulting from the average of the shots. This average allows a reduction of the random noise. In total, a measurement cycle corresponds to 2. r.n shots that lead to the recording of 2r averaged time signals. In addition, it is possible to carry out as many successive cycles as desired, in

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précisant un nombre p de cycles de mesure dans le logiciel 26 de pilotage de l'appareil de la figure 3. On obtient alors un fichier final de données contenant 2. r.p signaux temporels moyennés. A la fin de chaque série de r. n tirs les données sont transférées de la carte 24 vers la mémoire vive de l'ordinateur 23. L'ensemble des données est laissé dans la mémoire vive tant que l'ensemble des p cycles n'est pas terminé. A la fin des p cycles, les données sont enregistrées sur un fichier. A la fin de chaque série de r. n tirs (2. p séries au total), on dispose donc des données en mémoire vive pour un éventuel traitement en temps réel.  specifying a number p of measuring cycles in the control software 26 of the apparatus of FIG. 3. This gives a final data file containing 2. r.p averaged time signals. At the end of each series of r. The data is transferred from the card 24 to the random access memory of the computer 23. The data set is left in the RAM until all the cycles are completed. At the end of p cycles, the data is saved to a file. At the end of each series of r. n shots (2. p series in total), we therefore have data in RAM for possible real-time processing.

Le logiciel de pilotage 26 installé dans l'ordinateur 23 pour piloter le module électronique 22 permet de spécifier tous les paramètres nécessaires à la définition d'une acquisition complète : le nom du fichier d'enregistrement et le chemin d'accès dans l'ordinateur ; le choix des émetteurs 3 et des récepteurs 4 mis en jeu ; les éventuels retards relatifs entre les tirs d'un groupe d'émetteurs 4 afin de réaliser l'effet de synthèse de faisceau décrit précédemment : on règle les retards relatifs d'après l'effet constaté sur les récepteurs (4), où on recherche une superposition des signaux correspondant aux émetteurs simultanément activés ; le gain associé à chaque récepteur (4), car il est par exemple nécessaire de prévoir un gain plus fort pour les récepteurs (4) les plus éloignés du groupe d'émetteurs (3) qui est activé, ou parce qu'un gain plus fort est nécessaire pour certains récepteurs (4) moins sensibles, ce qui peut être déterminé par des tests préalables, ou encore en fonction des individus ; le nombre de tirs (n) à moyenner pour chaque récepteur ; le nombre de cycles (p) d'une acquisition complète ; le délai éventuel entre ces cycles ; le temps entre les tirs successifs ;  The control software 26 installed in the computer 23 to control the electronic module 22 makes it possible to specify all the parameters necessary for the definition of a complete acquisition: the name of the recording file and the path in the computer ; the choice of transmitters 3 and receivers 4 involved; the possible relative delays between the firing of a group of transmitters 4 in order to achieve the beam synthesis effect described above: the relative delays are adjusted according to the effect observed on the receivers (4), where the search is carried out a superposition of the signals corresponding to the emitters simultaneously activated; the gain associated with each receiver (4), because it is for example necessary to provide a stronger gain for the receivers (4) furthest removed from the emitter group (3) which is activated, or because a gain more strong is necessary for some (4) less sensitive receptors, which can be determined by prior tests, or depending on the individuals; the number of shots (n) to average for each receiver; the number of cycles (p) of a complete acquisition; the possible delay between these cycles; the time between successive shots;

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la fréquence d'échantillonnage, c'est-à-dire la cadence à laquelle sont relevés les états d'excitation successifs du récepteur 4 qui est activé. Cette fréquence est au moins égale à 10 fois, de préférence 50 fois la fréquence centrale du signal ultrasonore émis ; la durée des signaux acquis (donc le nombre de points d'acquisition par signal temporel), ce qui est un paramètre significatif lorsqu'on souhaite relever des informations en plus de celles du délai d'arrivée du premier signal.  the sampling frequency, that is to say the rate at which are noted the successive excitation states of the receiver 4 which is activated. This frequency is at least equal to 10 times, preferably 50 times the central frequency of the ultrasound signal emitted; the duration of the acquired signals (thus the number of acquisition points per time signal), which is a significant parameter when it is desired to record information in addition to that of the arrival time of the first signal.

Le dispositif a été optimisé de façon à pouvoir réaliser le plus rapidement possible un grand nombre de mesures. Le temps minimum entre deux tirs successifs est par exemple de 125 s dans une réalisation typique. Ce temps minimum peut être dicté par un délai de rechargement d'un condensateur, ou par un délai de disparition du signal ultrasonore précédent. A titre d'exemple, le temps mis pour réaliser un cycle de mesure complet avec n = 10 tirs par récepteur, et si la sonde comporte 50 récepteurs (4), est typiquement de 125 s x 2 x 10 x 50 = 125 ms. Par conséquent, même si la sonde est tenue manuellement par un opérateur sur le corps d'un patient, celle-ci est quasiment immobile pendant un cycle de mesure.  The device has been optimized so that a large number of measurements can be made as quickly as possible. The minimum time between two successive shots is for example 125 s in a typical embodiment. This minimum time can be dictated by a reloading time of a capacitor, or by a delay of disappearance of the previous ultrasonic signal. By way of example, the time taken to carry out a complete measurement cycle with n = 10 shots per receiver, and if the probe comprises 50 receivers (4), is typically 125 s × 2 × 10 × 50 = 125 ms. Therefore, even if the probe is held manually by an operator on the body of a patient, it is almost immobile during a measurement cycle.

Pour chaque tir, l'état d'excitation du récepteur 4 qui est activé est relevé et enregistré à chaque instant d'échantillonnage. On obtient donc une base de valeurs donnant l'état d'excitation du récepteur en fonction du temps pendant la durée de la mesure relative à ce tir, par exemple 125 s.  For each shot, the excitation state of the receiver 4 that is activated is read and recorded at each sampling instant. A base of values is thus obtained giving the state of excitation of the receiver as a function of time during the duration of the measurement relative to this shot, for example 125 s.

Comme instant d'arrivée du premier signal, on peut prendre le premier instant d'échantillonnage où l'état d'excitation dépasse un certain niveau prédéterminé, le premier passage par un maximum, le premier changement de signe, etc. Une fois les tirs effectués, on ramène tous les relevés à la même origine des temps et on fait la moyenne des n tirs en calculant le niveau moyen d'excitation de chaque récepteur à chaque instant d'échantillonage. On obtient aussi un relevé moyen sur lequel As instant of arrival of the first signal, it is possible to take the first sampling instant when the excitation state exceeds a certain predetermined level, the first passage by a maximum, the first change of sign, etc. Once the shots are fired, all the readings are taken to the same origin of the times and the average of the shots is averaged by calculating the average level of excitation of each receiver at each instant of sampling. An average reading is also obtained on which

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on recherche, par exemple, la particularité de signal servant de critère pour l'arrivée du premier signal.  for example, the signal characteristic serving as a criterion for the arrival of the first signal is sought.

Le procédé de relevage qui vient d'être décrit permet aussi de réaliser une image spatio-temporelle des modes d'excitation qui se propagent le long de l'interface en conséquence d'un tir. L'image spatio-temporelle au sens de la présente invention est une matrice bi-dimensionnelle des états d'excitation en fonction du récepteur, chaque position de récepteur correspondant par exemple à une colonne de la matrice, et chaque instant d'échantillonnage (identifié par son retard par rapport à l'instant de tir) correspondant par exemple à une ligne de la matrice.  The lifting method which has just been described also makes it possible to produce a spatio-temporal image of the excitation modes which propagate along the interface as a consequence of a shot. The spatio-temporal image in the sense of the present invention is a two-dimensional matrix of the excitation states as a function of the receiver, each receiver position corresponding for example to a column of the matrix, and each sampling instant (identified by its delay with respect to the moment of firing) corresponding for example to a line of the matrix.

Pour chaque récepteur, donc pour chaque colonne dans l'exemple, la succession de valeurs utilisées peut être, suivant les applications : - Les valeurs relevées au cours de l'un quelconque par exemple le premier des n tirs dans un sens donné pour ce récepteur ; - Les valeurs relevées pour ce récepteur dans un sens au cours de celui des n tirs qui correspond le mieux à la valeur moyenne calculée pour le temps d'arrivée du premier signal ; - Pour chaque instant la moyenne des valeurs d'excitation relevées pour cet instant au cours des n tirs dans un sens de propagation.  For each receiver, and therefore for each column in the example, the succession of values used may be, according to the applications: - The values recorded during any one, for example the first of the n shots in a given direction for this receiver ; - The values recorded for this receiver in a direction during that of the shots that best corresponds to the average value calculated for the arrival time of the first signal; - For each instant the average of the excitation values recorded for this moment during the n shots in a direction of propagation.

On peut encore, non seulement pour l'arrivée du premier signal mais aussi pour chaque point du signal, calculer par le procédé selon l'invention le temps mis par ce point du signal pour se propager d'un récepteur à l'autre et obtenir une image spatio-temporelle débarrassée de la déformation introduite par le milieu intercalaire.  It is also possible, not only for the arrival of the first signal but also for each point of the signal, to calculate by the method according to the invention the time taken by this point of the signal to propagate from one receiver to the other and to obtain a spatio-temporal image freed from the deformation introduced by the intermediate medium.

L' image ainsi obtenue par l'une ou l'autre méthode fait apparaître le mode transmission directe du signal le long de l'os, et des modes induits dits longitudinaux , correspondant à des vibrations en compression-détente avec des efforts parallèles à la direction de propagation, et des modes induits dits transverses, correspondant à des contraintes de  The image thus obtained by one or the other method reveals the direct transmission mode of the signal along the bone, and so-called longitudinal longitudinal modes, corresponding to compression-expansion vibrations with forces parallel to the direction of propagation, and so-called transverse induced modes, corresponding to constraints of

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cisaillement entre des plans perpendiculaires à la direction de propagation. L'image spatio-temporelle est décalée et éventuellement déformée par l'effet des tissus mous, mais sa configuration reste identifiable et analysable à des fins de diagnostic.  shear between planes perpendicular to the direction of propagation. The spatio-temporal image is shifted and possibly distorted by the soft tissue effect, but its configuration remains identifiable and analysable for diagnostic purposes.

Le type d'acquisition (temps/espace) permet donc de réaliser une analyse (fréquence temporelle)-(fréquence spatiale) en ce sens que les lignes (dans l'exemple précité) de la matrice donnent une image des états d'excitation de la rangée de récepteurs à un instant donné, et les colonnes (toujours dans l'exemple précité) de la matrice donnent une image des états d'excitation successifs d'un récepteur donné dans le temps qui suit un tir.  The type of acquisition (time / space) thus makes it possible to carry out an analysis (time frequency) - (spatial frequency) in the sense that the lines (in the aforementioned example) of the matrix give an image of the excitation states of the row of receivers at a given instant, and the columns (still in the aforementioned example) of the matrix give an image of the successive excitation states of a given receiver in the time that follows a shot.

L'image spatio-temporelle est obtenue avec des moyens très simples puisqu'un seul récepteur est activé à chaque instant. On appelle échantillonnage spatio-temporel le procédé utilisé, qui consiste à ne relever l'état d'excitation que d'un petit nombre de détecteurs (un seul détecteur dans l'exemple préféré) pour chaque tir (échantillonnage spatial) et à relever pour ce détecteur l'état d'excitation à des instants successifs à la suite de ce tir (échantillonnage temporel), puis à obtenir l'image spatio-temporelle , c'est-à-dire la matrice bidimensionnelle en ramenant tous les relevés à la même origine des temps, par exemple l'instant de tir.  The spatio-temporal image is obtained with very simple means since only one receiver is activated at every moment. Spatial-temporal sampling is the method used, which consists in noting the state of excitation of only a small number of detectors (a single detector in the preferred example) for each shot (spatial sampling) and to be recorded for this detector the state of excitation at successive instants following this firing (temporal sampling), then to obtain the spatio-temporal image, that is to say the two-dimensional matrix by bringing all the readings to the same origin of time, for example the instant of fire.

Lors de la réalisation de p cycles de mesure successifs, le système offre la possibilité d'obtenir une valeur en temps réel de la vitesse du premier signal, calculée à partir de deux séries successives de r. n tirs, à savoir une série dans chaque sens, les données associées à un cycle étant présentes dans la mémoire vive de l'ordinateur 23. Le temps entre deux tirs successifs est également réglable entre le minimum technique précité de par exemple 125s, à une valeur plus élevée, par exemple pour l'enregistrement de signaux au-delà de 125 s ou la visualisation en temps réel de la vitesse en fonction du cycle.  When performing p successive measurement cycles, the system offers the possibility of obtaining a real time value of the speed of the first signal, calculated from two successive series of r. n shots, namely a series in each direction, the data associated with a cycle being present in the random access memory of the computer 23. The time between two successive shots is also adjustable between the aforementioned technical minimum of for example 125s, at a higher value, for example for recording signals beyond 125 s or real-time visualization of speed versus cycle.

Ceci peut permettre entre autres de visualiser en temps réel la vitesse du premier signal mesurée en fonction de la position de This can, among other things, make it possible to visualize in real time the speed of the first signal measured as a function of the position of

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la sonde sur l'os, pour repérer par exemple une zone de vitesse extrémale.  the probe on the bone, to identify for example a zone of extreme speed.

Le logiciel de traitement des données utilise les données lues par la carte d'acquisition 24, soit en post-traitement à partir des fichiers de données enregistrées sur le disque dur de l'ordinateur, soit directement après chaque cycle à partir de la mémoire vive de l'ordinateur pour des traitements en temps réel. L'utilisation de tirs ultrasonores dans deux sens opposés vers les mêmes récepteurs 4 permet de calculer la vitesse d'un signal le long de l'interface de réfraction sousjacente, c'est-à-dire dans l'application considérée à la surface de l'os, indépendamment de l'effet des tissus mous qui sont interposés entre l'interface et la sonde, et indépendamment de l'effet d'une éventuelle inclinaison entre la direction étudiée de l'interface et le plan des récepteurs.  The data processing software uses the data read by the acquisition card 24, either in post-processing from the data files recorded on the hard disk of the computer, or directly after each cycle from the random access memory of the computer for real-time processing. The use of ultrasound shots in two opposite directions to the same receivers 4 makes it possible to calculate the speed of a signal along the underlying refraction interface, that is to say in the application considered on the surface of the the bone, regardless of the effect of the soft tissues that are interposed between the interface and the probe, and regardless of the effect of a possible inclination between the studied direction of the interface and the plane of the receptors.

On va exposer ci-après ce procédé d'élimination de l'effet des tissus mous et de l'inclinaison en se référent à la propagation du premier signal mais le procédé est applicable aux autres types de signaux qui sont produits dans l'os pour un tir composé par un train d'alternances individuelles.  This method of eliminating the soft tissue effect and inclination will be explained hereinafter with reference to the propagation of the first signal, but the method is applicable to the other types of signals that are produced in the bone for a shot composed by a train of individual alternations.

On va d'abord décrire comment à partir d'une paire de récepteurs 4 ayant entre eux une distance connue et qui reçoivent l'onde rayonnée par l'interface dans un sens de propagation puis dans l'autre, on peut obtenir par un calcul très simple la vitesse de l'onde dans l'os, c'est-à-dire principalement dans la couche superficielle de l'os adjacente à l'interface avec les tissus mous, indépendamment de l'épaisseur des tissus mous et même d'une éventuelle inclinaison [alpha] entre le plan des deux récepteurs composant la paire, et la direction de propagation étudiée le long de la surface de l'os.  We will first describe how from a pair of receivers 4 having between them a known distance and which receive the wave radiated by the interface in one direction of propagation then in the other, can be obtained by a calculation very simple wave velocity in the bone, that is to say mainly in the superficial layer of the bone adjacent to the soft tissue interface, regardless of soft tissue thickness and even d a possible inclination [alpha] between the plane of the two receptors composing the pair, and the direction of propagation studied along the surface of the bone.

On a représenté à la figure 5 une partie de la sonde 21 placée sur la surface de la peau 51 d'un patient dont l'os à ausculter est désigné par 52 et les tissus mous interposés entre la sonde et l'os sont désignés par 53. Des traits plus épais montrent les trajets géométriques suivis par l'onde arrivant en deux récepteurs situés en B et E, séparés d'une  FIG. 5 shows a portion of the probe 21 placed on the surface of the skin 51 of a patient whose bone to be examined is designated 52 and the soft tissues interposed between the probe and the bone are designated by 53. Thicker lines show the geometric paths followed by the wave arriving in two receivers located in B and E, separated by a

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distance #r. L'onde se propageant le long de l'os 52 est en même temps renvoyée par réfraction à travers les tissus mous vers la sonde suivant un angle (3 qui, de manière connue, est donné par la relation

Figure img00200001

dans laquelle VTm et Vos sont respectivement la vitesse du signal dans les tissus mous 53 et dans l'os 52. distance #r. The wave propagating along the bone 52 is at the same time refracted back through the soft tissues towards the probe at an angle (3 which, in a known manner, is given by the relation
Figure img00200001

in which VTm and Vos are respectively the signal velocity in the soft tissues 53 and in the bone 52.

L'angle critique P ainsi déterminé détermine aussi les points A et C d'où partent, le long de l'os 52, les signaux réfractés qui seront reçus par les récepteurs situés en B et E respectivement.  The critical angle P thus determined also determines the points A and C from which, along the bone 52, the refracted signals which will be received by the receivers situated at B and E respectively, leave.

Par ailleurs, la différence de temps d'arrivée aux deux récepteurs s'écrit :

Figure img00200002
Moreover, the difference in arrival time at the two receivers is written:
Figure img00200002

Le point D est le point de la droite du segment CE tel que CD = AB. Point D is the point on the straight line of the CE segment such that CD = AB.

Les différentes relations qui viennent d'être exposées permettent de déduire après quelques manipulations trigonométriques l'expression suivante :

Figure img00200003

S1 l'onde arrive dans l'autre sens le long de la surtace de l'os, il suffit de changer le signe de a dans l'expression précédente. Finalement, l'écart de temps d'arrivée s'écrit, pour les deux sens de propagation: (2)
Figure img00200004
The different relations which have just been exposed make it possible to deduce, after a few trigonometric manipulations, the following expression:
Figure img00200003

S1 the wave arrives in the other direction along the surtace of the bone, it is enough to change the sign of a in the preceding expression. Finally, the arrival time difference is written for both directions of propagation: (2)
Figure img00200004

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l'indice correspondant aux deux sens possibles de propagation le long de la surface.  the index corresponding to the two possible directions of propagation along the surface.

L'intérêt de ce procédé de tir dans les deux sens vers les deux mêmes récepteurs est de fournir très simplement la vitesse dans l' os à partir de #t+ et #t- : en sommant #t+ et #t-, on obtient simplement .  The interest of this two-way shooting process towards the same two receivers is to provide very simply the velocity in the bone starting from # t + and # t-: by summing # t + and # t-, we simply obtain .

(3)

Figure img00210001

L'angle a est inconnu a priori lors d'une expérience in vivo, mais on peut néanmoins raisonnablement le supposer petit, et écrire cos([alpha])#1, à l'ordre 2 en a. On a alors très simplement comme première approximation Vosao de la vitesse de l'onde dans l'os la relation (4)
Figure img00210002

Par exemple, pour a<4 , l'erreur relative commise est inférieure à l-cos(a)=0.2 %. (3)
Figure img00210001

The angle a is unknown a priori during an in vivo experiment, but we can nevertheless reasonably suppose it small, and write cos ([alpha]) # 1, at order 2 in a. We then very simply as the first approximation Vosao of the speed of the wave in the bone the relation (4)
Figure img00210002

For example, for a <4, the relative error committed is less than l-cos (a) = 0.2%.

Cette formule revient simplement à prendre pour le temps de parcours du signal le long du milieu d'étude :

Figure img00210003
This formula is simply to take for the signal travel time along the study environment:
Figure img00210003

On connaît ainsi le temps de parcours réel pour une particularité identifiable des signaux se propageant dans le milieu d'étude entre deux points correspondant à deux récepteurs 4. The actual travel time for an identifiable characteristic of the signals propagating in the study medium between two points corresponding to two receivers 4 is thus known.

Un intérêt du procédé de correction qui vient d'être décrit est de fournir une estimation très précise des vitesses et des temps de parcours le long de la surface de l' os, en ne connaissant que très approximativement la vitesse dans les tissus mous, vitesse qu'il suffit de prendre égale à 1500 m/s (vitesse approximative dans les tissus mous donnée dans la littérature). La vitesse dans l'os est obtenue très simplement  An interest of the correction method which has just been described is to provide a very accurate estimation of speeds and travel times along the surface of the bone, knowing only very approximately the speed in the soft tissues, speed that it is enough to take equal to 1500 m / s (approximate velocity in the soft tissues given in the literature). The speed in the bone is obtained very simply

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en calculant la somme At+ + At- des différences de temps d'arrivée dans les deux sens, avec une approximation à l'ordre 2 en a nettement suffisante pour des mesures in vivo. (Si une précision supérieure est nécessaire, on peut l'obtenir par estimation de a comme décrit précédemment). Cette correction de l'angle a n'est possible que parce que la zone de réception est commune aux tirs dans les deux sens, condition nécessaire pour que l'angle a entre les récepteurs utilisés et la surface de l'os soit le même pour les deux tirs dans les sens opposés.  calculating the sum At + + At- arrival time differences in both directions, with an order 2 approximation is clearly sufficient for in vivo measurements. (If higher precision is required, it can be obtained by estimating a as previously described). This correction of the angle a is possible only because the reception zone is common to shots in both directions, a condition necessary for the angle a between the receivers used and the surface of the bone to be the same for both shots in opposite directions.

La sonde selon l'invention possède un groupe de récepteurs 4, plutôt qu'une paire unique de récepteurs, afin de réaliser l'échantillonnage spatio-temporel. La façon la plus simple de calculer la vitesse corrigée pour éliminer l'effet de l'angle a entre l'alignement des récepteurs et la surface de la sonde, est de tracer le graphe des temps d'arrivée aux récepteurs en fonction de la position des récepteurs, ceci pour les tirs dans les deux sens, comme le montre figure 6, où les récepteurs 4 sont désignés individuellement par Rl......Rr. On obtient deux séries de points, qui s'alignent sur deux droites de pentes

Figure img00220001

qui ont des valeurs absolues différentes si a est non nul, ce qui est le cas illustré à la figure 6. La vitesse corrigée (à l'ordre 2 en a) est simplement obtenue en procédant à des substitutions dans l'expression (4) qui devient
Figure img00220002

valeur qui peut être précisée par le procédé itératif déjà décrit. Ce procédé de mesure par la pente fournit une mesure plus robuste qu'une simple mesure de #t+ et #t- obtenue à #r #r partir de deux récepteurs, puisqu'on intègre un plus grand The probe according to the invention has a group of receivers 4, rather than a single pair of receivers, in order to perform spatio-temporal sampling. The simplest way to calculate the corrected speed to eliminate the effect of the angle α between the receiver alignment and the probe surface, is to plot the graph of the arrival times at the receivers as a function of the position receivers, this for shots in both directions, as shown in Figure 6, where the receivers 4 are individually designated by Rl ...... Rr. We obtain two series of points, which are aligned on two lines of slopes
Figure img00220001

which have different absolute values if a is non-zero, which is the case illustrated in figure 6. The corrected speed (at order 2 in a) is simply obtained by making substitutions in expression (4) who becomes
Figure img00220002

value that can be specified by the iterative method already described. This slope measurement method provides a more robust measure than a simple measure of # t + and # t- obtained at #r # from two receivers, since a larger

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nombre de récepteurs, ce qui compense les incertitudes de mesure si celles-ci sont de nature aléatoire. Ce procédé donne des résultats très précis si les capteurs sont parfaitement alignés sur une même ligne, et que leurs positions relatives sur cette ligne sont connues avec précision (même si ils ne sont pas également répartis). La précision relative nécessaire sur les positions des récepteurs est d'au moins 1%, si l'on souhaite obtenir la vitesse Vos avec moins de 1% d'erreur. Or il est technologiquement difficile de positionner les récepteurs avec une telle précision à la fabrication. Pour y remédier, il est préféré, selon l'invention, de calibrer la sonde, de préférence suivant un procédé de calibrage de la sonde, utilisant la correction d'angle précédemment décrite.  number of receivers, which compensates for measurement uncertainties if they are of a random nature. This method gives very accurate results if the sensors are perfectly aligned on the same line, and their relative positions on this line are known precisely (even if they are not evenly distributed). The relative accuracy required on the receiver positions is at least 1%, if you want to get the Vos speed with less than 1% error. However, it is technologically difficult to position the receivers with such precision in the manufacture. To remedy this, it is preferred, according to the invention, to calibrate the probe, preferably according to a method of calibrating the probe, using the angle correction previously described.

Procédé de calibrage de la sonde. Method of calibrating the probe

Le problème de la position relative des récepteurs 4 dans la sonde 21 est de deux sortes : distances entre récepteurs adjacents sont inconnues d'une part, et d'autre part l'angle que fait une paire de récepteurs adjacents avec la surface de l'os dépend de la paire considérée. Ceci est illustré à la figure 7, avec six récepteurs. Le procédé de base décrit jusqu'à présent corrige automatiquement l'angulation de chaque paire, mais ne corrige pas les incertitudes sur la distance entre récepteurs successifs. Le principe du calibrage que l'on va maintenant décrire consiste en la détermination de la distance entre les deux récepteurs de chaque paire. En pratique, on place la sonde en regard d'un matériau calibré dans lequel la vitesse de propagation est connue précisément, avec l'alignement moyen des récepteurs à peu près parallèle à la surface du matériau (de façon que tous les angles considérés soient petits). On mesure alors les différences #t+ et #t- de temps d'arrivée pour chaque paire de récepteurs adjacents. Pour chaque paire de récepteurs adjacents, la différence de temps d'arrivée qui serait obtenue si l'angle de la paire avec la surface était nul vaut #t = #t+ + #t- (à l'ordre 2 en a).  The problem of the relative position of the receivers 4 in the probe 21 is of two kinds: distances between adjacent receivers are unknown on the one hand, and on the other hand the angle made by a pair of adjacent receivers with the surface of the os depends on the pair considered. This is illustrated in Figure 7, with six receivers. The basic process described so far automatically corrects the angulation of each pair, but does not correct the uncertainties on the distance between successive receivers. The calibration principle that will now be described consists in determining the distance between the two receivers of each pair. In practice, the probe is placed opposite a calibrated material in which the propagation velocity is known precisely, with the average alignment of the receivers approximately parallel to the surface of the material (so that all the angles considered are small ). We then measure the differences # t + and # t- of arrival time for each pair of adjacent receivers. For each pair of adjacent receivers, the difference in arrival time that would be obtained if the angle of the pair with the surface was zero is #t = # t + + # t- (at order 2 in a).

2  2

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Connaissant la vitesse Vcal, qui vaut Vcal = #r on en déduit #t pour chaque paire la distance #r = Vcal # #t qui sépare les 2 récepteurs.  Knowing the speed Vcal, which is equal to Vcal = #r, we deduce #t for each pair the distance #r = Vcal # #t which separates the 2 receivers.

Lors d'une mesure sur une surface osseuse pour laquelle on désire déterminer la vitesse de propagation, on commence par #t+ + #tdéterminer les durées de parcours corrigées #t = #t+ + #t-/2. . Les distances #r étant par ailleurs connues par calibrage, on peut alors disposer les points de mesure sur un graphique (temps- distance), de façon que chaque paire de récepteurs adjacents soit séparés de #t selon l'axe des temps et #r selon l'axe des distances. La vitesse est alors obtenue par simple mesure de la pente de la droite de régression passant par l'ensemble des points (voir figure 8). Dans cette version du procédé, c'est à dire avec calibrage préalable, l'angle a qui n'a pas besoin d'être connu, est différent pour chaque paire de détecteurs considérés en raison de l'incertitude sur le positionnement exact de chaque détecteur.  When measuring on a bone surface for which we want to determine the propagation speed, we start with # t + + # tdetermine the corrected travel times #t = # t + + # t- / 2. . Since the distances #r are also known by calibration, the measuring points can be arranged on a graph (time-distance), so that each pair of adjacent receivers is separated from #t along the time axis and #r along the distance axis. The velocity is then obtained by simple measurement of the slope of the regression line passing through all the points (see FIG. 8). In this version of the method, ie with prior calibration, the angle α which does not need to be known, is different for each pair of detectors considered because of the uncertainty on the exact positioning of each detector.

Un diagramme (fréquence temporelle)-(fréquence spatiale) obtenu à partir des données échantillonnées en temps et en espace par la présente invention permet par exemple de mesurer la vitesse des ondes transverses.  A diagram (time frequency) - (spatial frequency) obtained from the data sampled in time and space by the present invention makes it possible, for example, to measure the speed of the transverse waves.

L'allure des diagrammes (fréquence temporelle)- (fréquence spatiale) obtenus dépend de la fréquence centrale d'émission et de l'épaisseur corticale au site de mesure. On appelle FE le produit (fréquence centrale d'excitation) x (épaisseur corticale de l'os). Sur les diagrammes obtenus pour des produits FE faibles (cf. figures 9 et 10), on distingue clairement les courbes de dispersion des modes de propagation So et A1. La pente à l'origine de la courbe de dispersion du mode symétrique So (se propageant dans une couche d'os corticale) a pour valeur la vitesse en basse fréquence du mode

Figure img00240001
The shape of the diagrams (time frequency) - (spatial frequency) obtained depends on the central frequency of emission and the cortical thickness at the measurement site. We call FE the product (central excitation frequency) x (cortical thickness of the bone). The diagrams obtained for weak FE products (see FIGS. 9 and 10) clearly distinguish the dispersion curves of the propagation modes S0 and A1. The slope at the origin of the dispersion curve of the symmetrical mode So (propagating in a layer of cortical bone) has as value the speed in low frequency of the mode
Figure img00240001

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où V1 et Vt sont respectivement les vitesses longitudinale et transverse de volume des ultrasons dans l'os. Cette formule et celles qui suivent ne sont valables que pour le cas où le milieu d'étude tel que la couche corticale de l'os est assimilable à une plaque. Après avoir déterminé V1 par une mesure de vitesse de premier signal Vos=Vi, on peut donc déduire une mesure de la vitesse transverse dans l'os. De plus la valeur de la fréquence de coupure du mode A1 (fréquence temporelle du mode quand la fréquence spatiale tend vers 0) est donnée par l'expression fA1 = 1/2#Vt/e, où e est l'épaisseur de la couche corticale. A partir de la mesure de la fréquence de coupure fA1, on peut donc déduire l' épaisseur e connaissant Vt, où bien déduire Vt connaissant l'épaisseur e.  where V1 and Vt are respectively the longitudinal and transverse velocity velocities of the ultrasounds in the bone. This formula and those that follow are valid only in the case where the study medium such as the cortical layer of bone is similar to a plaque. After having determined V1 by a velocity measurement of the first signal Vos = Vi, we can deduce a measure of the transverse velocity in the bone. In addition the value of the cutoff frequency of the mode A1 (time frequency of the mode when the spatial frequency tends to 0) is given by the expression fA1 = 1/2 # Vt / e, where e is the thickness of the layer cortical. From the measurement of the cutoff frequency fA1, we can therefore deduce the thickness e knowing Vt, where to deduce Vt knowing the thickness e.

Pour des produits FE plus grands (cf. figures 11 et 12), la densité de mode est trop importante pour mesurer les paramètres des modes Ao et So en basse fréquence spatiale, mais on peut alors déduire la vitesse de l'onde de Rayleigh, obtenue en mesurant la pente des courbes de dispersion des modes So et Ao qui se confondent à haute fréquence avec la courbe de dispersion de l'onde de Rayleigh. De l'expression suivante de

Figure img00250001

0.7l8-[-) 1 onde de Rayleigh, TT Rayleigh = V . t 2 on peut déduire Vt 075-( J 1 connaissant V1 et réciproquement. De plus, lorsque la densité de mode est importante (produit FE grand), la vitesse V1 apparaît sur le diagramme (fréquence temporelle)-(fréquence spatiale) comme la pente d'une droite limitrophe de l'ensemble des courbes de dispersion (cf. figures 11 et 12). On a donc également accès à V1 à partir du diagramme (fréquence temporelle)-(fréquence spatiale). For larger FE products (see Figures 11 and 12), the mode density is too important to measure the parameters of the Ao and So modes in low spatial frequency, but we can then deduce the speed of the Rayleigh wave, obtained by measuring the slope of the dispersion curves of modes So and Ao which merge at high frequency with the dispersion curve of the Rayleigh wave. From the following expression of
Figure img00250001

0.7l8 - [-) 1 Rayleigh wave, TT Rayleigh = V. t 2 we can deduce Vt 075- (J 1 knowing V1 and vice versa Moreover, when the mode density is important (product FE large), the velocity V1 appears on the diagram (time frequency) - (spatial frequency) as the slope of a straight line bordering the set of dispersion curves (see Figures 11 and 12), so we also have access to V1 from the diagram (time frequency) - (spatial frequency).

De la formule (4) du procédé de compensation d'angulation décrit précédemment, on peut d'une manière générale déduire que la vitesse Vcor corrigée de l'angulation de  From the formula (4) of the angulation compensation method described above, it can generally be deduced that the corrected Vcor speed of the angulation of

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la sonde se déduit de la vitesse mesurée dans chaque sens de propagation par la formule :

Figure img00260001
the probe is deduced from the speed measured in each direction of propagation by the formula:
Figure img00260001

Ainsi, toutes les vitesses déterminées d'après les particularités géométriques du diagramme fréquence-fréquence peuvent être corrigées en réalisant pour chaque sens de propagation un diagramme fréquence-fréquence sur la base de mesures non-corrigées, puis en déterminant grâce à la formule ci-dessus la vitesse corrigée en fonction des deux vitesses déterminées graphiquement sur les deux diagrammes. Thus, all the speeds determined according to the geometrical characteristics of the frequency-frequency diagram can be corrected by producing for each direction of propagation a frequency-frequency diagram on the basis of non-corrected measurements, then by determining by means of the formula above the speed corrected according to the two speeds determined graphically on the two diagrams.

Le choix de la fréquence utilisée impose le choix de la sonde utilisée. On peut ainsi réaliser une mesure de vitesse longitudinale V1 avec une sonde à 2MHz sur un os d'épaisseur corticale 5 mm, puis réaliser une mesure de vitesse de mode So en basse fréquence avec une sonde à 200 kHz. L'ensemble des résultats des deux mesures donne les vitesses longitudinales et transverses V1 et Vt. Les sondes pour basse fréquence ont des récepteurs plus espacés les uns des autres que les sondes haute fréquence.  The choice of the frequency used imposes the choice of the probe used. Thus, a longitudinal velocity measurement V1 can be made with a 2MHz probe on a bone of 5 mm cortical thickness, and then a low frequency So mode measurement can be made with a 200 kHz probe. The set of results of the two measurements gives the longitudinal and transverse velocities V1 and Vt. Low frequency probes have more spaced receivers than high frequency probes.

Les exemples de paramètres mesurés donnés ci-dessus le sont à titre illustratif, non limitatif. L'invention est relative au relevé d'une image spatio-temporelle par une sonde à récepteurs multiples disposés en maillage serré et immuable, à l'échantillonnage en espace et en temps, et à l'obtention d'un diagramme (fréquence temporelle)-(fréquence spatiale).  The examples of measured parameters given above are illustrative, non-limiting. The invention relates to the recording of a spatio-temporal image by a multi-receiver probe arranged in a tight and immutable mesh, to sampling in space and time, and to obtaining a diagram (time frequency) - (spatial frequency).

Applications Application à l'étude de l'os Selon l'OMS (Organisation Mondiale de la Santé), l'ostéoporose est une maladie systémique du squelette (affectant l'ensemble du squelette) caractérisée par une masse osseuse basse et une détérioration de la micro-architecture de l'os, entraînant une Applications Application to the study of bone According to the WHO (World Health Organization), osteoporosis is a systemic disease of the skeleton (affecting the entire skeleton) characterized by low bone mass and deterioration of the bone. micro-architecture of the bone, resulting in a

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augmentation de la fragilité osseuse et du risque de fracture. Sur l'os cortical, ceci se traduit par une augmentation de la porosité de l'os, ainsi que par une diminution de l'épaisseur corticale. La propagation des ondes ultrasonores dans la couche corticale, sensible aux propriétés mécaniques locales de l'os et à sa géométrie, est donc modifiée par l'atteinte ostéoporotique.  increased bone fragility and risk of fracture. On the cortical bone, this results in an increase in the porosity of the bone, as well as a decrease in the cortical thickness. The propagation of ultrasonic waves in the cortical layer, sensitive to the local mechanical properties of the bone and its geometry, is modified by osteoporotic involvement.

De même que la vitesse des ondes longitudinales de volume est un paramètre discriminant de l'état de l'os, Vso, Vt, et l'épaisseur corticale e sont des paramètres modifiés par l'atteinte ostéoporotique, mesurables grâce au procédé et au dispositif de la présente invention.  Just as the velocity of the longitudinal waves of volume is a discriminating parameter of the state of the bone, Vso, Vt, and the cortical thickness e are parameters modified by the osteoporotic attack, measurable thanks to the process and the device. of the present invention.

L'utilisation de l'invention sur l'os n'est pas restreinte à la détection des modifications ostéoporotiques, mais peut être étendue à l'étude de toute maladie osseuse affectant les propriétés mécaniques de l'os et sa géométrie.  The use of the invention on bone is not restricted to the detection of osteoporotic changes, but can be extended to the study of any bone disease affecting the mechanical properties of the bone and its geometry.

Elle peut également être étendue à la pédiatrie, pour le suivi du développement osseux chez l'enfant. It can also be extended to pediatrics, for monitoring bone development in children.

Application à d'autres matériaux L'utilisation de la présente invention n'est pas limitée à l'étude de l'os. On peut également étudier tous les matériaux présentant une surface sur laquelle on peut apposer la sonde et le gel de couplage, et qui possèdent au moins une vitesse de propagation plus grande que celle du milieu intercalaire. On peut ainsi appliquer la méthode de mesure proposée à des matériaux de type bois, métaux, polymères plastiques, verre. Application to Other Materials The use of the present invention is not limited to the study of bone. It is also possible to study all the materials having a surface on which the probe and the coupling gel can be affixed, and which have at least one propagation speed greater than that of the intermediate medium. It is thus possible to apply the proposed measurement method to wood, metal, plastic polymer and glass materials.

Par exemple, on peut par mesure de vitesse du premier signal mesurer la vitesse des ondes longitudinales dans des pièces de roseaux utilisée dans la fabrication d'anches pour instruments de musique, afin de discriminer des anches défectueuses. For example, by measuring the velocity of the first signal, it is possible to measure the velocity of the longitudinal waves in reed pieces used in the manufacture of reeds for musical instruments in order to discriminate faulty reeds.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés. En particulier, dans l'exemple de sonde, il y a deux zones d'émission, mais cela n'est nécessaire que pour compenser les effets de l'angulation éventuelle de la sonde par rapport au milieu d'étude. Si on renonce à cette  Of course, the invention is not limited to the examples described and shown. In particular, in the probe example, there are two emission zones, but this is only necessary to compensate for the effects of the possible angulation of the probe with respect to the study medium. If we give up this

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possibilité de correction, la sonde peut ne comporter qu'une seule zone d'émission. possibility of correction, the probe may have only one emission zone.

Claims (35)

REVENDICATIONS 1. Procédé de caractérisation d'un milieu d'étude par application d'excitations ultrasonores sur une surface accessible, en particulier pour caractériser la couche corticale d'un os séparée d'une surface accessible par un milieu intercalaire tel que des tissus mous, dans lequel : - par au moins un émetteur (3) placé sur la surface accessible, on envoie des signaux d'excitation vers le milieu d'étude, - par des récepteurs (4) pré-positionnés les uns par rapport aux autres dans une sonde (21) que l'on place sur la surface accessible, on reçoit des signaux induits le long du milieu d'étude par les signaux d'excitation, - caractérisé en ce qu'on détecte les états d'excitation successifs dans le temps, de multiples récepteurs répartis sur le trajet des signaux, et on établit avec le résultat de ces détections une image spatio-temporelle des signaux vibratoires transmis le long du milieu d'étude. A method of characterizing a study medium by applying ultrasound excitations on an accessible surface, in particular for characterizing the cortical layer of a bone separated from a surface accessible by an intermediate medium such as soft tissues, in which: - by at least one transmitter (3) placed on the accessible surface, excitation signals are sent to the study medium, - by receivers (4) pre-positioned with respect to each other in a probe (21) which is placed on the accessible surface, signals induced along the study medium are received by the excitation signals, characterized in that the successive excitation states are detected over time. , multiple receivers distributed over the path of the signals, and is established with the result of these detections a spatio-temporal image of vibratory signals transmitted along the study medium. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on relève dans l'image spatio-temporelle au moins un mode de propagation induit le long du milieu d'étude par le signal d'excitation.  2. Method according to claim 1, characterized in that in the spatio-temporal image is noted at least one induced propagation mode along the study medium by the excitation signal. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on relève l'image par un échantillonnage spatio-temporel comprenant - envoyer le signal sous forme de tirs, - pour chaque tir, activer sélectivement parmi les récepteurs (4) un petit nombre de récepteur(s) dont on relève l'état d'excitation à des intervalles de temps prédéterminés nettement plus petits que les périodes de signal, des récepteurs différents étant activés lors de tirs différents, - ramener à un même point d'échelle des temps les instants correspondant aux tirs provenant d'un même émetteur.  3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the image is recorded by a spatio-temporal sampling comprising - sending the signal in the form of shots, - for each shot, selectively activate among the receivers (4) a small number of receiver (s) whose excitation state is noted at predetermined time intervals significantly smaller than the signal periods, different receivers being activated during different shots, - bringing to the same point of scale times the moments corresponding to shots from the same issuer. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on établit une correspondance entre les valeurs de fréquence spatiale et les valeurs de fréquence temporelle.  4. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that a correspondence between the spatial frequency values and the temporal frequency values is established. <Desc/Clms Page number 30> <Desc / Clms Page number 30> 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on établit la correspondance en appliquant à l'image spatiotemporelle une transformation de Fourier bidimensionnelle.  5. Method according to claim 4, characterized in that the correspondence is established by applying to the spatial-temporal image a two-dimensional Fourier transformation. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on visualise un diagramme de correspondance entre les valeurs de fréquence spatiale et les valeurs de fréquence temporelle.  6. Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that visualizes a correspondence diagram between the spatial frequency values and the time-frequency values. 7. Procédé selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que par choix de la fréquence centrale du signal émis, on choisit une valeur approximative du paramètre FE calculé de la manière suivante :  7. Method according to one of claims 4 to 6, characterized in that by choice of the central frequency of the transmitted signal, an approximate value of the parameter FE calculated as follows:
Figure img00300001
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Où : Fc désigne la fréquence centrale du signal émis emp désigne l'épaisseur du milieu de propagation.  Where: Fc denotes the central frequency of the emitted signal emp denotes the thickness of the propagation medium.
8. Procédé selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'on choisit la fréquence centrale (Fc) du signal émis pour exciter sélectivement l'au moins un mode analysé dans le diagramme (fréquence spatiale)-(fréquence temporelle).  8. Method according to one of claims 4 to 7, characterized in that the central frequency (Fc) of the transmitted signal is selected to selectively excite the at least one mode analyzed in the diagram (spatial frequency) - (time frequency ). 9. Procédé selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que par choix de la fréquence centrale (Fc) du signal émis on fait apparaître la courbe de dispersion du mode So et en particulier sa pente à l'origine.  9. Method according to one of claims 4 to 8, characterized in that by choice of the central frequency (Fc) of the emitted signal shows the dispersion curve of the So mode and in particular its slope at the origin. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'après détermination de la vitesse (V1) de propagation de l'onde longitudinale on détermine la vitesse (Vt) de propagation de l'onde transverse par la relation :  10. Method according to claim 9, characterized in that after determining the velocity (V1) of propagation of the longitudinal wave the velocity (Vt) of propagation of the transverse wave is determined by the relation:
Figure img00300002
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dans lequel Vso est la pente de la courbe de dispersion du mode So à l'origine.  where Vso is the slope of the dispersion curve of the So mode at the origin.
11. Procédé selon l'une des revendications 4 à 10, caractérisé en ce que par choix de la fréquence centrale (Fc)  11. Method according to one of claims 4 to 10, characterized in that by choice of the central frequency (Fc) <Desc/Clms Page number 31><Desc / Clms Page number 31> du signal émis, on excite le mode Al pour faire apparaître la courbe de dispersion du mode Ai et en particulier la valeur FA1 de sa fréquence temporelle à l'origine des fréquences spatiales.  of the emitted signal, the Al mode is excited to reveal the dispersion curve of the mode Ai and in particular the value FA1 of its temporal frequency at the origin of the spatial frequencies. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'après détermination de la vitesse (Vt ) de propagation de l'onde transverse on détermine l'épaisseur (e) du milieu de propagation d'après la relation  12. The method as claimed in claim 11, characterized in that after determining the propagation velocity (Vt) of the transverse wave, the thickness (e) of the propagation medium is determined according to the relationship.
Figure img00310001
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13. Procédé selon l'une des revendications 4 à 12, caractérisé en ce que par choix de la fréquence centrale (Fc) du signal émis, on fait apparaître une droite limitrophe de l'ensemble des courbes de dispersion et on prend la vitesse (Vi) de propagation du mode longitudinal comme égale à la pente de cette droite. 13. Method according to one of claims 4 to 12, characterized in that by selection of the central frequency (Fc) of the transmitted signal, a straight line is shown adjacent to the set of dispersion curves and the speed is taken ( Vi) propagation of the longitudinal mode as equal to the slope of this line. 14. Procédé selon l'une des revendications 4 à 12, caractérisé en ce qu'on détermine la vitesse (V1) de propagation du mode longitudinal d'après l'écart de temps de parcours (#t) du premier signal entre au moins deux récepteurs (4) .  14. Method according to one of claims 4 to 12, characterized in that the propagation speed (V1) of the longitudinal mode is determined from the departure time difference (#t) of the first signal between at least two receivers (4). 15. Procédé selon l'une des revendications 4 à 12, caractérisé en ce que par choix de la fréquence centrale (Fc) du signal émis, on fait apparaître l'onde de Rayleigh, et on déduit de la pente (Vr) de l'onde de Rayleigh l'une des vitesses longitudinale (V1) et transverse (Vt) en fonction de l'autre des vitesses longitudinale et transverse par la relation :  15. Method according to one of claims 4 to 12, characterized in that by selection of the central frequency (Fc) of the emitted signal, the Rayleigh wave is shown, and the slope (Vr) of the Rayleigh wave one of the longitudinal velocity (V1) and transverse velocity (Vt) as a function of the other longitudinal and transverse velocities by the relation:
Figure img00310002
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16. Procédé selon l'une des revendications 4 à 15, caractérisé en ce que par utilisation d'une sonde comprenant 16. Method according to one of claims 4 to 15, characterized in that by using a probe comprising <Desc/Clms Page number 32><Desc / Clms Page number 32>
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deux zones d'émission (1) de part et d'autre de la zone de réception (2), on établit pour chaque sens de propagation un diagramme (fréquence spatiale)-(fréquence temporelle) d'après lequel on détermine une vitesse de propagation non corrigée (V+, V-) correspondante, puis on détermine au moins une vitesse de propagation corrigée Vcor à partir des deux vitesses non corrigées (V+, V~) correspondantes d'après la formule  two transmission zones (1) on either side of the reception zone (2), a diagram (spatial frequency) - (time frequency) is established for each direction of propagation according to which a speed of corresponding uncorrected propagation (V +, V-), then at least one corrected propagation velocity Vcor is determined from the two uncorrected velocities (V +, V ~) corresponding to the formula
17. Sonde à ultra-sons pour l'auscultation osseuse, pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 16, comprenant au moins un émetteur (3) d'ultra-sons dans au moins une zone d'émission (1) et des récepteurs (4) d'ultrasons dans une zone de réception (2), répartis le long d'une lame adaptatrice, caractérisée en ce qu'il y a au moins environ dix récepteurs (4) placés dans la zone de réception (1). 17. Ultrasonic probe for bone auscultation, for the implementation of a method according to one of claims 1 to 16, comprising at least one transmitter (3) of ultrasound in at least one zone of emission (1) and receivers (4) of ultrasound in a reception zone (2), distributed along an adapter blade, characterized in that there are at least about ten receivers (4) placed in the reception area (1). 18. Sonde selon la revendication 17, caractérisée par une barrière (11) absorbante pour les ultra-sons entre la zone de réception (2) et l'au moins une zone d'émission (3).  18. The probe as claimed in claim 17, characterized by an ultrasonic absorbing barrier (11) between the reception zone (2) and the at least one emission zone (3). 19. Sonde selon la revendication 18, caractérisée en ce que la barrière (11) est en liège.  19. Probe according to claim 18, characterized in that the barrier (11) is made of cork. 20. Sonde selon la revendication 18 ou 19, caractérisée en ce que la barrière (11) s'étend jusqu'à une face (12) pour le contact avec le corps du patient.  20. The probe of claim 18 or 19, characterized in that the barrier (11) extends to a face (12) for contact with the body of the patient. 21. Sonde selon l'une des revendications 17 à 20, caractérisée en ce que la barrière (11) s'étend vers l'arrière, en faisant saillie dans un milieu arrière (6) formant support commun à l'au moins un émetteur (3) et aux récepteurs (4).  21. Probe according to one of claims 17 to 20, characterized in that the barrier (11) extends rearwardly, projecting into a rear medium (6) forming a common support to the at least one transmitter (3) and to the receivers (4). 22. Sonde selon l'une des revendications 17 à 21, caractérisée en ce qu'il y a d'un côté au moins de la zone de réception (2) plusieurs émetteurs (3) alignés selon la direction (Ox) de propagation.  22. Probe according to one of claims 17 to 21, characterized in that there is on at least one side of the receiving zone (2) a plurality of emitters (3) aligned in the propagation direction (Ox). 23. Sonde selon l'une des revendications 17 à 22, caractérisée en ce qu'avec des émetteur(s) (3) et récepteurs piézo-électriques (4) chaque zone est encadrée par deux éléments (8) reliés à la masse.  23. Probe according to one of claims 17 to 22, characterized in that with emitters (3) and piezoelectric receivers (4) each zone is framed by two elements (8) connected to ground. <Desc/Clms Page number 33> <Desc / Clms Page number 33> 24. Sonde selon l'une des revendications 17 à 23, caractérisée en ce que chaque émetteur (3) et/ou chaque récepteur (4) est un élément allongé transversalement à la direction de propagation (Ox) étudiée.  24. Probe according to one of claims 17 to 23, characterized in that each transmitter (3) and / or each receiver (4) is an elongate element transversely to the direction of propagation (Ox) studied. 25. Sonde selon la revendication 24, caractérisée en ce que chaque élément émetteur ou récepteur (3,4) présente parallèlement à la direction de propagation (Ox) une largeur entre environ 100 m et environ 1 cm.  25. Probe according to claim 24, characterized in that each transmitter element or receiver (3,4) has parallel to the direction of propagation (Ox) a width between about 100 m and about 1 cm. 26. Sonde selon la revendication 24, caractérisée en ce que chaque élément émetteur ou récepteur (3,4) présente parallèlement à la direction de propagation (Ox) une largeur à peu près égale à la demi-longueur d'onde dans l'eau pour la fréquence ultrasonore utilisée.  26. The probe as claimed in claim 24, characterized in that each emitter or receiver element (3,4) has, parallel to the propagation direction (Ox), a width approximately equal to half the wavelength in the water. for the ultrasonic frequency used. 27. Sonde selon l'une des revendications 17 à 26, caractérisée en ce que les récepteurs (4) sont en succession côte à côte.  27. Probe according to one of claims 17 to 26, characterized in that the receivers (4) are in succession side by side. 28. Appareil pour caractériser un milieu d'étude, en paritculier pour caractériser un os in-vivo et de manière noninvasive, caractérisé en ce qu'il comprend : - une sonde (21) selon l'une des revendications 17 à 27, - des moyens de commande d'émission (26,46, 38,41) pour commander l'émission de tirs ultrasonores successifs par l'au moins un émetteur (3), - des moyens d'activation sélective (38,42) pour activer l'un au moins des récepteurs (4) pour chaque tir, et désactiver d'autres, respectivement, des récepteurs, - des moyens pour relever et enregistrer en des instants d'échantillonnage successifs l'état d'excitation de l'au moins un récepteur activé.  28. Apparatus for characterizing a study medium, in particular for characterizing a bone in vivo and non-invasively, characterized in that it comprises: a probe (21) according to one of claims 17 to 27, emission control means (26,46,34,41) for controlling the emission of successive ultrasonic fires by the at least one transmitter (3), - selective activation means (38,42) for activating at least one of the receivers (4) for each shot, and disable others, respectively, receivers, - means for recording and recording at successive sampling times the excitation state of the at least one an activated receiver. 29. Appareil selon la revendication 28, caractérisé en ce qu'il y a au moins deux émetteurs (3) d'un même côté de la zone de réception (2), et les moyens de commande d'émission (26,46, 38,41) sont conçus pour activer sélectivement les deux émetteurs de façon que leurs signaux se rejoignent en concordance spatiale de phase le long de l'interface.  Apparatus according to claim 28, characterized in that there are at least two transmitters (3) on the same side of the receiving area (2), and the transmit control means (26,46, 38, 41) are adapted to selectively activate both transmitters so that their signals meet in phase spatial match along the interface. 30. Appareil selon l'une des revendications 28 ou 29, caractérisé en ce qu'il comprend un séquenceur (38) qui pilote  30. Apparatus according to one of claims 28 or 29, characterized in that it comprises a sequencer (38) which pilot <Desc/Clms Page number 34><Desc / Clms Page number 34> de manière coordonnée, d'une part l'émission des tirs, et d'autre part l'état d'activation et respectivement de désactivation des récepteurs (4) à activer et respectivement à désactiver à la suite de chaque émission.  in a coordinated manner, on the one hand the emission of the shots, and on the other hand the state of activation and respectively deactivation of the receivers (4) to be activated and respectively deactivated as a result of each transmission. 31. Appareil selon l'une des revendications 28 à 30, caractérisé en ce que les moyens de commande d'émission permettent de régler la fréquence centrale (Fc) d'excitation ultrasonore entre environ 100 kHz et environ 5 MHz.  31. Apparatus according to one of claims 28 to 30, characterized in that the transmission control means are used to adjust the central frequency (Fc) ultrasonic excitation between about 100 kHz and about 5 MHz. 32. Appareil selon l'une des revendications 28 à 31, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de traitement de données qui établissent à partir de l'image spatio-temporelle numérique une correspondance entre les fréquences spatiales et les fréquences temporelles des signaux induits dans le milieu d'étude par un signal d'excitation.  32. Apparatus according to one of claims 28 to 31, characterized in that it comprises data processing means which establish from the digital space-time image a correspondence between the spatial frequencies and the temporal frequencies of the signals. induced in the study environment by an excitation signal. 33. Appareil selon la revendication 32, caractérisé en ce que les moyens de traitement opèrent par transformation de Fourier bidimensionnelle numérique.  33. Apparatus according to claim 32, characterized in that the processing means operate by digital two-dimensional Fourier transform. 34. Appareil selon la revendication 32 ou 33, caractérisé en ce que les moyens de traitement sont capables d'effectuer au moins une détermination par traitement mathématique selon l'une au moins des revendications 10,12, 13,14, 15,16.  34. Apparatus according to claim 32 or 33, characterized in that the processing means are capable of performing at least one determination by mathematical processing according to at least one of claims 10, 12, 13, 14, 15, 16. 35. Appareil selon l'une des revendications 28 à 34, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de visualisation d'un diagramme de correspondance entre les fréquences spatiales et les fréquences temporelles. 35. Apparatus according to one of claims 28 to 34, characterized in that it comprises means for displaying a correspondence diagram between the spatial frequencies and the temporal frequencies.
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