FR3006054A1 - Procede et dispositif de detection acoustique d'une inclusion dans un milieu - Google Patents

Abstract

Procédé pour détecter une inclusion (3) dans un milieu, comprenant l'émission d'une onde acoustique d'excitation apte à générer une oscillation temporelle d'une géométrie d'une inclusion localisée dans le milieu, l'émission d'une onde acoustique de détection apte à être réfléchie par l'inclusion pour former une onde acoustique réfléchie, l'acquisition d'un signal temporel de rétrodiffusion de l'onde acoustique réfléchie, la détermination, de paramètres de variations temporelles relative et absolue du rayon de l'inclusion, et la détection de l'inclusion à partir de ces paramètres.

Description

Procédé et dispositif de détection acoustique d'une inclusion dans un milieu. La présente invention est relative aux procédés, 5 dispositif et systèmes de détection acoustique d'une inclusion dans un milieu. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à la détection acoustique d'une inclusion, par exemple une bulle gazeuse, une inhomogénéité, une cavité ou encore un agent 10 de contraste, dans un milieu pouvant par exemple être un tissu vivant comme un organe ou du sang, mais également un matériau comme par exemple du ciment, une pièce de métal ou du plastique. Une telle détection acoustique permet de déterminer 15 la présence ou l'absence d'une inclusion, de dénombrer des inclusions, de déterminer certains paramètres d'inclusions tels qu'un rayon moyen d'une inclusion voire d'évaluer la distribution des rayons moyens d'inclusions et/ou le volume total représenté par un certain nombre d'inclusions 20 dénombrées et mesurées, par exemple le volume total de gaz contenu dans des bulles dans le sang. Ainsi par exemple, dans le cadre d'une plongée sous-marine, il peut être envisagé de détecter et dimensionner les embolies gazeuses dans le corps d'un 25 plongeur afin d'améliorer la sécurité des profils de décompressions. On connait plusieurs méthodes permettant la détection, la caractérisation et le dimensionnement 30 d'inclusions comme des microbulles. On a ainsi décrit des méthodes de détection et de caractérisation d'agents de contraste, basées sur le caractère non linéaire des microbulles de gaz, telles que décrites par exemple dans "Ultrasound contrast imaging: current and new potential methods" de Peter J.A Frinking et al. dans Ultrasound in Medicine & Biology, Volume 27, Issue 7, July00, Pages 965-975. Dans ces méthodes, le dimensionnement des inclusions n'est pas recherché, l'objectif étant de renforcer le contraste inclusions/tissus (Contrast to Tissu Ratio, CTR). A cette fin, on emploie des méthodes d'imagerie harmonique, éventuellement basées sur des techniques Doppler exploitant les sous-harmoniques et les harmoniques d'ordres supérieurs, entre-autres des méthodes d'inversion de pulse (Pulse Inversion, PI), de modulation d'amplitude (Power Modulation, PM) ou une association des deux (Contrast Pulse Sequence, CPS). On connait également des méthodes de caractérisation d'agents de contrastes isolés, par exemple décrites dans "Chirp resonance spectroscopy of single lipid-coated microbubbles using an 'acoustical camera'" de G. Renaud et al. dans JASA. 132 (7) Decembrel2, ou encore "An 'acoustical camera' for in vitro characterization of contrast agent microbubble vibrations" de G. Renaud et al. dans Appl. Phys. Lett. 100, 101911 (2012) Dans ces méthodes, l'inclusion est excitée soit par deux ondes de fréquences fixes (une onde haute-fréquence et une onde basse fréquence), soit par une onde à fréquence fixe et un balayage fréquentiel. De cette façon, il est possible de faire vibrer l'inclusion et de déterminer des variations relatives de son rayon en mesurant les modulations d'amplitude du signal rétrodiffusé.

L'emploi du balayage de fréquence permet en outre de déterminer la fréquence de résonance de l'inclusion, ce qui permet d'estimer un rayon moyen de l'inclusion en utilisant des modèles mathématiques de vibration de l'inclusion dans le milieu. Cependant, cette méthode de détermination nécessite un balayage de fréquence qui n'est pas toujours possible et peut ralentir le procédé, d'autre part elle repose sur un modèle mathématique complexe, en particulier en présence d'une population d'inclusions de tailles variables, car elle nécessite de calculer la résonance de l'inclusion pour déterminer le rayon moyen d'une population. On connait également des procédés de dimensionnement d'inclusions par méthode bi-fréquence qui sont cependant peu appliqués. De tels procédés sont par exemple décrits dans "Bubble size measurements using the nonlinear mixing of two frequencies" de Newhouse, V.L. et Shankar, P.M. paru dans JASA, 75 (6), 1984, ou "Ultrasound measurements of cloud size profiles" de Chapelon JY et al. paru dans JASA, 78, 1985. L'utilisation de deux fréquences permet d'exciter radialement l'inclusion et de mesurer la dynamique de vibration par le biais d'une modulation induite en rétrodiffusion. Le calcul du rayon est ensuite à nouveau réalisé par une mesure de la fréquence de résonance dans le domaine fréquentiel. Il est également possible de mesurer la pression hydrostatique dans le milieu en évaluant un décalage de la fréquence de résonance par rapport à une pression de référence comme décrit dans "Fluid pressure measurement using bubbles insonified by two frequencies" de Shankar PM et al. paru dans Ultrasonics, 25 (7), 1986. De tels procédés de mesure de rayon d'inclusions par détermination de la fréquence de résonance ont également été employés sur des tissus vivants, comme cela 5 est par exemple décrit dans "A non-invasive, in-vivo, bubble sizing instrument" de PJ Magariet al., paru dans Ultrasonics Symposium, 1997, « Dual-frequency ultrasound for detecting and sizing bubbles » de Jay C Buckey et al. paru dans Acta Astronautica, 56 (9-12), Mai 2005, ou 10 "Microbubble detection following hyperbaric chamber dives using dual-frequency ultrasound" de Swan, J. Get al., paru dans JOURNAL OF APPLIED PHYSIOLOGY 111 (6) Pages: 1323- 1328, Novembre 2011. De telles méthodes sont également détaillées dans 15 le document US 6408679 qui divulgue une méthode de surveillance d'un volume de fluide comportant l'émission de deux ondes acoustiques à deux fréquences différentes, dont l'une est une fréquence de résonance d'une inclusion à surveiller, suivi de la détection d'un signal de battement. 20 On connait également une méthode appelée « SURF » (acronyme de l'expression anglo-saxonne « Second-order UltRasound Field Imaging ») décrite par exemple dans les documents « SURF imaging : In vivo demonstration of an 25 ultrasound contrast agent detection technique. » de Masoy SE et al., paru dans IEEE, UFFC, Vol 55 Issue 6 (May08), ou les documents U504/0267130 Al et US04/0267129 Al. Cette méthode est destinée à augmenter le rapport signal sur bruit d'une image d'un milieu comportant des 30 agents de contrastes. Elle ne vise pas directement à caractériser les inclusions mais plutôt à réaliser une image en utilisant un comportement spécifique des micro- bulles échographiques pour augmenter leur contraste vis-à-vis des tissus (plus précisément, le fait que la dynamique dépende de la pression hydrostatique).

Une autre méthode est décrite dans "Development of an acoustic instrument for bubble size distribution measurement" de Xiong-jun Wu et al. dans Journal of hydrodynamics, 9th International Conference on Hydrodynamics, October 11-15,10 Shanghai, China, et dans "Acoustic measurements bubbles in biological tissue" de CHAHINE Georges L. et al. dans Journal of hydrodynamics, volume 22, issue 1,2008. Elle consiste à résoudre un problème inverse à partir d'une mesure d'atténuation et de vitesse de phase.

Cette méthode permet d'obtenir un histogramme de taille de bulles et de remonter ainsi à une mesure du taux de vide dans un milieu. Dans le document "Comparison of the abilities of 20 eight acoustic techniques to detect and size a single bubble" T.G. Leighton et al. paru dans Ultrasonics 34 (1996) 661-667, huit méthodes différentes permettant de détecter et mesurer le rayon d'une inclusion isolée sont comparées. Ces méthodes incluent entre autre des méthodes 25 Bi-fréquence, d'émission de fondamental et d'émission de seconde harmonique. Toutes ces méthodes sont cependant basées sur la détection de la fréquence de résonance telle décrite ci-avant. 30 La présente invention a pour but d'améliorer la situation. A cet effet, l'invention propose un procédé pour détecter au moins une inclusion dans une zone d'observation appartenant à un milieu, ce procédé comprenant au moins les étapes suivantes : - une étape d'excitation au cours de laquelle on 5 émet dans la zone d'observation une onde acoustique d'excitation apte à générer une oscillation temporelle d'une géométrie de l'inclusion, - une étape d'émission au cours de laquelle on émet dans la zone d'observation, au moins une onde 10 acoustique de détection apte à être réfléchie au moins en partie par l'inclusion pour former une onde acoustique réfléchie, une étape d'acquisition au cours de laquelle on acquiert un signal temporel de rétrodiffusion représentatif 15 de l'onde acoustique réfléchie, - une étape de détermination intermédiaire au cours de laquelle on détermine, à partir du signal temporel de rétrodiffusion: o un paramètre de variation temporelle 20 relative d'un rayon de l'inclusion, et o un paramètre de variation temporelle absolue d'un rayon de l'inclusion, - une étape de détection de l'inclusion au cours de laquelle on détecte l'inclusion à partir du paramètre de 25 variation temporelle relative et du paramètre de variation temporelle absolue. Grâce à ces dispositions, il est possible de détecter une inclusion de façon simple, rapide et fiable. Il est ainsi permis de réaliser un dénombrement des 30 inclusions dans la zone d'observation du milieu. Il est également possible de réaliser la mesure du rayon moyen d'une inclusion. On peut donc évaluer la distribution des rayons moyens ou tailles d'inclusions et/ou une quantité de gaz contenu dans une zone d'observation du milieu. La détection de l'inclusion, et le cas échéant la détermination du rayon moyen, sont faites sans nécessité de 5 modéliser la résonance de l'inclusion. En outre, la détection de l'inclusion, et le cas échéant la mesure de son rayon moyen, sont faites indépendamment de l'excitation envoyée sur l'inclusion. Par conséquent, il suffit que l'inclusion vibre radialement pour qu'une double modulation 10 d'amplitude et de phase soit présente et que la détection puisse être effectuée de façon fiable. Dans divers modes de réalisation du procédé selon l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes : 15 - au cours de l'étape de détermination intermédiaire, on détermine une variation temporelle relative d'amplitude du signal temporel de rétrodiffusion ; - au cours de l'étape d'émission, on émet dans la zone d'observation, une pluralité d'onde acoustiques de 20 détection aptes à être réfléchies au moins en partie par l'inclusion pour former une pluralité d'ondes acoustiques réfléchies, et au cours de l'étape de détermination intermédiaire, on détermine le paramètre de variation temporelle absolue du rayon de l'inclusion en déterminant 25 une variation temporelle de temps de vol des ondes acoustiques réfléchies ; - au cours de l'étape d'émission, l'onde acoustique de détection émise est une onde continue et est apte à être réfléchie au moins en partie par l'inclusion 30 pour former une onde acoustique réfléchie continue, et au cours de l'étape de détermination intermédiaire, on détermine le paramètre de variation temporelle absolue du rayon de l'inclusion en déterminant une variation temporelle de phase de l'onde acoustique réfléchie continue ; - l'étape de détection comporte une sous-étape de détermination d'indicateur au cours de laquelle on détermine un indicateur représentatif d'une présence ou d'une absence d'inclusion, à partir du paramètre de variation temporelle relative et du paramètre de variation temporelle absolue ; - l'étape de détection comporte en outre une sous- étape d'incrémentation au cours de laquelle on incrémente un compteur d'inclusions en fonction d'une valeur de l'indicateur, et l'étape de détermination intermédiaire est réitérée au moins une fois ; - l'étape de détection comporte une sous-étape de détermination de rayon au cours de laquelle on détermine un d'un rayon moyen de l'inclusion ; - l'étape de détection comporte en outre une sous-étape d'incrémentation au cours de laquelle on incrémente un compteur de volume d'inclusions en fonction du rayon moyen de l'inclusion, et l'étape de détermination intermédiaire est réitérée au moins une fois ; - l'étape de détection comporte en outre une sous-étape de détermination de distribution d'inclusions au cours de laquelle on met à jour une base de données de distribution d'inclusions en fonction du rayon moyen de l'inclusion, et l'étape de détermination intermédiaire est réitérée au moins une fois ; - au cours de l'étape de détection, on détermine 30 un rapport entre une grandeur fonction du paramètre de variation temporelle relative et une grandeur fonction du paramètre de variation temporelle absolue ; - au cours de l'étape de détection, on détermine : - une enveloppe du paramètre de variation temporelle relative, - une enveloppe du paramètre de variation 5 temporelle absolue, et - un rapport entre lesdites enveloppes ; - les étapes d'excitation et d'émission sont réalisées au moins en partie simultanément ; - pendant une plage temporelle de référence, on 10 émet l'onde acoustique de détection sans émettre l'onde acoustique d'excitation ; - l'onde acoustique de détection possède une fréquence centrale supérieure à une fréquence centrale de l'onde acoustique d'excitation ; 15 - l'inclusion est une bulle de gaz. Par ailleurs, l'invention a également pour objet un dispositif pour détecter au moins une inclusion dans une zone d'observation d'un milieu, ce dispositif comprenant - des premiers moyens d'émission, adaptés pour 20 émettre dans la zone d'observation, une onde acoustique d'excitation apte à générer une oscillation temporelle d'une géométrie de l'inclusion, - des seconds moyens d'émission, adaptés pour émettre dans la zone d'observation, au moins une onde 25 acoustique de détection apte à être réfléchie au moins en partie par l'inclusion pour former une onde acoustique réfléchie, - des moyens d'acquisition adaptés pour acquérir un signal temporel de rétrodiffusion de l'onde acoustique 30 réfléchie, - des moyens de détermination intermédiaire, adaptés pour déterminer à partir du signal temporel de rétrodiffusion : o un paramètre de variation temporelle relative d'un rayon de l'inclusion, et o un paramètre de variation temporelle absolue d'un rayon de l'inclusion, - des moyens de détection de l'inclusion, adaptés pour détecter l'inclusion à partir du paramètre de variation temporelle relative et du paramètre de variation temporelle absolue.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante d'une de ses formes de réalisation, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints.

Sur les dessins : - la figure 1 est un ordinogramme d'un procédé pour détecter au moins une inclusion dans une zone d'observation appartenant à un milieu, selon un mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une illustration schématique d'un dispositif pour détecter au moins une inclusion dans une zone d'observation appartenant à un milieu, selon un mode de réalisation de l'invention, - les figures 3A et 3B sont des illustrations 25 schématiques du principe d'un dispositif pour détecter au moins une inclusion dans une zone d'observation appartenant à un milieu, selon un mode de réalisation de l'invention, - les figures 4A et 4B sont des graphiques illustrant la mise-en-oeuvre d'un procédé pour détecter au 30 moins une inclusion dans une zone d'observation appartenant à un milieu, selon un mode de réalisation de l'invention, et - la figure 5 est une illustration schématique d'un système de suivi de désaturation pour la plongée sous-marine selon un mode de réalisation de l'invention. Sur les différentes figures, les mêmes références 5 désignent des éléments identiques ou similaires. Sur les figures 1 à 4 sont illustrés un procédé 100 et un dispositif 1 pour détecter acoustiquement au moins une inclusion 3 dans un milieu 4, selon un premier mode de réalisation de l'invention. 10 Dans une variante de réalisation, le procédé 100 et le dispositif 1 permettent plus précisément de déterminer acoustiquement le rayon moyen 2 de cette inclusion 3 . Le milieu 4 peut être un milieu de tout type, un plasma, un gaz, un liquide, un solide, un solide mou ou 15 autre. L'inclusion 3 est entendue comme étant une inhomogénéité du milieu 4 susceptible de présenter des oscillations temporelles 5 de sa géométrie 6. Les oscillations temporelles 5 de la géométrie 6 20 sont des oscillations de l'enveloppe de l'inclusion 3 au moins selon certaines directions de l'espace. En particulier, l'inclusion 3 est entendue comme étant une inhomogénéité du milieu 4 susceptible de présenter des oscillations temporelles 5 lorsqu'elle est 25 sujette à une excitation mécanique 7, par exemple une onde acoustique d'excitation 7. L'inclusion 3 est ainsi par exemple une bulle de gaz 3 dans un milieu liquide ou visco-élastique 4. L'inclusion 3 peut également être un agent de 30 contraste dans un tissu vivant ou également une cavité ou une inhomogénéité dans un matériau, par exemple un gravier dans du ciment ou une bulle dans un plastique.

On entend ici par onde acoustique d'excitation 7 une onde mécanique se propageant dans le milieu 4 et susceptible de générer des oscillations temporelles 5 de la géométrie 6 de l'inclusion 3.

Les oscillations temporelles 5 de la géométrie 6 de l'inclusion 3, aussi appelées vibrations 5, sont de préférence des oscillations de géométries connues et peuvent être des oscillations radiales ou non-radiales. L'inclusion 3 est localisée dans une zone 10 d'observation 8 du milieu 4, ladite zone étant accessible au dispositif 1, comme détaillé ci-après. Ainsi, en référence aux figures 1 à 4 un procédé 100 de détection acoustique selon un des modes de 15 réalisation de l'invention comprend une étape d'excitation 110 comportant l'émission, dans une zone d'observation 8 d'un milieu 4, d'une onde acoustique d'excitation 7 apte à générer une oscillation temporelle 5 de la géométrie 6 d'une inclusion 3 localisée dans la zone d'observation 8 du 20 milieu 4. Cette étape permet d'exciter l'inclusion 3 afin de provoquer une vibration 5 de celle-ci dans le milieu 4 et des variations temporelles de sa géométrie 6. A cette fin, les paramètres de l'onde acoustique 25 d'excitation 7 peuvent respecter certains critères. L'onde acoustique d'excitation 7 peut ainsi être adaptée pour que la fréquence 9 de la vibration 5 soit bien inférieure à la fréquence 10 d'une onde acoustique de détection 11 telle détaillée ci-après. 30 L'onde acoustique d'excitation 7 peut également être adaptée pour que la vitesse, ou la fréquence, du mouvement de vibration 5 soit bien supérieure à la vitesse de déplacement possible de l'inclusion 3 dans le milieu 4, par exemple la vitesse de déplacement d'une bulle dans un flux sanguin. A cette fin, on peut par exemple utiliser un train 5 d'ondes de dix cycles à une fréquence de quarante kilohertz comme onde acoustique d'excitation 7. Pour réaliser l'émission 110 de l'onde acoustique d'excitation 7, le dispositif 1 selon l'invention comporte des premiers moyens d'émission 12. 10 Ces premiers moyens d'émission 12 sont aptes à générer, dans la zone d'observation 8 du milieu 4, une oscillation temporelle 5 de la géométrie 6 de l'inclusion 3. Les premiers moyens d'émission 12 comportent tout 15 d'abord un premier transducteur 13. Le premier transducteur 13 peut être alimenté par un générateur électrique 14, par exemple un générateur de fonctions capable de délivrer un signal électrique 15, par exemple de dix Volts pics-à-pics. 20 Le signal électrique 15 est transcrit en une onde acoustique d'excitation 7, le signal et l'onde étant par exemple un train d'onde de quelques périodes dont la fréquence centrale d'excitation 16 se situe entre une fréquence minimale fmin et une fréquence maximale fmax, par 25 exemple, entre dix et deux cents kilohertz. L'onde acoustique d'excitation 7, envoyée pour exciter l'inclusion 3, peut être une onde monochromatique de fréquence f mais également une impulsion acoustique (« pulse »), comportant un spectre fréquentiel s'étendant 30 entre une fréquence minimale fmin et une fréquence maximale f max, ou encore un balayage en fréquence (« chirp ») s'étendant d'une fréquence minimale fmin à une fréquence maximale furax- L'onde acoustique d'excitation 7 peut être non-focalisée. En variante, l'onde acoustique d'excitation 7 peut 5 être focalisée au niveau d'une focale 17, par exemple une focale 17 située dans la zone d'observation 8 du milieu 4. Le signal électrique 15 est transcrit, et dans certains modes de réalisation amplifié, par le premier transducteur 13 afin d'obtenir une pression acoustique 10 d'excitation 18 de l'onde acoustique d'excitation 7, également appelée pression acoustique de pompage, suffisante pour exciter l'inclusion 3. La pression acoustique d'excitation 18 de l'onde acoustique d'excitation 7 peut par exemple être supérieure 15 à dix kiloPascals. Dans le mode de réalisation où l'inclusion est une bulle de gaz, par exemple une bulle de gaz dans un tissu vivant, la pression acoustique d'excitation 18 peut être dans tous les cas inférieure à 6 MPa. 20 De cette façon, la pression acoustique 18 est suffisante pour que les variations de géométrie 6 de l'inclusion 3 soient mesurables. Le premier transducteur 13 peut par exemple être un transducteur basse-fréquence ayant par exemple une 25 fréquence centrale de fonctionnement 19 proche de la fréquence centrale d'excitation 16. De cette façon, la conversion en énergie mécanique est maximale. 30 Au cours d'une étape d'émission 120, au moins une onde acoustique de détection 11 est émise, dans la zone d'observation 8.

L'onde acoustique de détection 11 est en particulier apte à être réfléchie au moins en partie par l'inclusion 3 pour former une onde acoustique réfléchie 20. L'onde acoustique de détection peut en particulier 5 être une onde focalisée, par exemple focalisée au niveau d'une focale 21 située dans la zone d'observation 8 du milieu 4. Dans la variante de réalisation où l'onde acoustique d'excitation 7 est une onde focalisée, les 10 focales 17, 21 des ondes acoustiques d'excitation et de détection peuvent être localisée dans les régions proches de la zone d'observation 8. L'onde acoustique de détection 11 est par exemple une onde ultrasonore. 15 De façon avantageuse, l'onde acoustique de détection 11 possède une fréquence centrale 10 plus élevée qu'une fréquence centrale de vibration 9 de l'inclusion 3. L'onde acoustique de détection 11 peut également posséder une fréquence centrale 10 supérieure à une 20 fréquence centrale 16 de l'onde acoustique d'excitation 7. L'onde acoustique de détection peut par exemple avoir une fréquence centrale supérieure à une centaine de kilohertz, par exemple supérieure à quelques mégahertz. De cette façon, l'oscillation temporelle 5 de la 25 géométrie 6 de l'inclusion 3 pourra être convenablement échantillonnée. Comme détaillé ci-après, l'étape 110 d'excitation et l'étape 120 d'émission peuvent être réalisées dans n'importe quel ordre et en particulier simultanément. 30 Dans un mode de réalisation avantageux détaillé plus précisément ci-après, l'émission de l'onde d'excitation est réalisée pendant l'émission de l'onde de détection. Pour émettre l'onde acoustique de détection 11, le dispositif 1 comporte des seconds moyens d'émission 22. Les seconds moyens d'émission 22 comportent un 5 second transducteur 23. Les seconds moyens d'émission 22 peuvent également comporter un second générateur 24 apte à alimenter le second transducteur 23. De façon avantageuse, la fréquence centrale 10 de 10 l'onde acoustique de détection 11 peut être la plus haute possible. Ceci permet d'obtenir une résolution optimale. Dans le domaine de la plongée sous-marine, il est cependant intéressant que l'onde acoustique de détection 11 15 puisse se propager au moins d'une dizaine de centimètres dans le milieu 4, par exemple pour réaliser un aller-retour de la peau jusqu'au ventricule droit du coeur, et n'ait donc pas une fréquence centrale élevée au point d'être absorbée de façon importante par les tissus traversés. 20 Ainsi, le second générateur 24 peut par exemple générer un second signal électrique 25 de dix Volts pics-àpics donnant une pression acoustique 26 de l'onde acoustique de détection d'à peu près dix kilo-pascals à la focale 21. 25 Le procédé 100 comporte également une étape d'acquisition 130 comportant l'acquisition d'un signal temporel de rétrodiffusion 27 de l'onde acoustique réfléchie 11. 30 A cette fin, le dispositif 1 comporte des moyens d'acquisition 28 qui comprennent par exemple un troisième transducteur 29.

Les moyens d'acquisition 28 peuvent également comporter un filtre passe-haut 30 et un système d'enregistrement 31. Le troisième transducteur 29 peut être le même que 5 le second transducteur 23, en particulier si l'émission de l'onde acoustique de détection est pulsée. En variante, le filtre passe-haut 30 peut être remplacé par un filtre passe-bande dont la fréquence centrale est proche de la fréquence centrale 10 de l'onde 10 de détection 11. La durée du signal temporel de rétrodiffusion 27 peut être choisie de façon à obtenir un échantillonnage temporel maximum de l'oscillation temporelle 5. Dans un mode de réalisation avantageux de 15 l'invention, les ondes acoustiques d'excitation 7 et de détection 11 sont synchronisées. Les étapes 110, 120 d'émission de l'onde d'excitation et de l'onde de détection peuvent ainsi être réalisées au moins en partie simultanément. 20 Ceci permet de réaliser la détection de l'oscillation temporelle 5 de la géométrie 6 de l'inclusion 3 en même temps que celle-ci est sollicitée par l'onde acoustique d'excitation 7. Dans un mode de réalisation de l'invention, 25 l'émission de l'onde acoustique d'excitation 7 débute après le début de l'émission de l'onde acoustique de détection 11 ou se termine avant la fin de l'émission de l'onde acoustique de détection 11. L'onde acoustique d'excitation 7 peut également 30 durer moins longtemps que l'onde acoustique de détection 11. De cette manière, le début du signal temporel de rétrodiffusion 27, en particulier sur la période séparant le début de l'émission de l'onde de détection 11 et le début de l'émission de l'onde d'excitation 7, ou la fin du signal temporel de rétrodiffusion 27, sur la période séparant la fin de l'émission de l'onde de détection 11 de la fin de l'émission de l'onde d'excitation 7, constituent une plage temporelle de référence pendant laquelle l'inclusion 3 ne présente pas, ou présente peu, d'oscillations temporelles 5 de sa géométrie 6.

Durant cette plage temporelle de référence la section efficace de diffusion 32 de l'inclusion 3 est sensiblement égale à sa section efficace à l'équilibre. La plage temporelle de référence peut par exemple s'étendre sur une durée supérieure à quelques cycles de 15 l'onde de détection, par exemple. En se référant plus précisément aux figures 3A, 3B, 4A et 4B, le procédé 100 selon l'invention comprend également une étape de détermination intermédiaire 140 au 20 cours de laquelle, à partir du signal temporel de rétrodiffusion 27, sont déterminés : o un paramètre de variation temporelle relative d'un rayon de l'inclusion 33, et o un paramètre de variation temporelle absolue 25 d'un rayon de l'inclusion 34. Dans un mode de réalisation, pour déterminer le paramètre de variation temporelle relative d'un rayon de l'inclusion 33, on détermine une variation temporelle relative d'amplitude 35 du signal temporel de 30 rétrodiffusion 27. A cette fin, on peut par exemple appliquer une transformée de Fourier glissante sur le signal temporel de rétrodiffusion 27 et déterminer une variation temporelle d'énergie 36 du signal temporel de rétrodiffusion 27 au niveau des différentes plages temporelles balayées par la transformée de Fourier glissante.

La variation temporelle d'énergie 36 obtenue est filtrée par un filtre passe-haut ou passe-bande pour retirer les composantes basses fréquences dues au déplacement de l'inclusion autour du point focal 21 de l'onde acoustique de détection 11.

Ceci est en particulier possible car la vitesse de déplacement potentielle de l'inclusion 3 est bien plus faible que la vitesse, ou la fréquence, de vibration 5 de celle-ci. Après filtrage, la variation temporelle d'énergie 36, est ensuite normalisée pour obtenir des variations relatives de section efficace 32 de l'inclusion par rapport à la référence. Les variations, en unité de l'amplitude de référence A0, mesurées sans excitation de l'inclusion, et 20 correspondant au rayon à l'équilibre RO d'amplitude sont données par : AA(t) = A(t)/A0 ( 1) Les variations relatives autour de la référence préétablie, en unité du rayon moyen 2 de l'inclusion, 25 peuvent donc être calculées par l'expression : F(t 1 = A.A(f)- I (2) Dans un mode de réalisation, cette expression fournit donc une variation temporelle relative d'un rayon 30 de l'inclusion 33. Les opérations permettant de déterminer le paramètre de variation temporelle absolue d'un rayon de l'inclusion 34, sont indépendantes des opérations détaillées ci-dessus mais suivent une logique similaire. Dans un premier mode de réalisation, l'étape 5 d'émission 120 comprend l'émission, dans la zone d'observation 8, d'une pluralité d'onde acoustiques de détection 11 aptes à être réfléchies au moins en partie par l'inclusion pour former une pluralité d'ondes acoustiques réfléchies 20, c'est-à-dire un train d'ondes. 10 Dans ce premier mode de réalisation, la détermination du paramètre de variation temporelle absolue d'un rayon de l'inclusion 34 comprend la détermination d'une variation temporelle de temps de vol 37 des ondes acoustiques réfléchies 20. 15 Pour mesurer la variation temporelle de temps de vol 37, on calcule la fonction de corrélation entre une onde acoustique réfléchie 20 et une onde acoustique réfléchie 20 de référence afin d'obtenir le retard de la première par rapport à la référence. 20 Ce retard est ensuite multiplié par la vitesse de propagation d'une onde acoustique de détection 11 dans le milieu 4 et divisé par deux pour tenir compte de l'aller-retour de l'onde acoustique dans le milieu 4. Les variations de temps de vol (en s) sont ainsi 25 données par l'équation : (3) Et les variations de rayons absolues (en m): sont ainsi obtenues par l'équation : ARa (4) 30 Le signal obtenu est filtré par un filtre passe-haut ou passe-bande qui permet de compenser les variations lentes de dérive du temps de vol, dues au déplacement de l'inclusion dans le milieu 4. On obtient ainsi le paramètre de variation temporelle absolue d'un rayon de l'inclusion 34.

Dans un second mode de réalisation, l'étape d'émission 120 comprend l'émission, dans la zone d'observation 8, d'une onde acoustique de détection continue 11. Cette onde acoustique de détection 11 continue est 10 apte à être réfléchie au moins en partie par l'inclusion 3 pour former une onde acoustique réfléchie continue 20. La détermination du paramètre de variation temporelle absolue d'un rayon de l'inclusion 34 comprend alors la détermination d'une variation temporelle de 15 phase 39 de l'onde acoustique réfléchie continue 20. A cette fin, on calcule par exemple une phase glissante du signal temporel de rétrodiffusion 27 au cours du temps en imposant un déphasage nul au temps initial. Les variations temporelles de phase 39 sont ramenées 20 à des variations de temps en les divisant par la fréquence centrale 10 de l'onde de détection 11 puis ramenées à des variations de distances en les multipliant par la vitesse de propagation d'une onde acoustique de détection 11 dans le milieu 4 et en divisant par deux pour tenir compte de 25 l'aller-retour de l'onde acoustique dans le milieu 4. Enfin le signal obtenu est filtré par un filtre passe haut ou passe bande ce qui permet de compenser les variations de temps de vol dues au déplacement de l'inclusion dans le milieu 4. 30 On obtient ainsi le paramètre de variation temporelle absolue d'un rayon de l'inclusion 34. L'étape de détermination intermédiaire 140 fourni ainsi deux signaux temporels : le paramètre de variation temporelle relative 33 et le paramètre de variation temporelle absolue 34 qui correspondent à des courbes de variations relatives et absolues de rayons de l'inclusion 3. On notera qu'il ne s'agit pas exactement des mêmes variations de rayons puisque le paramètre de variation temporelle relative 33 correspond aux variations d'un rayon de l'inclusion 3 perpendiculaires à la direction de propagation de l'onde de détection 11. Le paramètre de variation temporelle absolue 34 correspond quant à lui aux variations d'un rayon de l'inclusion 3 selon une direction de propagation 40 de l'onde de détection 11.

Néanmoins dans de nombreux modèles de vibrations d'inclusions, on considère ces variations sensiblement égales, c'est-à-dire liées à des pulsations volumiques. En variante, il est également possible de tenir compte de déphasages, en évaluant des modes d'oscillation 5 20 d'ordres supérieurs. Pour réaliser l'étape de détermination intermédiaire 140, le dispositif 1 comporte des moyens de détermination intermédiaire 41, qui comprennent par exemple un calculateur ou un micro-processeur. 25 Enfin, le procédé 100 comprend une étape de détection 150 de l'inclusion 3. Cette détection est réalisée à partir du paramètre de variation temporelle relative 33 et du paramètre de variation temporelle absolue 34. 30 L'étape de détection 150 de l'inclusion peut comporter une sous-étape de détermination d'un indicateur représentatif d'une présence ou d'une absence d'inclusion 3 à partir du paramètre de variation temporelle relative 33 et du paramètre de variation temporelle absolue 34. Ainsi, il est possible de fixer un ou plusieurs seuils auxquels seront comparées les valeurs des paramètres de variation temporelle relative 33 et de variation temporelle absolue 34 ou des valeurs déduites de ces paramètres comme détaillés ci-après. Selon le résultat de cette comparaison, il est possible de conclure avec une probabilité importante quant 10 à la présence ou l'absence d'inclusion. Un indicateur représentatif d'une présence ou d'une absence d'inclusion 3, par exemple un indicateur booléen, peut ainsi être déterminé. En variante, l'étape de détection de 15 l'inclusion 150 peut en outre comporter une sous-étape d'incrémentation d'au moins un compteur d'inclusions en fonction de la valeur de l'indicateur. Dans cette variante de réalisation, l'étape de détermination intermédiaire 140 peut avantageusement être 20 réitérée au moins une fois pour permettre l'identification de plusieurs inclusions. De cette façon il est possible de réaliser un dénombrement des inclusions 3 dans la zone d'observation 8 du milieu 4. Un tel dénombrement peut être réalisé au cours 25 du temps pour fournir une indication du flux d'inclusions dans la zone d'observation 8 du milieu 4. L'étape de détection de l'inclusion peut également comporter une sous-étape de détermination d'un rayon moyen de l'inclusion dans laquelle un rayon moyen de l'inclusion 30 est déterminé. Dans un mode de réalisation de l'invention, la détection de l'inclusion 3 comprend la détermination d'un rapport 42 entre une grandeur fonction du paramètre de variation temporelle relative 43 et une grandeur fonction du paramètre de variation temporelle absolue 44. Ce rapport 42 permet de déterminer un rayon moyen 5 de l'inclusion. En effet, si on relie les équations (2) et (4) ci-dessus, on a : AR RO (5) Ce qui permet de calculer un rayon moyen 2 à l'équilibre : ARa t 2R, t (6) 10 On remarque que lorsque l'inclusion ne vibre pas, ce rapport est chaotique, tandis que lorsque celle-ci vibre, ce rapport 42 est constant et est égal au rayon moyen de l'inclusion. Ainsi, il est possible de fixer un seuil ou une 15 évolution temporelle auxquels comparer le rapport 42 pour conclure avec une probabilité importante quant à la présence ou l'absence d'inclusion 3. Ce seuil ou cette évolution temporelle permettent par exemple de déterminer un indicateur représentatif d'une 20 présence ou d'une absence d'inclusion comme détaillé ci-avant. En variante, l'étape de détection de l'inclusion 150 peut en outre comporter une sous-étape d'incrémentation d'au moins un compteur de volume 25 d'inclusions en fonction de la valeur du rayon moyen, par exemple en convertissant au préalable ce rayon moyen de l'inclusion en un volume de l'inclusion, par des formules géométriques usuelles. De cette façon, il est possible de déterminer un 30 volume total contenu dans des inclusions localisées dans la zone d'observation 8. RO L'étape de détection de l'inclusion 150 peut encore comporter une sous-étape de détermination de distribution d'inclusions afin d'évaluer une distribution de rayons moyens d'inclusions ou de volumes d'inclusions. Au cours de cette sous-étape de détermination de distribution d'inclusions, on met à jour une base de données de distribution d'inclusions en fonction du rayon moyen de l'inclusion. Une telle mise à jour peut comporter la création de 10 ladite base de données ou la mise à jour de son contenu, par exemple par ajout d'un enregistrement ou par modification d'un enregistrement déjà existant. La base de données de distribution d'inclusions peut par exemple comporter des enregistrements relatifs au 15 rayon moyen ou au volume des inclusions, par exemple un histogramme d'un nombre d'inclusions détectées en fonction d'un volume ou d'un rayon moyen d'inclusion. Une telle base de données peut être pertinente pour évaluer le risque ou la gravité d'un potentiel accident 20 encouru par les plongeurs, par exemple lorsque le dispositif de détection d'inclusions est intégré dans un système de suivi de désaturation comme détaillé ci-après. Dans ces variantes de réalisation, à nouveau, l'étape de détermination intermédiaire 140 peut 25 avantageusement être réitérée au moins une fois pour permettre la détermination du volume total contenu dans plusieurs inclusions et/ou du rayon moyen de plusieurs inclusions. Les grandeurs 43, 44 peuvent respectivement être 30 directement ledit paramètre de variation temporelle relative 33 et ledit paramètre de variation temporelle absolue 34.

Cependant, dans un mode de réalisation avantageux, la grandeur fonction du paramètre de variation temporelle relative est une enveloppe du paramètre de variation temporelle relative 43, et la grandeur fonction du paramètre de variation temporelle absolue est une enveloppe du paramètre de variation temporelle absolue 44 et la détermination du rayon moyen 2 de l'inclusion 3 comprend ensuite la détermination d'un rapport 42 entre lesdites enveloppes 43, 44.

De cette façon, il est possible de corriger un éventuel déphasage entre les paramètres 33, 34 et d'éviter les passages par zéros. Pour réaliser l'étape de détection 150, le dispositif 1 comporte des moyens de détection de 15 l'inclusion 42, qui comprennent par exemple un calculateur ou un micro-processeur. Un tel dispositif et un tel procédé peuvent être mis-en-oeuvre et intégrés dans un système de suivi de désaturation pour la plongée sous-marine 1000 tel 20 qu'illustré par exemple sur la figure 5 et portés par un plongeur 2000, en particulier lors ou à l'issue d'une plongée impliquant (ayant impliqué) la respiration de gaz sous pression. Un tel système de suivi de désaturation 1000 25 comporte un dispositif 1 de détermination du rayon moyen d'une inclusion dans un milieu tel que décrit ci-avant. Ce dispositif peut en particulier être adapté pour permettre un affichage de données fonctions du rayon moyen de micro-bulles de gaz dans l'organisme du plongeur 2000. 30 Dans un mode de réalisation du système, les moyens de détermination 41, 42 peuvent par exemple être intégrés à un ordinateur portable, par exemple du type d'un ordinateur de plongé porté au poignet du plongeur 2000. Les moyens d'émission et d'acquisition 12, 22, 28 peuvent par exemple être placés à proximité, en particulier au contact, du corps du plongeur 2000, par exemple sur son torse. D'autres dispositions du dispositif 1 sont envisageables, dans lesquels, les moyens de détermination 41, 42 et les moyens d'émission et d'acquisition 12, 22, 28 sont placés à d'autres emplacements sur le plongeur 2000. En variante, les moyens d'émission et d'acquisition 12, 22, 28 et les moyens de détermination 41, 42 peuvent être groupés dans une même unité, par exemple placée contre le corps du plongeur 2000.

Le système de suivi de désaturation 1000 peut en outre comporter un système d'enregistrement du rayon moyen mesuré, un système d'affichage d'informations à l'utilisateur et/ou un système de communication des données enregistrées.

Le système d'enregistrement peut être apte à mémoriser le rayon moyen mesuré dans une mémoire pour permettre un accès ultérieur auxdits rayons moyens. Le système d'affichage d'informations à l'utilisateur peut afficher le rayon moyen ou plus avantageusement des informations déduites desdites mesures de rayon moyen, par exemple une alarme lorsque ledit rayon moyen dépasse une valeur prédéterminée ou croît plus rapidement qu'une vitesse de croissance prédéterminée. Le système de communication des données 30 enregistrées peut comporter une prise de connexion avec un ordinateur distant ou un dispositif de communication sans-fil et permettre l'échange des données de rayon moyen enregistrées. Un tel système de suivi de désaturation pour la plongée sous-marine 1000 apparaît également comme innovant indépendamment de l'objet dont les caractéristiques font 5 l'objet de l'une et/ou l'autre des revendications.

Claims (16)

1. REVENDICATIONS1. Procédé pour détecter au moins une inclusion (3) dans une zone d'observation appartenant à un milieu, ce 5 procédé comprenant au moins les étapes suivantes : - une étape d'excitation au cours de laquelle on émet dans la zone d'observation une onde acoustique d'excitation apte à générer une oscillation temporelle d'une géométrie de l'inclusion, 10 - une étape d'émission au cours de laquelle on émet dans la zone d'observation, au moins une onde acoustique de détection apte à être réfléchie au moins en partie par l'inclusion pour former une onde acoustique réfléchie, 15 - une étape d'acquisition au cours de laquelle on acquiert un signal temporel de rétrodiffusion représentatif de l'onde acoustique réfléchie, - une étape de détermination intermédiaire au cours de laquelle on détermine, à partir du signal temporel 20 de rétrodiffusion: o un paramètre de variation temporelle relative d'un rayon de l'inclusion, et o un paramètre de variation temporelle absolue d'un rayon de l'inclusion, 25 - une étape de détection de l'inclusion au cours de laquelle on détecte l'inclusion à partir du paramètre de variation temporelle relative et du paramètre de variation temporelle absolue.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, 30 au cours de l'étape de détermination intermédiaire, on détermine une variation temporelle relative d'amplitude du signal temporel de rétrodiffusion.
3. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel : au cours de l'étape d'émission, on émet dans la zone d'observation, une pluralité d'onde acoustiques de détection aptes à être réfléchies au moins en partie par l'inclusion pour former une pluralité d'ondes acoustiques réfléchies, et au cours de l'étape de détermination intermédiaire, on détermine le paramètre de variation temporelle absolue du rayon de l'inclusion en déterminant une variation temporelle de temps de vol des ondes acoustiques réfléchies.
4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel : au cours de l'étape d'émission, l'onde acoustique de détection émise est une onde continue et est apte à être réfléchie au moins en partie par l'inclusion pour former une onde acoustique réfléchie continue, et au cours de l'étape de détermination intermédiaire, on détermine le paramètre de variation temporelle absolue du rayon de l'inclusion en déterminant une variation temporelle de phase de l'onde acoustique réfléchie continue.
5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'étape de détection comporte une sous-étape de détermination d'indicateur au cours de laquelle on détermine un indicateur représentatif d'une présence ou d'une absence d'inclusion, à partir du paramètre de variation temporelle relative et du paramètre de variation temporelle absolue.
6. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel l'étape de détection comporte en outre une sous-étaped'incrémentation au cours de laquelle on incrémente un compteur d'inclusions en fonction d'une valeur de l'indicateur, et dans lequel l'étape de détermination 5 intermédiaire est réitérée au moins une fois.
7. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel l'étape de détection comporte une sous-étape de détermination de rayon au cours de laquelle on détermine un d'un rayon moyen de l'inclusion. 10
8. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel l'étape de détection comporte en outre une sous-étape d'incrémentation au cours de laquelle on incrémente un compteur de volume d'inclusions en fonction du rayon moyen de l'inclusion, 15 et dans lequel l'étape de détermination intermédiaire est réitérée au moins une fois.
9. 9. Procédé selon l'une des revendications 7 et 8, dans lequel l'étape de détection comporte en outre une sous-étape de détermination de distribution d'inclusions au 20 cours de laquelle on met à jour une base de données de distribution d'inclusions en fonction du rayon moyen de l'inclusion, et dans lequel l'étape de détermination intermédiaire est réitérée au moins une fois. 25
10. 10.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel, au cours de l'étape de détection, on détermine un rapport entre une grandeur fonction du paramètre de variation temporelle relative et une grandeur fonction du paramètre de variation temporelle 30 absolue.
11. 11.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel, au cours de l'étape de 32 détection, on détermine : du paramètre de variation - une enveloppe temporelle relative, du paramètre de variation - une enveloppe 5 temporelle absolue, et - un rapport entre lesdites enveloppes.
12. 12.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel les étapes d'excitation et d'émission sont réalisées au moins en partie 10 simultanément.
13. 13.Procédé selon la revendication 12, dans lequel, pendant une plage temporelle de référence, on émet l'onde acoustique de détection sans émettre l'onde acoustique d'excitation. 15
14. 14.Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel, l'onde acoustique de détection possède une fréquence centrale supérieure à une fréquence centrale de l'onde acoustique d'excitation.
15. 15.Procédé selon l'une quelconque des 20 revendications 1 à 14, dans lequel, l'inclusion est une bulle de gaz.
16. 16.Dispositif pour détecter au moins une inclusion (3) dans une zone d'observation d'un milieu, ce dispositif comprenant 25 - des premiers moyens d'émission (12), adaptés pour émettre dans la zone d'observation, une onde acoustique d'excitation apte à générer une oscillation temporelle d'une géométrie de l'inclusion, - des seconds moyens d'émission (22), adaptés pour 30 émettre dans la zone d'observation, au moins une onde acoustique de détection apte à être réfléchie au moins en partie par l'inclusion pour former une onde acoustiqueréfléchie, - des moyens d'acquisition (28) adaptés pour acquérir un signal temporel de rétrodiffusion de l'onde acoustique réfléchie, - des moyens de détermination (140) intermédiaire, adaptés pour déterminer à partir du signal temporel de rétrodiffusion : o un paramètre de variation temporelle relative d'un rayon de l'inclusion, et o un paramètre de variation temporelle absolue d'un rayon de l'inclusion, - des moyens de détection (150) de l'inclusion, adaptés pour détecter l'inclusion à partir du paramètre de variation temporelle relative et du paramètre de variation 15 temporelle absolue.