WO1986003593A1 - Procede et dispositif de determination de caracteristiques cardio-vasculaires par voie externe et leur application aux cardiopathies - Google Patents

Procede et dispositif de determination de caracteristiques cardio-vasculaires par voie externe et leur application aux cardiopathies Download PDF

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WO1986003593A1
WO1986003593A1 PCT/FR1985/000353 FR8500353W WO8603593A1 WO 1986003593 A1 WO1986003593 A1 WO 1986003593A1 FR 8500353 W FR8500353 W FR 8500353W WO 8603593 A1 WO8603593 A1 WO 8603593A1
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doppler
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spectrum
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PCT/FR1985/000353
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Bernard Levy
Alain Tedgui
François BORNES
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Institut National De La Sante Et De La Recherche M
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    • G01S15/8906—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques
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    • G01S15/8993—Three dimensional imaging systems

Definitions

  • the present invention creates a new method which makes it possible to instantly know essential characteristics such as cardiac output, speed of flow of blood, in particular in the aorta, acceleration at the start of systole and , therefore, it becomes possible to intervene very quickly, which is decisive for some patients, especially for mechanically ventilated patients with serious conditions.
  • the method for determining cardiovascular characteristics externally is characterized laughed at by determining the cross section of a blood vessel, by determining the distance between a substantially cross section of the blood vessel and part of the patient's body surface, by emitting inside regular time intervals of the ultrasonic bursts, in that the Doppler echo of said bursts is collected at a time interval corresponding to the distance separating the vessel from the part of the patient's body surface, in that '' the successively collected echoes are converted into directional Doppler signals, in that said directional Doppler signals are converted into digital signals, in that one alternately stores a number of digital signals which is a power of 2 in two buffers for short successive sampling time intervals, in that the digital signals coming successively from l are processed alternately by Fourier transformation and in real time 'and the other memory buffers to establish a frequency spectrum and. amplitudes corresponding to each sampling time, and in that the average frequency is calculated
  • Fmoy ⁇ (A 2 .F) ⁇ A 2 to obtain a curve as a function of time, each period of which is the image of a systole.
  • the invention also extends to a device for implementing the above method, device which by its realization can be produced in a small volume and at a low price given the specificity of its components intended to fill only a limited number of functions although in very short times, and thus the miniaturization that it is possible to carry out of the device makes it possible to implement it even outside intensive care units.
  • the information provided by the device can be obtained for the most part in direct reading, for example on a cathode-ray screen while allowing as much, possibly, graphic recordings at characteristic moments of a treatment or during the sudden evolution of the patient's condition.
  • the device comprises a transducer for the emission of bursts of ultrasound at regular time intervals and for reception of the resulting Doppler echo, a directional circuit for obtaining signals Directional Doppler, an analog to digital converter connected to the directional Doppler circuit, two buffer memories connected to the analog to digital converter and receiving alternately a number of significant image points of the directional Doppler signal, a computer connected to the two buffers and successively processing the illustrative data points stored in said buffer memories for the formation of a spectrum of amplitudes and frequencies respectively illustrating half of the significant points stored each time in each of the buffer memories, a first memory for storing the amplitudes and frequencies spectrum characteristics and a computer connected to said memory to perform at least the calculation ⁇ (A 2 . F)
  • the invention finds a particularly important application in the establishment of cardiovascular characteristics, in particular at the level of the ascending aorta.
  • the transducer is placed in the suprasternal fossa behind the manubrium, being directed downwards to intercept a section of the ascending aorta close to the sigmoid valves.
  • Fig. 1 is a block diagram of the device for implementing the method for determining cardiovascular characteristics, object of the invention.
  • Fig. 2 is an explanatory anatomical diagram.
  • Fig. 3 illustrates two curves for obtaining a Doppler signal.
  • Fig. 4 is a diagram illustrating a processing phase of the method of the invention.
  • Fig. 5 schematically illustrates a spectrum obtained by Fourier transformation from the Doppler signals illustrated schematically in FIG. 3.
  • Fig. 6 is an illustrative curve of cardiovascular characteristics obtained according to the invention in real time.
  • Fig. 7 is a curve illustrating a three-dimensional representation obtained according to the invention.
  • Fig. 8 illustrates the so-called three-dimensional representation obtained from the cardiovascular characteristics determined according to the invention from the curves of FIG. 6.
  • Figs. 9 and 9a are vector representations illustrating the speed of the blood cells in a vessel during a sampling time defined in relation to FIG. 3.
  • 1 designates a transducer for the emission of signal bursts and the reception of Doppler signals through a gate 2 leading to a processing circuit 3 for forming directional Doppler signals, that is to say all positive and for example between 0 and 7 KHz.
  • the transducer 1, door 2 and circuit 3 assembly is adjusted as illustrated in FIG. 3 to first obtain Doppler samples, that is to say that in successive time intervals T, T 1 ... T n , for example of 10 -4 s, first of all a burst of high frequency pulses for example at 4 MHz for a time t.
  • the frequency of the bursts of pulses is chosen taking into account the approximate known speed of the blood cells, generally between 0 and 150 cm / s in the ascending aorta during a systole so that the Doppler signal, that is to say the difference between the transmitted frequency and the received frequency, ie a directional frequency preferably included in the audible frequencies, for example between 0 and 7 KHz, as indicated above.
  • FIG. 2 To determine the cardiovascular characteristics at the level of the ascending aorta, the procedure is as illustrated in FIG. 2.
  • 4 designates the left ventricle of the heart
  • 5 designates the sigmoid valves
  • 6 the ascending aorta.
  • the transducer 1 is applied at the level of the suprasternal fossa 7, that is to say behind manubrium 8 of the patient and said head 1a is maintained so that its axis is substantially vertical and directed downward as illustrated by axis 9, so that said axis is approximately concentric to a cross section 10 of the part of the aorta ascending near the sigmoid valves.
  • An anatomical study can moreover be carried out for each patient concerned before the examination by means of an ultrasound observation making it possible to locate the section 10 at approximately 6 cm from the suprasternal pit 7 and, likewise, the aortic section at the Cut level 10 is normally known from tables or easily determined by ultrasound observation.
  • the time t 1 must be set to elapse between the end of the burst of high frequency pulses emitted during the time t and the opening of the door 2 making it possible to receive the Doppler echo.
  • the time t 1 is for example between 60 and 80 ⁇ s, the door 2 then remaining open for a time t 2 for example between 1 and 3 ⁇ s.
  • said time t 2 represents the sampling time of the Doppler frequency.
  • the section 10 has a diameter of approximately 3 cm and a thickness of between 0.75 and 2.25 mm when the level at which the echo is to be appreciated is 4.5 to 6 cm away from the receiving transmitting part of the transducer head 1a.
  • the directional Doppler signal from circuit 3 is applied to an analog-to-digital converter 11 intended for alternately loading two buffer memories 12 and 13 which are connected to a processing computer 14 in which said buffer memories are alternately discharged as illustrated diagrammatically in fig. 4.
  • each buffer memory 12, 13 receives successively a integer number of points, which is a power of 2 and, preferably, each memory receives 128 points constituting the digital image of the Doppler signal corresponding to a sampling time period of 5 ms.
  • the processing calculator 14 comprises a calculation software 14a causing it to perform a Fourier transformation for each of the data received alternately from one and the other memories in successive sampling time periods of 5 ms.
  • Fig. 5 shows that the processing computer 14 establishes, during each 5 ms period of time, a spectrum of 64 values of frequency F and 64 values of amplitude A.
  • the values of the frequencies and the amplitudes thus calculated during each lapse of time of 5 ms are stored in memories 15 of amplitudes and frequencies connected to a computer 16 (fig. 1) which, in the example described in the following , is designed to perform two types of calculations and which can therefore be constituted in the form of a unit specific to these only types of calculations, which allows it to be performed in reduced form and relatively inexpensively.
  • the computer 16 receiving the data from the memories 15 performs from each spectrum conforming to that of FIG. 5 an average frequency calculation in real time, that is to say as each spectrum is established.
  • each pulse I of the curve of FIG. 6 corresponds to the acceleration that the blood undergoes at the start of the systole, the front edge of said curve thus being a very important illustration of the cardiac state since the acceleration that the blood undergoes in the ascending aorta near the valves sigmoid is an image of the contractility of the heart muscle.
  • each pulse I also corresponds to the volume of blood ejected during systole, this volume can thus be easily calculated by the computer 16 which only has to carry out the integral of each pulse.
  • the section of the aorta is also known as explained in the foregoing, the product of the velocity by this section can also be easily executed by the computer to know the blood flow to each systole.
  • the curve of fig. 6 being a frequency curve as a function of time and this curve delimiting with precision the successive sytoles and diastoles, the durations of the latter are also determined in a simple manner.
  • the computer 16 is normally connected to a screen 17 making it possible to permanently display the characteristics calculated by the computer.
  • a keyboard 18 is associated with the computer 16 to allow the operator to store in memory for a more or less long time, for example 5 to 7 seconds, the coordinates of the curve of FIG. 6 and thus allow then to make a plot by means of a writer 19 of the data of the curve of FIG. 6 which have been frozen in memory for the time selected above. It can be seen from the above that, by the means described, the invention makes it possible, for example at each cardiac period, to know the blood volume ejected during systole, to know the ejection time, the maximum blood speed, maximum blood acceleration and cardiac output, results which allow them to appreciate the cardiovascular state and in particular the contractility characteristics of the muscle.
  • the method of the invention also extends to the determination and the visualization of the differences in speed of the blood glovules in the vessel studied by showing the results obtained in the form of a three-dimensional plot which thus appears in the manner a relief representation.
  • the amplitude and frequency spectra of the memory 15 are transferred to the computer 16 to be stored and processed there in deferred time, that is to say that the succession of amplitude and frequency data allows from the curve according to fig. 5 to trace at the end of each sampling time of 5 ms a first envelope of the spectrum as illustrated by the curve E 1 of FIG. 7.
  • the computer 16 is programmed to calculate and then trace the envelope E 2 of the spectrum of the second sampling time of 5 ms.
  • the plotting of the curve E 2 and of the following ones is carried out according to coordinates shifted in the time of regular measurements, images of the sampling time of 5 ms as indicated in fig. 7.
  • the calculation of the plot of the curves E 1 , E 2 ... E n of the envelopes of the successive spectra is carried out as shown in FIG. 7 so that only the parts of the envelopes not hidden by the preceding envelopes appear.
  • the three-dimensional trace described is obtained by acting on the keyboard 18 of the computer 16 to freeze in the main memory of the latter the data of the successive spectra at 64 amplitudes and 64 frequencies. memories 15 for a time, for example of about 10 seconds or more, to then allow and in delayed time the three-dimensional tracing over a significant period of time corresponding for example to a respiratory cycle, which then allows the observer to '' appreciate the cardiac cycles taking into account the interferences produced on the aortic circulation in the course of the respiratory cycles.

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Abstract

Dispositif comportant un transducteur (1) pour l'émission au niveau du manubrium de salves d'ultrasons à intervalles de temps réguliers et pour la réception de l'écho Doppler d'une coupe transversale provenant de l'aorte ascendante, un convertisseur analogique numérique des signaux Doppler, deux mémoires-tampons (12, 13) reliées au convertisseur (11) et recevant alternativement un nombre de points images du signal Doppler, un calculateur (14) traitant successivement les données illustratives des points emmagasinés dans les mémoires-tampons pour la formation d'un spectre d'amplitudes et de fréquences correspondant aux points significatifs emmagasinés dans chacune des mémoires-tampons, une mémoire (15) pour emmagasiner les valeurs des amplitudes et fréquences caractéristiques du spectre et un ordinateur (16) relié à ladite mémoire (15) pour effectuer et afficher le calcule (I), qui illustre chaque systole dans le temps.

Description

Procédé et dispositif de détermination de caractéristiques cardic-vasculaires par voie externe et leur application aux cardiopathies
Dans de nombreuses maladies cardiovasculaires, il est utile d'être à même de connaître le cycle hémodynamique d'un patient pour déterminer le traitement à lui appliquer et l'évolution de celui-ci. L'estimation clinique de l'état hémodynamique d'un patient conduit fréquemment à des erreurs de sorte que dans des cas graves, notamment dans le cas de patients ventilés mécaniquement, on est conduit à effectuer une cathétérisation cardiaque qui permet de vérifier rapidement l'évolution d'une thérapeutique. C'est ainsi qu'on utilise de plus en plus la cathétérisation dans des unités de soins intensifs pour contrôler le débit cardiaque de patients, en particulier par le procédé dit de "thermo-dilution".
Ce procédé ne donne pas une information instantanée sur l'écoulement sanguin ni sur l'écoulement à partir du ventricule gauche, ce qui est très regrettable étant donné que les tonus veineux et sympathiques peuvent varier simultanément et de façon imprévisible. Par ailleurs, il est connu que les méthodes d'examen telles que la cathétérisation ne sont pas sans risque.
La présente invention crée un nouveau procédé qui rend possible de connaître d'une manière instantanée des caractéristiques essentielles telles que le débit cardiaque, la vitesse d'écoulement du sang, en particulier dans l'aorte, l'accélération au début de la systole et, par conséquent, il devient possible d'intervenir de manière très rapide, ce qui est déterminant pour certains patients, notamment pour des patients ventilés mécaniquement et atteints d'affections graves.
Conformément à l'invention, le procédé pour la détermination de caractéristiques cardio-vasculaires par voie externe, dans lequel on met en oeuvre l'effet Doppler, est caracté risé en ce qu'on détermine la section d'un vaisseau sanguin, en ce qu'on détermine la distance séparant une section sensiblement transversale du vaisseau d'une partie de la surface corporelle du patient, en ce qu'on émet à l'intérieur d'intervalles de temps réguliers des salves d'ultrasons, en ce qu'on recueille l'écho Doppler desdites salves à un intervalle de temps correspondant à la distance séparant le vaisseau de la partie de la surface corporelle du patient, en ce qu'on convertit les échos successivement recueillis en signaux Doppler directionnels, en ce qu'on convertit lesdits signaux Doppler directionnels en signaux numériques, en ce qu'on mémorise alternativement un nombre de signaux numériques qui est une puissance de 2 dans deux mémoires-tampons pendant des intervalles de temps d'échantillonnage sucessifs de courte durée, en ce qu'on traite alternativement par transformation de Fourier et en temps réel les signaux numériques provenant successivement de l'une et l'autre mémoirestampons pour établir un spectre de fréquences et. d'amplitudes correspondant à chaque temps d'échantillonnage, et en ce qu'on calcule la fréquence moyenne
Fmoy = ε (A2.F) ε A2 pour obtenir une courbe fonction du temps dont chaque période est l'image d'une systole.
L'invention s'étend aussi à un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, dispositif qui par sa réalisation peut être réalisé sous un faible volume et à un prix peu élevé étant donné la spécificité de ses composants prévus pour remplir uniquement un nombre restreint de fonctions bien que dans des temps très brefs, et ainsi la miniaturisation qu'il est possible de réaliser du dispositif rend possible de le mettre en oeuvre même en dehors d'unités de soins intensifs. De plus, les informations que procure le dispositif peuvent être obtenues pour la plupart en lecture directe, par exemple sur un écran cathodique tout en permet tant, éventuellement, des enregistrements graphiques à des moments caractéristiques d'un traitement ou lors de l'évo¬lution brusque de l'état du patient.
Conformément à cette seconde disposition de l'invention, le dispositif comporte un transducteur pour l'émission de salves d'ultrasons à intervalles de temps réguliers et pour la réception de l'écho Doppler en résultant,un circuit directionnel pour l'obtention de signaux Doppler directionnels, un convertisseur analogique numérique relié au circuit Doppler directionnel, deux mémoires-tampons reliées au convertisseur analogique numérique et recevant alternativement un nombre de points significatifs images du signal Doppler directionnel, un calculateur relié aux deux mémoires-tampons et traitant successivement les données illustratives des points emmagasinés dans lesdites mémoires-tampons pour la formation d'un spectre d'amplitudes et de fréquences illustrant respectivement la moitié de.s points significatifs emmagasinés à chaque fois dans chacune des mémoires-tampons, une première mémoire pour emmagasiner les amplitudes et fréquences caractéristiques du spectre et un ordinateur relié à ladite mémoire pour effectuer au moins le calcul ε(A2. F)
Fmoy = ε A2 et transmettre le résultat dudit calcul à un moyen d'affichage.
L'invention trouve une application particulièrement importante dans l'établissement des caractéristiques cardiovasculaires, en particulier au niveau de l'aorte ascendante. Conformément à cette troisième disposition de l'invention, pour la détermination des caractéristiques cardio-vasculaires de l'aorte ascendante, le transducteur est disposé dans la fosse sus-sternale en arrière du manubrium en étant dirigé vers le bas pour intercepter un tronçon de l'aorte ascendante proche des valvules sigmoïdes. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit.
Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, au dessin annexé.
La fig. 1 est un schéma synoptique du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de détermination de caractéristiques cardio-vasculaires, objet de l'invention.
La fig. 2 est un schéma anatomique explicatif.
La fig. 3 illustre deux courbes pour l'obtention d'un signal Doppler.
La fig. 4 est un schéma illustrant une phase de traitement du procédé de l'invention.
La fig. 5 illustre de façon schématique un spectre obtenu par transformation de Fourier à partir des signaux Doppler illustrés schématiquement à 1a fig. 3.
La fig. 6 est une courbe illustrative de caractéristiques cardio-vasculaires obtenues selon l'invention en temps réel.
La fig. 7 est une courbe illustrant une représentation tridimensionnelle obtenue selon l'invention.
La fig. 8 illustre la représentation, dite tridimensionnelle, obtenue des caractéristiques cardio-vasculaires déterminées selon l'invention à partir des courbes de 1a fig. 6.
Les fig. 9 et 9a sont des représentations vectorielles illustrant la vitesse des globules sanguins dans un vaisseau pendant un temps d'échantillonnage défini en relation avec 1a fig. 3. Aux fig. 1 et 2, 1 désigne un transducteur pour l'émission de salves de signaux et la réception de signaux Doppler à travers une porte 2 menant à un circuit de traitement 3 de formation de signaux Doppler directionnels, c'est-à-dire tous positifs et compris par exemple entre 0 et 7 KHz.
L'ensemble transducteur 1, porte 2 et circuit 3 est réglé comme l'illustre la fig. 3 pour obtenir tout d'abord des échantillons Doppler, c'est-à-dire que dans des intervalles de temps successifs T, T1 ... Tn, par exemple de 10 -4s, on émet tout d'abord une salve d'impulsions à haute fréquence par exemple à 4 MHz pendant un temps t.
La fréquence des salves d'impulsions est choisie compte tenu de la vitesse approximative connue des globules sanguins, généralement comprise entre 0 et 150 cm/s dans l'aorte ascendante pendant une systole pour que le signal Doppler, c'est-à-dire la différence entre la fréquence émise et la fréquence reçue, soit une fréquence directionnelle comprise de préférence dans les fréquences audibles, par exemple entre 0 et 7 KHz, comme indiqué ci-dessus.
Pour une détermination des caractéristiques cardio-vasculaires au niveau de l'aorte ascendante, on procède comme illustré à la fig. 2. A cette figure, 4 désigne le ventricule gauche du coeur, 5 les valvules sigmoïdes et 6 l'aorte ascendante.
Pour permettre de déterminer les caractéristiques notamment d'accélération, de vitesse et de débit dans la partie amont de l'aorte ascendante, on applique le transducteur 1 au niveau de la fosse sus-sternale 7, c'est-à-dire en arrière du manubrium 8 du patient et on maintient ladite tête 1a pour que son axe soit sensiblement vertical et dirigé vers le bas comme illustré par l'axe 9, afin que ledit axe soit approximativement concentrique à une coupe transversale 10 de la partie de l'aorte ascendante se trouvant à proximité des valvules sigmoïdes. Une étude anatomique peut d'ailleurs être effectuée pour chaque patient concerné avant l'examen au moyen d'une observation échographique permettant de situer la coupe 10 à environ 6 cm de la fosse sus-sternale 7 et, de même, la section aortique au niveau de la coupe 10 est normalement connue par des tables ou facilement déterminée par l'observation échographique.
Lorsque la position de la coupe 10 a été choisie correctement, on règle le temps t1 devant s'écouler entre la fin de la salve d'impulsions à haute fréquence émise pendant le temps t et l'ouverture de la porte 2 permettant de recevoir l'écho Doppler.
Dans la pratique et dans l'exemple considéré de la coupe 10, le temps t1 est par exemple compris entre 60 et 80 μs , la porte 2 demeurant ensuite ouverte pendant un temps t 2 compris par exemple entre 1 et 3 μs. Ainsi que l'illustre la fig. 3, ledit temps t 2 représente le temps d'échantillonnage de la fréquence Doppler.
Dans la pratique et compte tenu des indications numériques données dans ce qui précède, la coupe 10 présente un diamètre d'environ 3 cm et une épaisseur comprise entre 0,75 et 2,25 mm lorsque le niveau auquel l'écho doit être apprécié est distant de 4,5 à 6 cm de la partie émettrice réceptrice de la tête 1a du transducteur.
Le signal Doppler directionnel provenant du circuit 3 est appliqué à un convertisseur analogique numérique 11 destiné à charger alternativement deux mémoires-tampons 12 et 13 qui sont reliées à un calculateur de traitement 14 dans lequel lesdites mémoires-tampons sont déchargées alternativement comme cela est illustré schématiquement à la fig. 4.
Dans le cas de l'exemple numérique énoncé dans ce qui précède, on réalise la conversion analogique numérique de façon que chaque mémoire-tampon 12, 13 reçoive successivement un nombre entier de points, qui soit une puissance de 2 et, de préférence, chaque mémoire reçoit 128 points constituant l'image numérique du signal Doppler correspondant à un laps de temps d'échantillonnage de 5 ms.
Le calculateur de traitement 14 comporte un logiciel de calcul 14a faisant qu'il effectue une transformation de Fourier pour chacune des données rec;ues alternativement de l'une et l'autre mémoires dans des laps de temps d'échantillonnage successifs de 5 ms.
La fig. 5 montre que le calculateur de traitement 14 établit pendant chaque laps de temps de 5 ms un spectre de 64 valeurs de fréquence F et de 64 valeurs d'amplitude A.
Les valeurs des fréquences et des amplitudes ainsi calculées pendant chaque laps de temps de 5 ms sont stockées dans des mémoires 15 d'amplitudes et de fréquences reliées à un ordinateur 16 (fig. 1) qui, dans l'exemple décrit dans ce qui suit, est conçu pour exécuter deux types de calculs et qui peut, par conséquent, être constitué sous la forme d'une unité spécifique à ces seuls types de calculs, ce qui permet de le réaliser sous forme réduite et à relativement bon marché.
L'ordinateur 16 recevant les données des mémoires 15 effectue à partir de chaque spectre conforme à celui de la fig. 5 un calcul de fréquence moyenne en temps réel, c'est-à-dire au fur et à mesure de l'établissement de chaque spectre.
Le calcul des fréquences moyennes correspond à la formule ε (A2.F)
Fmoy = ε A2 Les résultats du calcul ci-dessus permettent de tracer une courbe de fréquences moyennes en fonction du temps, c'est- à-dire une courbe qui est une image dans le temps notamment de l'accélération et de la vitesse du sang au cours de chaque systole au niveau de la coupe 10 de la fig. 2.
Ce qui précède montre que le front avant de chaque impulsion I de la courbe de la fig. 6 correspond à l'accélération que subit le sang au début de la systole, le front avant de ladite courbe étant ainsi une illustration très importante de l'état cardiaque puisque l'accélération que subit le sang dans l'aorte ascendante à proximité des valvules sigmoïdes est une image de la contractilité du muscle cardiaque.
La surface de chaque impulsion I correspond par ailleurs au volume du sang éjecté pendant la systole, ce volume pouvant ainsi être facilement calculé par l'ordinateur 16 qui n'a à effectuer que l'intégrale de chaque impulsion.
Etant donné que la section de l'aorte est également connue comme cela est expliqué dans ce qui précède, le produit de la vitesse par cette section peut également être exécuté facilement par l'ordinateur pour connaître le débit sanguin à chaque systole.
La courbe de la fig. 6 étant une courbe de fréquences en fonction du temps et cette courbe délimitant avec précision les sytoles et diastoles successives, les durées de ces dernières sont également déterminées d'une manière simple.
Comme l'illustre la fig. 1, l'ordinateur 16 est normalement relié à un écran 17 permettant d'afficher en permanence les caractéristiques calculées par l'ordinateur.
Un clavier 18 est associé à l'ordinateur 16 pour permettre à l'opérateur d'emmagasiner en mémoire pendant un temps plus ou moins long, par exemple 5 à 7 secondes, les coordonnées de la courbe de la fig. 6 et de permettre ainsi ensuite de faire un tracé au moyen d'un scripteur 19 des données de la courbe de la fig. 6 qui ont été gelées dans une mémoire pendant le temps choisi ci-dessus. On voit par ce qui précède que, par les moyens décrits, l'invention permet, par exemple à chaque période cardiaque, de connaître le volume sanguin éjecté au cours de la systole, de connaître le temps d'éjection, la vitesse sanguine maximale, l'accélération sanguine maximale et le débit cardiaque, résultats qui permettent à leur tout d'apprécier l'état cardio-vasculaire et notamment les caractéristiques de contractilité du muscle.
Le procédé de l'invention s'étend également à la détermination et à la visualisation des différences de vitesse des glovules sanguins dans le vaisseau étudié en faisant apparaître les résultats obtenus sous la forme d'un tracé tri-dimensionnel qui apparaît ainsi à la manière d'une représentation en relief. Pour cela et comme le montre la fig. 7, les spectres d'amplitudes et de fréquences de la mémoire 15 sont transférés dans l'ordinateur 16 pour y être stockés et traités en temps différés, c'est-à-dire que la succession de données d'amplitudes et de fréquences permet à partir de la courbe selon la fig. 5 de tracer à l'issue de chaque temps d'échantillonnage de 5 ms une premier enveloppe du spectre comme cela est illustré par la courbe E1 de la fig. 7.
L'ordinateur 16 est programmé pour calculer puis tracer ensuite l ' enveloppe E2 du spectre du second temps d ' échantillonnage de 5 ms. Le traçage de la courbe E2 et des suivantes s'effectue selon des coordonnées décalées dans le temps de mesures régulières, images du temps d'échantillonnage de 5 ms comme indiqué à la fig. 7. Le calcul du tracé des courbes E1 , E2 ... En des enveloppes des spectres successifs est réalisé comme le montre la fig. 7 pour que seules apparaissent les parties des enveloppes non cachées par les enveloppes précédentes.
La représentation tridimensionnelle qui est ainsi obtenue et qui est illustrée à la fig. 8 de façon à correspondre au temps T de la fig. 6 fait apparaître de cette manière, suivant l'axe des amplitudes les vitesses vectoreilles, illustrées aux fig. 9 et 9a, des globules sanguins entre les parois aortiques 20 au cours des trois systoles illustrées dans ledit temps T, les mesures selon l'axe des amplitudes A correspondant aux informations données dans la représentation antérieurement connue des variations dans l'échelle des gris.
De la même façon qu'exposé dans ce qui précède, le tracé tridimensionnel décrit est obtenu en agissant sur le clavier 18 de l'ordinateur 16 pour geler dans la mémoire principale de celui-ci les données des spectres successifs à 64 amplitudes et 64 fréquences des mémoires 15 pendant un temps, par exemple d'environ 10 secondes ou davantage, pour permettre ensuite et en temps différé le traçage tridimensionnel sur un laps de temps significatif correspondant par exemple à un cycle respiratoire, ce qui permet ensuite à l'observateur d'apprécier les cycles cardiaques compte tenu des interférences produites sur la circulation aortique dans les cours des cycles respiratoires.
L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation représenté et décrit en détail, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. En particulier, ce qui est décrit dans ce qui précède peut être mis en oeuvre pour la détermination des caractéristiques vasculaires d'autres vaisseaux, notamment d'autres artères.

Claims

Revendications
1 - Procédé pour la détermination de caractéristiques cardiovasculaires par voie externe dans lequel on met en oeuvre l'effet Doppler, caractérisé en ce qu'on détermine la section d'un vaisseau sanguin, en ce qu'on détermine la distance séparant une section sensiblement transversale du vaisseau d'une partie de la surface corporelle du patient, en ce qu'on émet à l'intérieur d'intervalles de temps réguliers des salves d'ultrasons, en ce qu'on recueille l'écho Doppler desdites salves à un intervalle de temps correspondant à la distance séparant la section transversale choisie du vaisseau de la partie de la surface corporelle du patient, en ce qu'on convertit les échos successivement recueillis en signaux Doppler directionnels, en ce qu'on convertit lesdits signaux Doppler directionnels en signaux numériques, en ce qu'on mémorise alternativement un nombre de signaux numériques qui est une puissance de 2 pendant des intervalles de temps d'échantillonnage successifs de courte durée, en ce qu'on traite alternativement par transformation de
Fourier et en temps réel les signaux numériques mémorisés pour établir un spectre de fréquences et d'amplitudes correspondant à chaque temps d'échantillonnage, et en ce qu'on calcule la fréquence moyenne
Fmoy = ε(A2. F) ε A2 pour obtenir une courbe fonction du temps dont chaque alternance positive est l'image d'une systole.
2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on mémorise pendant un temps significatif, de l'ordre de plusieurs secondes, les points de la courbe de fréquence moyenne, en ce qu'on trace la courbe obtenue à partir desdits points, en ce qu'on intègre la surface les alternances successives de la courbe pour déterminer le volume sanguin, en ce qu'on multiplie ladite vitesse par la section du vaisseau examiné pour faire apparaître le débit cardiaque soit au cours de chaque systole successive/ soit à l'issue d'un autre laps de temps choisi et en ce qu'on lit la pente du front avant des alternances pour déterminer l'accélération sanguine, reflet de la contractilité cardiaque.
3 - Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on mémorise les spectres successifs des amplitudes et des fréquences obtenus au cours de chaque temps d'échantillonnage, en ce qu'on détermine les envelop- pes des spectres successifs et en ce qu'on trace les enveloppes des spectres successifs de manière décalée le long de l'axe des temps à des intervalles correspondant au temps d'échantillonnage de chacun d'eux et de façon que seule la partie visible de l'enveloppe d'un nouveau spectre reste apparente par rapport à l'enveloppe des spectres précédents, de sorte qu'on obtient une représentation tridimensionnelle pour chaque systole en faisant apparaître la durée, le temps d'éjection, la vitesse sanguine, l'accélération sanguine et la différences de vitesses des globules sanguins dans la partie examinée du vaisseau.
4 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte un transducteur (1) pour l'émission de salves d'ultrasons à intervalles de temps réguliers et pour la réception d'échos Doppler à fréquence audible en résultant, un circuit directionnel pour l'obtention de signaux Doppler directionnels, un convertisseur analogique numérique relié au circuit Doppler directionnel, deux mémoires (12, 13) reliées au convertisseur analogique numérique et recevant alternativement un nombre de points significatifs images du signal Doppler directionnel, un calculateur relié aux deux mémoires- tampons et traitant successivement les données illustratives des points emmagasinés dans lesdites mémoires-tampons pour la formation d'un spectre d'amplitudes et de fréquences illustrant respectivement la moitié des points significatifs emmagasinés à chaque fois dans chacune des mémoires-tampons, une première mémoire (15) pour emmagasiner les amplitudes et fréquences caractéristiques du spectre et un ordinateur (16) relié à ladite mémoire (15) pour effectuer au moins le calcul
Fmoy = ε (A2.F) ε A2 et transmettre le résultat dudit calcul à un moyen d'affichage
(17).
5 - Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'ordinateur (16) comporte un clavier (18) pour la commande du stockage d'un nombre déterminé de données successives correspondant à la fréquence moyenne
Fmoy = ε(A2.F) εA2 pendant une durée significative de l'ordre de 5 à 10 s et des moyens de traçage (19) d'une courbe à partir desdites fréquences Fmoy calculées.
6 - Dispositif suivant l'une des revendications 4 et 5, caractérisé par des moyens pour mémoriser dans l'ordinateur les spectres successifs obtenus au cours des temps d'échantillonnage successifs correspondant au nombre de points emmagasinés alternativement dans chacune des mémoires (12, 13), par des moyens pour déterminer l'enveloppe (E1, E2 ... En) des spectres successifs et par des moyens pour tracer la partie visible des enveloppes (E2 ... En) successives à des intervalles distants les uns des autres pour faire apparaître une courbe tridimensionnelle.
7 - Dispositif suivant l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le convertisseur analogique numérique (11) est relié à deux mémoires-tampons emmagasinant chacune successivement 128 points caractéristiques en un laps de temps d'échantillonnage de 5 ms.
8 - Dispositif suivant l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le calculateur (14) relié aux deux mémoirestampons (12, 13) est piloté pour effectuer à partir des 128 points reçus chaque 5 ms successivement de l'une et l'autre mémoires-tampons un spectre de 64 amplitudes et
64 fréquences à partir desquelles est calculée la fréquence
Fmoy = ε (A2.F) ε A2
9 - Dispositif suivant l ' une des revendications 4 à 8 , caractérisé en ce que le tracé des enveloppes successives (E1,
E2 ... En) est effectué tous les 5 ms.
10 - Dispositif suivant l'une des revendications 4 à 9,caractérisé par une porte réglable prévue dans la tête (1a) du transducteur (1) pour régler le laps de temps ( t1 ) s'écoclant entre la fin de l'émission de la salve d'ultrasons et le début de la réception de l'écho Doppler (t2) .
11 - L'application du procédé et du dispositif de l'une des revendications 1 à 9 à la détermination des caractéristiques cardio-vasculaires de l'aorte ascendante dans laquelle le transducteur est disposé contre la fosse sussternale en arrière du manubrium en étant dirigé vers le bas pour intercepter un tronçon de l'aorte ascendante proche des valvules sigmoïdes.
12 - L'application de la revendication 11 dans laquelle la salve d'ultrasons est émise à 4 MHz pendant un temps t, la porte (2) étant réglée pour que l'écho Doppler soit reçu un temps t1 égal à 60 à 80 μs après la fin de la salve d'impulsions à 4 MHz.
13 - Application des revendications 11 et 12, caractérisée en ce qu ' une salve d'ultrasons et un écho Doppler sont respectivement émis et reçus à l'intérieur d'intervalles de temps réguliers de l'ordre de 10 -4s.
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