Procedimiento para evaluar de manera no invasiva una duración de recorrido y/o una velocidad de propagaciónde señales ultrasónicas entre dos puntos a lo largo de una interfase en un cuerpo,

en particular a lo largo de unasuperficie ósea, en la cual, por medio de emisores (3) y de receptores (4) de ultrasonidos colocados en lasuperficie accesible del cuerpo a lo largo de la interfase a auscultar, y repartidos a lo largo de una láminaadaptadora, se determina para cada uno de los dos sentidos de propagación opuestos a lo largo de la interfasela desviación del tiempo de recorrido hasta al menos dos receptores espaciados a lo largo de la dirección depropagación estudiada, caracterizado porque se utilizan emisores (3) colocados a uno y otro lado de los almenos dos receptores, de modo que los mismos receptores reciben las señales para los dos sentidos depropagación.

Procedimiento y sonda para evaluar de manera no invasiva una duración del recorrido o una velocidad de ultrasonidos a lo largo de una interfase, principalmente ósea.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento para evaluar in vivo y de manera no invasiva la duración de propagación entre dos puntos y/o la velocidad de propagación de una señal ultrasónica a lo largo de una interfase de refracción, en particular de una superficie ósea, así como una sonda y un aparato de auscultación ósea para su realización.

Por señal, se entiende de una manera general cualquier particularidad identificable de o de los modos vibratorios inducidos a lo largo de la interfase por la señal de excitación. Se entiende también, más particularmente la primera señal que llega a los receptores, tras la aplicación de la señal de excitación.

Contexto. Estado de la técnica

Se conoce en la técnica que la propagación de los ultrasonidos en un material depende de las propiedades mecánicas y de la geometría de este material. Así, numerosos dispositivos utilizan la propagación de los ultrasonidos en los huesos, en particular la medida de la velocidad de propagación, con el fin de detectar las modificaciones sufridas por el hueso en el curso de la osteoporosis o de otras patologías óseas de las que se sabe que afectan a la resistencia o la integridad ósea. La mayoría de los dispositivos comerciales utilizan una técnica de propagación denominada transversal, en la cual dos transductores ultrasónicos están dispuestos a un lado y otro del hueso a estudiar; para estudiar la propagación de los ultrasonidos a través del hueso [Patente de Laugier/Berger WO 9526160]. La disposición particular de los captadores inherente a dicha técnica la limita al estudio de los sitios óseos periféricos, tales como el talón, las falanges o el radio distal, que son accesibles a la medida en sus dos caras opuestas. Desde hace muchos años se han propuestos técnicas que permiten el estudio específico del hueso cortical, hueso que no presenta más que una sola cara accesible, aplicables sobre huesos largos, tales como la tibia

o los cuerpos del radio, poniendo en juego la propagación de los ultrasonidos a lo largo de la superficie del hueso [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" Surger y , Gynecol., Obstetrics, 327-332 (1958) ]. La presente invención se refiere en particular a estos fenómenos de propagación a lo largo de la superficie del hueso.

Para la evaluación del hueso in vivo, se sabe que la velocidad de propagación, que depende de las propiedades mecánicas y geométricas del hueso, puede permitir un diagnóstico del estado del hueso [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]. Así se ha demostrado que la medida de la velocidad de una onda ultrasónica (de frecuencia del orden de 1 MHz) propagándose a lo largo de la superficie del hueso cortical del radio permite discriminar una población sana de una población osteoporótica que ha sufrido una fractura de cadera [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) ]. El efecto de los tejidos blandos en este género de técnicas es importante, porque en general el grosor de los tejidos blandos y sus propiedades ultrasónicas no son constantes a lo largo del hueso, lo que puede conducir a estimaciones sesgadas de los parámetros medidos. Pero la medida de la velocidad se basa principalmente en una medida del tiempo de recorrido de la onda ultrasónica entre un emisor y un receptor colocados a una cierta distancia uno del otro sobre la piel. Ahora bien, este tiempo de recorrido está afectado por el trayecto de la onda en los tejidos blandos situados por un lado entre el emisor y el hueso, y por otro entre el hueso y el receptor.

Anterioridades

Patentes que desprecian el efecto de los tejidos blandos.

Las patentes SU1175435, SU1308319 y SU1342479 describen métodos de medida de la velocidad de propagación a lo largo de la superficie del hueso, de la primera onda que alcanza sucesivamente varios receptores, utilizado los tiempos de llegada a los receptores y conociendo las posiciones de los receptores.

Las patentes SU1175435 y SU1308319 utilizan una red lineal de transductores, con un elemento emisor y una sucesión de varios elementos receptores igualmente repartidos a lo largo de una barrita. El grosor de los tejidos blandos es considerado constante o despreciable.

La patente SU1342479 utiliza un emisor y dos receptores, y calcula la velocidad del grupo conociendo la distancia entre los dos receptores. El grosor de los tejidos blandos se supone constante.

Patentes que tiene en cuenta el efecto de los tejidos blandos.

Las patentes y solicitudes de patentes US5143072, US5143069, WO9713145 y WO 9945348 describen métodos de medida de la velocidad de propagación a lo largo de la superficie del hueso no teniendo en cuanta más que la primera onda que llega a los receptores, utilizando los tiempos de llegada a los receptores y conociendo las posiciones de los receptores. Estos métodos utilizan dispositivos con uno o dos emisores y uno o dos receptores.

La patente US5143072 enseña cómo calcular la velocidad a partir de las diferencias de tiempos de llegada de la primera onda que llega a los 2 receptores, conociendo la distancia entre los receptores. La emisión no se produce más que cuando la superficie de la sonda es bien paralela a la superficie del hueso, con el fin de tener un grosor constante de los tejidos blandos. El sistema analiza el paralelismo sonda/hueso para tiros en reflexión sobre la superficie del hueso. Para este fin, el dispositivo utiliza en modo ecográfico los elementos receptores utilizados para la detección de la onda que se propaga en el hueso.

La patente US5143069 enseña cómo utilizar un emisor y dos receptores y cómo calcular una función de correlación de las primeras señales detectadas al nivel de los dos receptores del dispositivo, lo que conduce a separar la energía propagada en los tejidos blandos y la energía propagada en el hueso, así como la medida de una velocidad en el hueso.

La solicitud de patente WO9713145 enseña cómo corregir el efecto de los tejidos blandos por medida de la velocidad en los tejidos blandos y del grosor de los tejidos blandos en la zona de recepción, utilizando los trayectos de ondas en modo ecográfico que no implican el hueso por un lado y los trayectos de ondas a lo largo de la superficie del hueso por otro lado.

La solicitud de patente WO9945348 enseña cómo tener en cuenta el efecto de los tejidos, resolviendo un sistema de ecuaciones obtenido a partir de cuatro caminos de propagación diferentes. La solución de este sistema de ecuaciones da la velocidad de propagación en los tejidos blandos, el grosor de los tejidos blandos y la velocidad de propagación en el hueso.

Un método de dos tiros a partir de puntos opuestos y en sentidos opuestos a lo largo de la superficie de estudio es conocido por los geofísicos que lo utilizan para determinar la profundidad y la inclinación de una interfase subterránea, así como la velocidad a lo largo de esta interfase, conociendo la velocidad de propagación en el medio situado por encima, midiendo el tiempo de propagación entre emisor y receptor [J.L Mari, Géophysique de gisement et de génie civil, Editions Technip, Publications de l’Institut Français du Pétrole) . Estas medidas se realizan en distancias de varios metros a algunos centenares de metros, con ondas de baja frecuencia del orden de 1 Hz a algunas decenas de Hz para interfases situadas a gran profundidad.

La patente SU1420383 enseña cómo medir la velocidad a partir de dos grupos de transductores ultrasónicos por tiros en dos sentidos opuestos a lo largo de la superficie del hueso, pudiendo los dos grupos de transductores ser a su vez emisores y receptores. Cuando se producen los tiros en los dos sentidos las zonas de recepción son distintas en cada uno de los tiros. La variación de los tejidos... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para evaluar de manera no invasiva una duración de recorrido y/o una velocidad de propagación de señales ultrasónicas entre dos puntos a lo largo de una interfase en un cuerpo, en particular a lo largo de una superficie ósea, en la cual, por medio de emisores (3) y de receptores (4) de ultrasonidos colocados en la

superficie accesible del cuerpo a lo largo de la interfase a auscultar, y repartidos a lo largo de una lámina adaptadora, se determina para cada uno de los dos sentidos de propagación opuestos a lo largo de la interfase la desviación del tiempo de recorrido hasta al menos dos receptores espaciados a lo largo de la dirección de propagación estudiada, caracterizado porque se utilizan emisores (3) colocados a uno y otro lado de los al menos dos receptores, de modo que los mismos receptores reciben las señales para los dos sentidos de

propagación.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque los dichos al menos dos receptores (4) forman una fila según la dirección (Ox) de propagación y están alargados transversalmente a la dirección de propagación estudiada, estando sensiblemente equidistantes a lo largo de dicha dirección.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la velocidad de propagación de la señal a lo 15 largo de la interfase se calcula de manera aproximada por la fórmula:

en la cual Vosa0 es el valor aproximado de la velocidad de propagación de la señal, ºr es la distancia entre los +

dos receptores, y C son, para cada sentido de propagación, respectivamente, la desviación del tiempo de recorrido de la señal hasta los dos receptores.

4. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque cuando se utiliza una fila de receptores (41) en número superior a 2, se procede a los cálculos siguientes:

- se determina para cada sentido de propagación la pendiente de una recta representativa de los tiempos de recorrido de una señal en función de la posición de los receptores a lo largo de la fila;

- se determina la velocidad aproximada de la señal en el hueso con la fórmula:

en la cual 1/V+ = pendiente de la curva sensiblemente rectilínea del tiempo de recorrido de la señal en función de la posición del receptor en la fila en un sentido de propagación; 1/VC = pendiente de la curva sensiblemente rectilínea del tiempo de recorrido de la señal en función de la 30 posición del receptor en la fila en el otro sentido de propagación.

5. Procedimiento según la reivindicación 3 o 4, caracterizado porque se incrementa la precisión de la determinación de la velocidad de propagación de la señal por al menos una iteración que comprende los tres cálculos siguientes, en los cuales k representa el rango de la iteración:

a) evaluación Pk del ángulo P según el cual la señal atraviesa el medio separador situado entre la interfase y los 35 receptores por la fórmula:

en la cual: Vtme = velocidad supuesta de la señal en el medio separador;

Vosa (k-1) = última velocidad estimada de la propagación a lo largo de la interfase;

b) evaluación Ok del ángulo de inclinación (a) de la interfase con respecto a la fila de receptores en función del ángulo Pk obtenido en la etapa (a) :

c) determinación del nuevo valor aproximado de la velocidad de propagación

Vosak = Vosa0 COSOk

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque para cada sentido de propagación

+

se determina dicha desviación de tiempo de recorrido obteniendo la diferencia (º , C) entre el tiempo de recorrido de al menos una primera señal hasta un primero de los al menos dos receptores, y el tiempo de recorrido de al menos una segunda señal hasta un segundo de los al menos dos receptores.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque las señales están separadas por interrupciones.

8. Procedimiento según la reivindicación 6 o 7, caracterizado porque para cada señal se activa un solo receptor (4) .

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque se utilizan receptores (4) que tienen entre ellos una distancia que está comprendida entre aproximadamente 100 μm y aproximadamente 1 cm.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque se utiliza una señal cuya semilongitud de onda en el agua (Ae/2) corresponde aproximativamente a la dimensión de cada receptor (41) en la dirección de propagación estudiada (Ox) .

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque para un mismo sentido de propagación se utilizan al menos dos emisores (3) que se sincronizan para emitir en concordancia espacial de fase.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque se utilizan receptores unidos (4) entre sí de manera sensiblemente fija en una sonda (21) .

13. Procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado porque se calibra la sonda (21) procediendo a una medida previa de la desviación del tiempo de recorrido de las señales hasta detectores sucesivos, en los dos sentidos, a lo largo de una interfase de referencia colocada paralelamente a la dirección media de alineamiento de los receptores, calculando después la distancia ºr entre dos receptores en función de la velocidad de

+

propagación conocida Vcal a lo largo de la interfase y de las desviaciones de tiempos y C en los dos sentido +

de propagación por la fórmula ºr º Vcal (º + ºC) /2.

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque se aplica a la determinación de la velocidad de la primera señal recibida en respuesta a una señal emitida.

15. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque se aplica para liberar de la deformación temporal debida al medio separador, una imagen espacio-temporal de las señales recibidas por al menos dos detectores en respuesta a una señal emitida.

16. Sonda de ultrasonidos para la auscultación ósea para la realización de un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 15, que comprende emisores (3) y receptores (4) de ultrasonidos, repartidos a lo largo de una lámina adaptadora, caracterizada porque los emisores (3) están colocados en dos zonas de emisión (1) situadas a un lado y otro de una zona de recepción (2) donde se encuentran los receptores (4) de modo que los mismos receptores reciben las señales para los dos sentidos de propagación.

17. Sonda según la reivindicación 16, caracterizada por una barrera (11) absorbente para los ultrasonidos entre la zona de recepción (2) y cada una de las zonas de emisión (1) .

18. Sonda según la reivindicación 17, caracterizada porque la barrera (11) es de corcho.

19. Sonda según la reivindicación 17 o 18, caracterizada porque la barrera (11) se extiende sensiblemente hasta una cara (12) para el contacto con el cuerpo del paciente.

20. Sonda según una de las reivindicaciones 18 a 20, caracterizada porque la barrera (11) se extiende hacia atrás, haciendo saliente en un medio trasero (6) que forma un soporte común para los emisores (3) y los receptores (4) .

21. Sonda según una de las reivindicaciones 16 a 20, caracterizada porque en cada zona de emisión (1) hay varios emisores (3) alineados según la dirección de propagación.

22. Sonda según una de las reivindicaciones 16 a 21, caracterizada porque con los emisores (3) y los receptores

(4) piezo-eléctricos cada zona está encuadrada por dos elementos (8) unidos a la masa.

23. Sonda según una de las reivindicaciones 16 a 22, caracterizada porque cada emisor (3) y/o cada receptor (4) es un elemento alargado transversalmente en la dirección de propagación estudiada.

24. Sonda según la reivindicación 23, caracterizada porque cada elemento (3, 4) presenta paralelamente a la dirección de propagación una anchura comprendida entre aproximadamente 100 μm y aproximadamente 1 cm.

25. Sonda según la reivindicación 23, caracterizada porque cada elemento (3, 4) presenta paralelamente a la dirección de propagación una anchura poco más o menos igual a la semilongitud de onda en el agua para la frecuencia ultrasónica utilizada.

26. Sonda según una de las reivindicaciones 16 a 25, caracterizada porque al menos para la zona de recepción (2) , los elementos son múltiples en sucesión lado a lado.

27. Aparato para evaluar in vivo y de manera no invasiva las propiedades mecánicas de un hueso, caracterizado porque comprende:

- una sonda (21) según una de las reivindicaciones 16 a 26,

- medios de mando de emisión (26, 46, 38, 41) para mandar de manera desplazada en el tiempo al menos una señal ultrasónica a partir de cada zona de emisión (1) , en un sentido de propagación respectivo hacia la zona de recepción (2) ,

- medios para determinar para al menos dos receptores y para cada sentido de propagación una desviación de

+

tiempo de recorrido respectiva (º , ºC) hasta estos dos receptores determinados, y

- medios (26) para calcular en función de las dos desviaciones de tiempo de recorrido una duración de propagación aproximativa ( 0, 1, ..., º K) comprendida entre las dos desviaciones de tiempo de recorrido o una velocidad de propagación aproximativa (Vosa0, 1, ...k) correspondiente.

28. Aparato según la reivindicación 27, caracterizado porque los medios de cálculo (26) emplean las etapas definidas en una de las reivindicaciones 3 a 5.

29. Aparato según la reivindicación 27 o 28, caracterizado porque para cada sentido de propagación, los medios de mando provocan la emisión de señales sucesivas separadas por una interrupción, y están previstos medios de activación selectiva (38, 42) para activar uno respectivo de los al menos dos receptores (4) para cada señal, y desactivar el otro, respectivamente, de los dos receptores, y los medios para determinar la desviación del tiempo son medios para determinar la diferencia entre los tiempos de recorrido de las dos señales, cada una entre la zona de emisión activada (1) y el receptor (4) respectivamente activado.

30. Aparato según una de las reivindicaciones 27 a 29, caracterizado porque cada zona de emisión (1) comprende al menos dos emisores (3) , y los medios de mando de emisión (26, 46, 38, 41) está concebidos para activar selectivamente los emisores y para sincronizar en concordancia espacial de fase al menos dos emisores (3) situados en una misma zona de emisión (1) .

31. Aparato según una de las reivindicaciones 27 a 30, caracterizado porque comprende un secuenciador (38) que pilota de manera coordinada por un lado la selección de los emisores (3) y el calado temporal de las señales emitidas, y por otro lado medios colectores (37) en lo que concierne a los receptores (4) para activar y respectivamente para desactivar a continuación de cada emisión.