EP4322833A2 - Méthode de caractérisation de la vibration d'une surface - Google Patents

Méthode de caractérisation de la vibration d'une surface

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EP4322833A2
EP4322833A2 EP22723389.7A EP22723389A EP4322833A2 EP 4322833 A2 EP4322833 A2 EP 4322833A2 EP 22723389 A EP22723389 A EP 22723389A EP 4322833 A2 EP4322833 A2 EP 4322833A2
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EP
European Patent Office
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vibration
signal
individual
point
incident
Prior art date
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Application number
EP22723389.7A
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German (de)
English (en)
Inventor
Ros-Kiri ING
Mathias Fink
Thomas Similowski
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Assistance Publique Hopitaux de Paris APHP
Institut National de la Sante et de la Recherche Medicale INSERM
Ecole Superieure de Physique et Chimie Industrielles de Ville de Paris ESPCI
Sorbonne Universite
Universite Paris Cite
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Assistance Publique Hopitaux de Paris APHP
Institut National de la Sante et de la Recherche Medicale INSERM
Ecole Superieure de Physique et Chimie Industrielles de Ville de Paris ESPCI
Sorbonne Universite
Universite Paris Cite
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Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Assistance Publique Hopitaux de Paris APHP, Institut National de la Sante et de la Recherche Medicale INSERM, Ecole Superieure de Physique et Chimie Industrielles de Ville de Paris ESPCI, Sorbonne Universite, Universite Paris Cite filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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Pending legal-status Critical Current

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    • A61B2562/00—Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02—Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0204—Acoustic sensors
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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2576/00—Medical imaging apparatus involving image processing or analysis
    • A61B2576/02—Medical imaging apparatus involving image processing or analysis specially adapted for a particular organ or body part

Definitions

  • the invention relates to a method for characterizing the vibration of a surface, in particular a surface of the bust of an individual.
  • Visual observation includes looking for an increase in respiratory rate or a change in the "ventilatory profile", i.e. the respective duration of inspiration and expiration, and looking for 'paradoxical abdominal breathing', i.e. abdominal deflation on inspiration when one should observe an expansion synchronous with that of the thorax.
  • the examination of the transmission of vibrations and sounds at the level of the thorax corresponds to the examination of the "vocal fremitus" (tactile) which consists of palpating the chest wall to detect changes in the intensity of the vibrations generated by certain vocalizations or a constant voice, and thus identify a pathology affecting the underlying pulmonary system. For example, the influence of pleurisy on the inhomogeneity of vocal vibrations reaching the surface of the thorax has been observed.
  • This examination can be carried out in two ways.
  • the second possible examination is auscultation, using a stethoscope placed on the patient's chest, of the sound produced by the circulation of air in the patient's bronchi and lungs, and the search for noises abnormal.
  • the examination of the thorax provides a first approach before a final diagnosis by observing hyperventilation and detecting pulmonary condensation using percussion or auscultation.
  • this examination has certain limitations because it only highlights very flagrant anomalies.
  • this examination is very dependent on the experience of the observer and does not allow any recording, transmission or a posteriori re-analysis of the data.
  • the ventilatory profile of an individual is a fine and easily disturbed phenomenon. The simple touch of the doctor's hand or the stethoscope can impact the results of the examination.
  • the doctor can resort to chest imaging by scanner.
  • This examination makes it possible to complete the data of the clinical examination, and in particular to visualize images of "frosted glass” and "condensations" in patients suspected of having a COVID19 infection.
  • the aim of the invention is in particular to overcome these drawbacks of the prior art.
  • the aim of the invention is to provide a method for the fine detection and characterization of vibrations at the surface of the body of an individual without contact with said individual.
  • the subject of the invention is a method for characterizing the vibration of a surface of the bust of an individual, in particular with the aim of establishing a diagnosis of a pathology affecting the respiratory system, said method comprising: a) the generation of an incident vibration of the respiratory system of the individual, said incident vibration being characterized by a signal Sp r having at least a frequency of 20 to 5000 Hz, for obtaining resulting vibrations at the level of a surface S of the individual's chest following the propagation of the incident vibration from the respiratory system to the surface S, said surface S having an area of at least 10 cm 2 and being characterized by a plurality of points Pi, b) measuring the oscillation of each point Pi using a measuring device and obtaining the signal Sp i of the resulting vibration at each of the points Pi, said measuring device being placed at a distance from the bust of said individual, and c) the characterization of each signal Sp i at the frequency or frequencies of the signal Sp r : - by the analysis over a given time of at
  • the inventors discovered unexpectedly that it was possible to obtain precise and relevant data for establishing a diagnosis of a disease affecting the respiratory system of an individual, without contact with said individual and without exposing the patient/individual to radiation. This is made possible by the generation of an incident vibration at the level of his respiratory system and the study of the transformation of this vibration following its propagation to a surface of the bust of the individual.
  • the method according to the invention allows a complete study of the bust of the individual by establishing two or three-dimensional (2D or 3D) vibratory maps on which can be represented one or more parameters p of the resulting vibrations or the dynamics of evolution of these parameters.
  • mammals By “individual”, it is understood in the invention a mammal, in particular a human.
  • bust it is understood in the invention the upper front, rear and side parts of the body of an individual starting from the waist, or above the lower limbs, and arriving up to the top of the neck, excluding upper limbs.
  • the bust thus includes the abdominal part, the thoracic part and the neck of an individual.
  • respiratory system any organ belonging to the respiratory system, in particular the larynx, the trachea, the main, segmental and lobar bronchi, the alveoli, the bronchioles, the right and left lungs and the diaphragm.
  • Pulthology affecting the respiratory system means any pathology that alters the structure and/or functioning of the respiratory system. These pathologies include respiratory pathologies proper as well as cardiac and neuromuscular pathologies affecting the respiratory system.
  • the first step of the method of the invention concerns the generation of an incident vibration at the level of the respiratory system.
  • the vibration of the respiratory system is forced at one or more determined frequencies.
  • the incident vibration is characterized by a signal Sp r having at least a frequency of 20 to 5000 Hz, in particular from 40 to 2500 Hz, in particular from 60 to 1000 Hz.
  • a lower limit of 60 Hz and more is preferred. Indeed, such a low limit makes it possible to greatly reduce the parasitic vibrations due to the self-induced vibration of certain parts of the body, such as the heart, the blood network, the muscles, etc.
  • the frequency profile of the incident vibration can be static or evolve over time.
  • the signal Sp r can have a single frequency which is modified over time, in particular at regular intervals.
  • the signal Sp r can have several frequencies which can each be modified over time, in particular at regular intervals.
  • a multi-frequency incident vibration makes it possible to refine the analysis of the resulting vibrations and therefore to provide more relevant data with a view to establishing a diagnosis. Indeed, some pathologies are more sensitive to a particular range of frequencies, and generating more frequencies thus makes it possible to cover more pathologies.
  • the frequency range of the incident vibration used in the invention corresponds to that of a human voice.
  • the incident vibration can be generated either by a device or by the individual himself, for example by vocalizations.
  • the incident vibration can be generated by: i) a device generating vibrations in an acoustic tube, in particular the tip of which is inserted into the oral cavity of said individual, or ii) a vibrating device placed against a surface S g of the body of the individual, in particular of the bust, the surfaces S g and S being opposite to each other with respect to the bust of the individual, or iii) a vibration of the vocal cords of said individual.
  • said device used can be any means generating a vibration and in particular a loudspeaker or a compressor.
  • the vibration generated is passed through an acoustic tube so that it is transported to the respiratory system.
  • the tip of the acoustic tube is inserted into the oral cavity of the individual, or even into the trachea of the latter.
  • This system is particularly advantageous in the case where the individual is not able to generate sounds, or else generates sounds of too low an amplitude for a precise study of the resulting vibrations at the level of the surface of the bust.
  • this system has the advantage of generating a vibration at one or more determined frequencies, and distributing it directly to the respiratory system through the acoustic tube. The incident vibration thus generated by the device is very little transformed when it reaches the respiratory system and is almost identical to that of the respiratory system. The resulting vibrations are therefore little or not noisy and their analysis is directly relevant.
  • said device used can also be any means generating a vibration, and in particular a loudspeaker, a vibrating pot or a pneumatic hammer.
  • the incident vibration will start from the surface S g , propagate through the body, cross the respiratory system, until it reaches the surface S, possibly the opposite.
  • This system is also well suited in the case where the individual is not able to generate sounds, or generates sounds of too low an amplitude for a precise study of the resulting vibrations at the level of the surface of the bust.
  • This system has the advantage of generating a vibration at one or more determined frequencies.
  • the resulting vibrations obtained are the product of a double transformation: the transformation of the vibration generated up to the respiratory system and the transformation of the incident vibration (that coming from the respiratory system) up to the surface of the bust resulting in the resulting vibrations.
  • This system therefore involves interference due to the first transformation, and in particular possible processing of the resulting vibrations to remove this interference.
  • the individual himself who will generate the vibration of the respiratory system, by the vibration of his vocal cords.
  • This alternative has the advantage of not requiring any ancillary equipment, which reduces the costs of implementing the invention.
  • the vibration of the individual's vocal cords can be simple or complex vocalization, singing or speech.
  • this aspect of the invention has the advantage of generating a vibration directly distributed to the respiratory system.
  • the vibrations generated and the incident vibration are almost identical, even identical, and the resulting vibrations are only the result of the transformation of the incident vibration from the respiratory system to the surface of the bust. The resulting vibrations are therefore little disturbed and their analysis is simplified and directly relevant.
  • simple vocalization it is understood in the invention a monotonic sound pronounced by the individual, such as the continuous pronunciation of the phoneme "A”, of any other vowel.
  • a simple vocalization therefore presents a narrow frequency band, of the order of 4 to 10 Hz, centered on the fundamental frequency.
  • complex vocalization it is understood in the invention a nuanced sound, such as the pronunciation of the word “thirty-three”. A complex vocalization then presents a wider frequency band, greater than 10 Hz, centered on the fundamental frequency.
  • Singing and speech correspond to a nuanced sound.
  • the fundamental is generally around 100 Hz for a man and 150 Hz for a woman.
  • the frequency band retained is that around the fundamental, as will be seen later.
  • the signal Sp r of the incident vibration is not known and must be determined. This determination can be made by any means.
  • obtaining the signal Sp r of the incident vibration during step b) is carried out by measuring - sound coming out of the mouth of the patient/individual, in particular using at least one microphone, or - the vibration of the lips or the trachea of the patient/individual, in particular using the measuring device used in step b).
  • the latter can for example be arranged around the mouth of the individual, in particular in front of his mouth.
  • the microphone(s) can be placed at the level of the measurement device or else correspond to those used for measuring the oscillations of the Pi points.
  • the microphone(s) can be topped with an exponential horn in order to increase their directivity and sensitivity.
  • the aperture of the microphone(s) is at least equal to 0.5 mm millimeters. If necessary, a deflector can be positioned in front of the individual's mouth to attenuate the sound waves going towards the microphone(s) and thus avoid saturating them.
  • the latter can be determined using the various methods mentioned below to measure the oscillation of the Pi points.
  • the incident vibration Once the incident vibration is generated, it will propagate through the entire respiratory system until it reaches the surface of the chest in the form of resulting vibrations. During its journey, the incident vibration will be transformed according to the different media crossed. In particular, its amplitude can be modified. The celerity of the vibration can also be affected and there then appears a delay or a phase shift between the resulting vibration and the incident vibration. The incident vibration will therefore be broken down into a multitude of resulting vibrations with different characteristics, each resulting vibration being characteristic of the part of the respiratory system that the incident vibration will have crossed. Thus, the study of these resulting vibrations provides a wealth of information on the state of the media crossed (dense, soft, presence of hollows, etc.) allowing the establishment of a diagnosis.
  • This surface S has an area of at least 10 cm 2 and is characterized by a plurality of points Pi.
  • the surface S covers the part of the bust of interest to establish a diagnosis, i.e. it covers the part of the respiratory system for which one wishes to study the resulting vibrations.
  • the area of the surface S is thus adapted to the desired study.
  • this surface may correspond to the surface of the front part of the thorax, to that of the rear part, to those of one or other of the lateral parts of the thorax, to that of the front or rear part of the neck, to that of the front or back part of the abdomen, or to any combination of these surfaces.
  • the surface S can also correspond to the entire surface of the individual's bust.
  • the surface S can be composed of one or more discontinuous surfaces.
  • the surface S can for example correspond to that of the front part of the neck and to that of the front part of the thorax covering the right lung.
  • Each point Pi on the surface S represents a point on the surface of the bust where the signal Sp i of a resulting vibration will be studied.
  • the surface S may comprise at least 5 points Pi per 10 cm 2 , in particular at least 10 points Pi per 10 cm 2 .
  • the determination of the signal Spi at each point Pi is carried out by measuring the oscillation of the surface of the bust at each point Pi.
  • the measuring device is advantageously placed at a distance from the individual, and its use does not include any direct contact with the individual.
  • This aspect of the invention is particularly interesting in the context of an infectious pathology such as COVID19, where any contact with the patient can lead to an infection of the operator by the patient carrying the agent responsible for the pathology.
  • the measuring device used in the invention can illuminate each point Pi with waves, then analyze the signal of the waves reflected on the surface S.
  • each signal Sp i is a lane-forming signal.
  • the oscillation at each point Pi can be determined by successively taking images.
  • the measurement of the oscillation of each point Pi in step b) is carried out by means of the reflection of ultrasonic waves on said surface S, by means of the reflection of electromagnetic waves on said surface S or by tapping successive images of said surface S.
  • the measuring device may comprise an array of ultrasonic wave emission transducers and an array of reception transducers (or microphones) of ultrasonic waves.
  • the measuring device may be that described in the document in the document WO2018015638.
  • the measuring device may comprise a 3D camera which additionally provides a 3D image corresponding to the x y z coordinates in the space of points, in particular points Pi, of a surface of the bust, in particular the surface S, of the individual . This 3D camera makes it possible in particular to position said surface at a desired distance from the measuring device or to complete the data collected in the context of the diagnosis of a pulmonary pathology, for example for individuals suffering from chronic obstructive pulmonary disease (COPD).
  • COPD chronic obstructive pulmonary disease
  • the ultrasonic reception transducers can be used to obtain the signal Sp r of the incident vibration by measuring the sound leaving the mouth of the patient/individual, as seen above.
  • the determination of the Spi signals in the context of the reflection of ultrasonic waves can be carried out by the method described in the document WO2018015638.
  • the measuring device can be a radar or laser system.
  • the measuring device carries out a series of measurements at a rate greater than at least twice the value of the highest frequency of the signal Sp r .
  • the cadence can be greater than at least twice the frequency of the fundamental.
  • the rate may be at least 300 measurements taken per second, in particular at least 500 measurements taken per second, in particular at least 600 measurements taken per second.
  • the duration of the measurement of the oscillation of each point Pi corresponds at least to that of the duration of generation of the incident vibration.
  • the data can then be segmented over shorter durations when it is the evolution of the dynamics of at least one parameter p that is studied.
  • the measurement of the oscillations at each point Pi can in particular begin upstream of the generation of the incident vibration, so as to observe the modifications of oscillation of the points Pi generated by the appearance of the resulting vibrations.
  • each point Pi When the oscillation of each point Pi is measured by means of the reflection of ultrasonic waves, it can be excluded from the remainder of the method the points Pi (and their signals) having too low a coherent reflectivity, in particular a lower coherent reflectivity at 0.1.
  • the coherent reflectivity parameter is representative of the error in determining the speed of movement of the surface S.
  • all of the points Pi can be illuminated under circumstances fault, i.e. without incident vibration. Then it can be correlated for each point Pi the signal s(t) measured over a time t with that of the same point s'(t) measured over a subsequent time t+ ⁇ t.
  • the signals s(t) and s'(t) are measured over a period of, for example, 2 milliseconds. ⁇ t is tiny, of the order of a millisecond or less. Thus, in theory, these signals are almost identical and only a tiny time lag ⁇ separates them.
  • Coherent reflectivity can be calculated as follows: 1- we calculate the Fourier transforms of the signals s(t) and s'(t), i.e. S(f) and S'(f) 2- the two signals s(t) and s'(t) are correlated, ie the product S(f) .
  • S'(f)* 3- the coherent reflectivity is calculated by integrating the real part of the product over the operating frequency band of the measuring device, in particular from 30 kHz to 60 kHz.
  • This step corresponds to the determination of the transformations undergone by the incident vibration, to detect anomalies.
  • the resulting vibrations at each point Pi are analyzed at the frequency or frequencies of the incident vibration.
  • the resulting vibration measured at each point Pi is the sum of multiple vibrations coming from various parts of the body.
  • the parameters p of the signals Sp i it is necessary to exclude the data relating to the frequency or frequencies not corresponding to those of the incident vibration. More particularly, one or more parameters p of the signals Sp i are analyzed.
  • parameter p it is understood in the invention the amplitude of a signal Sp i , a delay or a phase shift or the level of correlation of the signal Sp i with respect to the signal Sp r of the incident vibration.
  • the amplitude of a signal Sp i can in particular be correlated with that of the signal Sp r of the incident vibration.
  • the frequency band used in step c) is around the fundamental.
  • the frequencies of the incident vibration used during step c) correspond to a band of at most 150 Hz around the fundamental frequency of the incident vibration.
  • the frequency band is at most 100 Hz, in particular at most 60 Hz, for example at most 40 Hz.
  • the frequency band can be centered on the fundamental frequency.
  • the analysis of the parameters p of the signals Sp i can be compared at regular intervals. Indeed, the inventors discovered unexpectedly that the evolution over time of the parameters p of the Spi signals provide very relevant data for establishing a diagnosis. Indeed, these data make it possible to establish the dynamics of propagation of the incident vibration.
  • the data relating to the parameters p analyzed can be distributed on a vibration map in two dimensions, or even in three dimensions.
  • the dimensions of these maps can represent the special distribution (2D or 3D) of the points Pi between them.
  • Each point Pi can be assigned a color depending on the value of the parameter(s) p analyzed.
  • the established vibration map makes it very easy to identify areas and values of interest, from which a diagnosis will be established, in particular using a reference vibration map.
  • This reference vibration map can be a map established from a sample of several individuals, in particular healthy or sick individuals, or a map previously established for the individual, in particular before his illness.
  • the or one of the parameters p is the amplitude of the signal Sp i of the resulting vibration.
  • This data is useful for determining what type of medium (dense, soft) the incident vibration has passed through. It should be noted that these amplitude data are raw data which may be interfered with by measurement noise from the oscillations.
  • One way of reducing the noise in the case of a measurement by reflection of ultrasonic or electromagnetic waves is to illuminate the surface S in a homogeneous manner.
  • the or one of the parameters p can be the amplitude of the signal Sp i of the resulting vibration correlated with the incident vibration.
  • step b), or step c) comprises for each point Pi the correlation, at the frequency or frequencies of the signal Sp r , of the signal Sp i with the signal Sp r normalized in amplitude and the determination of the signal amplitude of the resulting vibration correlated with the incident vibration.
  • the data obtained are advantageously less interfered with by noise, and therefore more easily exploitable.
  • This data can be obtained using the following steps: 1- the Fourier transforms of the signal Sp r and of the signal Spi are calculated for each point Pi, which will be denoted Sp r (f) and Sp i (f), 2- we divide the complex spectrum of Sp r (f) by its modulus: Sp r (f)/
  • step b), or step c) comprises for each point Pi the correlation, at the frequency or frequencies of the signal Sp r , of the signal Sp i , in particular normalized in amplitude, with the signal Sp r , in particular normalized in amplitude, and the determination of the delay or the phase shift with respect to the incident vibration at each point Pi.
  • Such data translate a modification of the celerity of the incident vibration, and can indicate the characteristic celerity of the incident vibration in the environments crossed.
  • Delay data can be obtained using the following steps: 1- we calculate the Fourier transforms of the signal Sp r and of the signal Sp i for each point Pi, which we will denote Sp r (f) and Sp i (f), 2- we divide the complex spectra of Sp r (f) and Sp i (f) by their respective moduli: Sp r (f)/
  • Phase shift data can be obtained using the following steps: 1- we calculate the Fourier transforms of the signal Sp r and of the signal Sp i for each point Pi, which we will denote Sp r (f) and Sp i (f), 2- the frequency component(s) of interest is selected, their number rising to M components, and 3- the phase of each complex spectrum is subtracted from the M frequency components: arg(Sp i (f)) - arg(Sp r (f)).
  • step b), or step c) comprises for each point Pi the correlation, at the frequency or frequencies of the signal Sp r , of the signal Sp i normalized in amplitude with the signal Sp r normalized in amplitude and determining the percentage correlation with the incident vibration at each point Pi.
  • This data can be obtained using the following steps: 1- we calculate the Fourier transforms of the signal Sp r and of the signal Sp i for each point Pi, which we will denote Sp r (f) and Sp i (f), 2- we divide the complex spectra of Sp r (f) and Sp i (f) by their respective moduli: Sp r (f)/
  • An intercorrelation of 1 means that the phases of the signals Sp i and Sp r are 100% identical.
  • the dynamics of evolution over a given time of at least one parameter p of the signal SP i of each point Pi is analyzed by the identical sequential division in time of the signal Sp r and of each signal Spi and identical between the signal Sp r and each signal Sp i , then by analyzing at least one parameter p in each sequence of a signal Sp i and comparing the result obtained between each sequence for each signal Sp i .
  • said at least one parameter p analyzed can be compared with a reference value p ref of the same nature and/or the change in said at least one parameter p analyzed can be compared with a change in reference p v ref .
  • the reference value p ref can correspond to a value to be reached, to a value previously obtained at point Pi for the same individual or even to an average value obtained in a population of individuals for this point Pi, in particular a population of individuals healthy or sick.
  • the reference evolution p v ref can correspond to an evolution to be reached, to an evolution previously obtained at point Pi for the same individual or even to an average evolution obtained in a population of individuals for this point Pi, in particular a population d healthy or sick individuals.
  • the invention also relates to a method for characterizing the vibration of a surface of the bust of an individual suffering from a pathology affecting at least one organ belonging to the respiratory system, in particular with the aim of establishing a diagnosis of the response to a therapeutic treatment for said lung disease, said method comprising: a) the characterization of signals Sp i of a plurality of points Pi belonging to a surface S of the individual using the method as defined above, where the surface S covers said at least one organ affected by the pathology pulmonary, and b) comparing said at least one parameter p at each point Pi with a reference value p ref of the same nature and/or comparing the evolution of said parameter p at each point Pi with a reference evolution p vref , said value of reference p ref corresponding to a value to be reached or to the value of the parameter p at the point Pi as determined previously, in particular before taking the therapeutic treatment, the said reference evolution p vref corresponding to an evolution to be achieved or to the evolution of the parameter p at the point Pi as
  • FIG. 1A is the spectrogram of the voice around the fundamental of the vocalization uttered by the subject (x-axis: frequencies in Hz; y-axis: time in seconds). The nuance scale is in decibels per Hz.
  • Figure 1B is a 3D cartography of the points Pi forming the study surface of the resulting vibrations where for each point Pi is indicated its coherent reflectivity of the ultrasonic waves used to measure its oscillation (axis x, y and z in meters). The shade scale is in arbitrary units.
  • FIG. 1C is a 3D cartography of the points Pi forming the study surface of the resulting vibrations where, for each point Pi, its amplitude correlated to the voice is indicated.
  • the shade scale is in decibels.
  • FIG. 1D is a 3D cartography of the points Pi forming the study surface of the resulting vibrations where, for each point Pi, the delay relative to the voice is indicated.
  • the nuance scale is in number of time samples with an implemented sampling period of 1/500kHz.
  • FIG. 2A is the voice spectrogram around the fundamental of the vocalization uttered by the subject (x-axis: frequencies in Hz; y-axis: time in seconds). The nuance scale is in decibels per Hz.
  • FIG. 2B is a 3D cartography of the points Pi forming the study surface of the resulting vibrations where, for each point Pi, its amplitude is indicated. The shade scale is in decibels.
  • FIG. 2C is a 3D cartography of the points Pi forming the study surface of the resulting vibrations where, for each point Pi, its amplitude correlated to the voice is indicated.
  • the shade scale is in decibels.
  • Figure 2D is a 3D cartography of the points Pi forming the study surface of the resulting vibrations where for each point Pi the delay with respect to the voice is indicated.
  • the nuance scale is in number of time samples with an implemented sampling period of 1/500kHz.
  • FIG. 2E is a 3D cartography of the points Pi forming the study surface of the resulting vibrations where, for each point Pi, its level of correlation with the voice is indicated.
  • the shade scale is in percentage.
  • FIGS. 3A and 3A' illustrate the surface of the subject studied in the two situations.
  • FIGS. 3B and 3B' are the voice spectrograms around the fundamental of the vocalization pronounced by the subject (x-axis: frequencies in Hz; y-axis: time in seconds). The nuance scale is in decibels per Hz.
  • Figures 3C and 3C' are 3D maps of the points Pi forming the study surface of the resulting vibrations where for each point Pi is indicated its coherent reflectivity of the ultrasonic waves used to measure its oscillation (x, y and z axis in meter).
  • the shade scale is in arbitrary units.
  • the figures 3D and 3D' are 3D maps of the points Pi forming the study surface of the resulting vibrations where, for each point Pi, its amplitude correlated to the voice is indicated.
  • the shade scale is in decibels.
  • FIGS. 3E and 3E are 3D maps of the points Pi forming the study surface of the resulting vibrations where, for each point Pi, the delay relative to the voice is indicated.
  • the nuance scale is in number of time samples with an implemented sampling period of 1/500kHz.
  • Element 9 corresponds to the spectrogram of the subject's voice over a period of slightly more than 8 seconds (x-axis: frequencies in Hz; y-axis: time in seconds). The nuance scale is in decibels per Hz.
  • Elements 1 to 8 represent the dynamics of evolution of the amplitude of the signal at each point Pi correlated to the voice.
  • Each element 1 to 8 is a 2D cartography of the points Pi forming the study surface of the resulting vibrations where for each point Pi is indicated its amplitude correlated to the voice.
  • the shade scale is in decibels.
  • Each item 1 to 8 illustrates the result obtained over different measurement times (1: 0-1 sec; 2: 1-2 sec; 3: 2-3 sec; 4: 3-4 sec; 5: 4-5 sec ; 6: 5-6 sec; 7: 6-7 sec; 8: 7-8 sec).
  • the correspondence of the measurement time for each element 1 to 8 with respect to the voice of the subject is represented on element 9.
  • the vibration characterization of an individual's bust was carried out using an ultrasonic imager.
  • This imager comprises an array of 256 ultrasound wave emission transducers (model MA40S4S from Murata) and 256 reception microphones (model FG-23329 from Knowles) of these waves.
  • This network of microphones also allows the reception of the sound emitted by the tested subject.
  • the ultrasonic frequency band used is 30 to 60 kHz.
  • Microphone pre-amplification is 40 dB.
  • Each transmitting transducer and each microphone is fitted with an exponential horn bringing the transmitting aperture of the transmitting transducers to 13 mm and the receiving aperture of the microphones to 13 mm.
  • the sampling of the reception signal and the voice of the test subject is 600 Hz.
  • the sampling rate is less than 10 ns.
  • the test subject is a healthy subject who is asked to pronounce the vocalization of the phoneme "A" repeated briefly.
  • the resulting vibrations are characterized at the surface of his front bust from the waistband to the lower neck.
  • the spectrogram of the subject's voice is shown in Figure 1A.
  • Figure 1A The spectrogram of the subject's voice is shown in Figure 1A.
  • the frequencies of higher amplitudes are concentrated in the band from 70 to 110 Hz (> 30 dB/Hz).
  • the characterization of the resulting vibrations is carried out on this frequency band.
  • Figure 1B represents the coherent reflectivity of ultrasonic waves on the study surface. The closer the value is to 1, the better the reflectivity of the waves. A reflectivity greater than 0.1 makes it possible to obtain a good interpretation of the signal received by the microphones. Also, the study surface was subsequently restricted to points for which a reflectivity was equal to or greater than 0.1.
  • the signal amplitude of the resulting vibrations correlated to the subject's voice is shown in Figure 1C. As can be seen, the resulting vibrations have a high amplitude at the thoracic level and a weaker one at the level of the abdomen.
  • the test subject is a healthy subject who is asked to pronounce the continuous and sustained vocalization of the phoneme "A".
  • the resulting vibrations are characterized at the surface of her back bust from the waistband to the lower neck.
  • a healthy subject pronounces a simple vocalization of the phoneme "A” in two situations: normal and with a mask stuck on the lower right part of the back (shown in Figures 3A and 3A').
  • This mask less elastic than the skin, simulates an anomaly since it will cause an abnormal vibration of the area it covers.
  • the resulting vibrations are characterized at the surface of her back bust from the waistband to the lower neck.
  • Figures 3B and 3B' represent the spectrogram of the subject's voice in the two situations. These spectrograms are, as expected, almost identical.
  • the frequency band kept for the normal situation is 106 to 117 Hz and the one kept for the anomaly situation is 103 to 114 Hz.
  • Figures 3C and 3C' represent the coherent reflectivity of the study surface. We can see in particular that the zone of good reflectivity (>0.1) is equivalent in the two situations for the same individual. For the characterization of the resulting vibrations, the study surface was subsequently restricted to the points for which a reflectivity was equal to or greater than 0.1.
  • Figures 3D and 3D' represent the amplitude of the vibration signal correlated to the voice. It can be seen here very distinctly that the area covered by the mask has a very reduced amplitude compared to the same area in the normal situation. It is thus demonstrated that the alteration of a vibration zone is highlighted in a distinct manner in the invention, making it possible to arrive at a diagnosis.
  • Figures 3E and 3E' show the delay of the vibration signal relative to the voice. Here also are observed strong differences at the level of the hidden zone. The delay which is almost zero in the normal situation becomes stronger in the case of the cache. Thus, it is also demonstrated that several components of the resulting vibrations are altered by the presence of an anomaly, and well highlighted by the method of the invention.
  • the test subject is a healthy subject who is asked to pronounce the vocalization of the phoneme "A" repeated briefly.
  • the resulting vibrations are characterized at the surface of her back bust from the waistband to the lower neck.
  • Figures 4a and 4b show the dynamics of the amplitude evolution of the signal of the resulting vibrations correlated to the voice. We can see in these figures that the amplitude remains very strong in certain areas, while it decreases or increases in others over time.
  • Example 2 Differentiation of individual s healthy s and patient s affected by b chronic obstructive pulmonary disease (COPD)
  • COPD chronic obstructive pulmonary disease
  • This imager further comprises a 3D camera which simultaneously provides a conventional image and a 3D image (x y z of the points of the surface of the chest of a subject in front of the device).
  • the subject is either a healthy individual or a patient with COPD.
  • the height of the panels of the imager, carrying the network of ultrasound wave emission transducers, is adjusted or adapted to the size of the subject by placing his xiphoid appendage in the middle of the measurement zone.
  • the dimension of this area is 400 mm high by 300 mm wide.
  • the subject is positioned from the front (for a measurement of cardiac movements) or from behind (for a measurement of the vibrations of the lungs from a vocalization) at a distance of between 600 mm and 700 mm, again thanks to the 3D camera.
  • the subject As part of a measurement of cardiac movements, the subject is asked to hold his breath with his lungs full. The subject is then asked to perform a series of ten flexions before the measurement in order to increase the amplitude of the cardiac vibrations.
  • the subject As part of a measurement of the vibrations of the lungs, the subject is asked to inflate his lungs in order to perform a vocalization.
  • the notion of full lungs is achieved by means of a spirometry test repeated three times in order to assess the subject's inspiratory capacity.
  • the purpose of these tests is to train the subject to have the same value of inspiratory capacity three times in a row to within 5%, so when the subject appears in front of the imager, the subject is asked to inflate his lungs to the maximum. of their abilities (as in the spirometry test) before beginning vocalization or holding their breath. This manipulation makes it possible to normalize the volume of air in the lungs of the subjects.
  • the subject is asked to carry out the experiment 3 times in a row using different vocalizations, each corresponding to the phonemes of “A”, “O” and “ZE”. The point of using these different phonemes is to excite different parts of the lungs. The subject is also asked to place the arms in a cross on the torso and to reproduce the same vocalizations.
  • the acquisition frequency of the imager is set to 600 ips (images per second) for men and 1000 fps for women.

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Description

    Méthode de caractérisation de la vibration d’une surface
  • L’invention concerne une méthode de caractérisation de la vibration d’une surface, notamment une surface du buste d’un individu.
  • De nos jours, l’examen du thorax pratiqué par les médecins dans le cadre d’une maladie respiratoire s’articule en deux temps : l’observation visuelle en premier lieu, puis l’examen de la transmission de vibrations et de sons.
  • L’observation visuelle comprend la recherche d’une accélération de la fréquence respiratoire ou d’une modification du « profil ventilatoire », c’est-à-dire la durée respective de l’inspiration et de l’expiration, et la recherche d’une « respiration abdominale paradoxale », c’est-à-dire une déflation abdominale à l’inspiration alors qu’on devrait observer une expansion synchrone de celle du thorax.
  • L’examen de la transmission des vibrations et des sons au niveau du thorax correspond à l’examen du « fremitus vocal » (tactile) qui consiste en la palpation de la paroi thoracique pour détecter des changements dans l'intensité des vibrations générées par certaines vocalises ou une voix constante, et ainsi identifier une pathologie affectant le système pulmonaire sous-jacent. Il a par exemple été observé l’influence de la pleurésie sur l’inhomogénéité des vibrations vocales atteignant la surface du thorax. Cet examen peut être réalisé de deux manières.
  • Il peut s’agir d’un examen manuel où le médecin place ses mains à plat sur le thorax, demande au patient de prononcer le chiffre « trente-trois » et analyse les vibrations produites par la parole au niveau du thorax. Puis, le médecin place une première main à plat doigts écartés sur le thorax du patient, avec la seconde main il vient faire percuter de ses doigts le thorax et analyse les vibrations produites en réponse à l’aide des doigts de la première main.
  • Le deuxième examen possible est l’auscultation, à l’aide d’un stéthoscope disposé sur le thorax d’un patient, du son produit par la circulation de l’air dans les bronches et les poumons du patient, et la recherche de bruits anormaux.
  • Dans le cadre de la maladie COVID19, l’examen du thorax apporte une première approche avant un diagnostic final par l’observation d’une hyperventilation et par la détection de condensations pulmonaires à l’aide d’une percussion ou d’une auscultation. Cet examen connaît toutefois certaines limites car il ne met en évidence que des anomalies très flagrantes. De plus, cet examen est très dépendant de l’expérience de l’observateur et ne permet ni enregistrement, ni transmission, ni ré-analyse a posteriori des données. D’autre part, le profil ventilatoire d’un individu est un phénomène fin et facilement perturbable. Le simple contact de la main du médecin ou du stéthoscope peut impacter les résultats de l’examen.
  • Pour pallier ces inconvénients, le médecin peut recourir à l’imagerie thoracique par scanner. Cet examen permet de compléter les données de l’examen clinique, et notamment de visualiser des images de « verre dépoli » et « condensations » chez des patients suspectés d’être atteints d’une infection par la COVID19.
  • Toutefois un imageur scanner est extrêmement cher, ce qui entraine des problèmes d’accessibilité pour les patients. Ce problème d’accessibilité entraine des problèmes de logistique de transport du patient dans le cadre de la COVID19 qui viennent de surcroit dans un contexte de forte contagion. En outre, un tel examen ne peut être répété fréquemment notamment en raison de l’irradiation du patient qu’il entraine.
  • Le document US2010298740 décrit un système de mesure acoustique de vibration de la peau d’un patient par des capteurs de vibration. Toutefois, un tel système ne permet de détecter que des anomalies très flagrantes, et nécessite le contact des capteurs avec la peau du patient. Le contact avec le patient peut mettre en danger le médecin, notamment dans le cadre la maladie COVID19, et peut impacter les résultats de l’examen, comme dans le cadre d’un stéthoscope et de la main du médecin.
  • L’invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l’art antérieur.
  • Plus particulièrement, l’invention a pour objectif de fournir une méthode de détection et de caractérisation fines de vibrations à la surface du corps d’un individu sans contact avec ledit individu.
  • A cet effet l’invention a pour objet une méthode de caractérisation de la vibration d’une surface du buste d’un individu, notamment dans le but d’établir un diagnostic d’une pathologie affectant le système respiratoire, ladite méthode comprenant :
    a) la génération d’une vibration incidente du système respiratoire de l’individu, ladite vibration incidente étant caractérisée par un signal Spr ayant au moins une fréquence de 20 à 5000 Hz,
    pour l’obtention de vibrations résultantes au niveau d’une surface S du buste de l’individu suite à la propagation de la vibration incidente depuis le système respiratoire jusqu’à la surface S,
    ladite surface S ayant une aire d’au moins 10 cm2 et étant caractérisée par une pluralité de points Pi,
    b) la mesure de l’oscillation de chaque point Pi à l’aide d’un dispositif de mesure et l’obtention du signal Spi de la vibration résultante en chacun des points Pi,
    ledit dispositif de mesure étant disposé à distance du buste dudit individu, et
    c) la caractérisation de chaque signal Spi à la ou aux fréquences du signal Spr :
    - par l’analyse sur un temps donné d’au moins un paramètre p du signal Spi de chaque point Pi, et/ou
    - par l’analyse de la dynamique d’évolution au cours d’un temps donné d’au moins un paramètre p du signal SPi de chaque point Pi.
  • Les inventeurs ont découvert de manière inattendue qu’il était possible d’obtenir des données précises et pertinentes pour établir un diagnostic d’une maladie affectant le système respiratoire d’un individu, sans contact avec ledit individu et sans exposer le patient/individu à des rayonnements. Ceci est permis par la génération d’une vibration incidente au niveau de son système respiratoire et à l’étude de la transformation de cette vibration suite à sa propagation jusqu’à une surface du buste de l’individu. La méthode selon l’invention permet une étude complète du buste de l’individu par l’établissement de carte vibratoires à deux ou trois dimensions (2D ou 3D) sur lesquelles peuvent être représentés un ou plusieurs paramètres p des vibrations résultantes ou la dynamique d’évolution de ces paramètres.
  • Par « individu », il est entendu dans l’invention un mammifère, notamment un humain.
  • Par « buste », il est entendu dans l’invention la partie supérieure avant, arrière et latérales du corps d’un individu partant de la taille, ou au-dessus des membres inférieurs, et arrivant jusqu’en haut du cou, en excluant les membres supérieurs. Le buste inclut ainsi la partie abdominale, la partie thoracique et le cou d’un individu.
  • Par « système respiratoire », il est entendu dans l’invention tout organe appartenant au système respiratoire, notamment le larynx, la trachée, les bronches principales, segmentaires et lobaires, les alvéoles, les bronchioles, les poumons droits et gauches et le diaphragme.
  • Par « pathologie affectant le système respiratoire », il est entendu toute pathologie altérant la structure et/ou le fonctionnement du système respiratoire. Ces pathologies incluent les pathologies respiratoires proprement dites ainsi que les pathologies cardiaques et neuromusculaires touchant le système respiratoire.
  • Étape a)
  • La première étape de la méthode de l’invention concerne la génération d’une vibration incidente au niveau du système respiratoire. On force la vibration du système respiratoire à une ou à plusieurs fréquences déterminées.
  • La vibration incidente est caractérisée par un signal Spr ayant au moins une fréquence de 20 à 5000 Hz, notamment de 40 à 2500 Hz, en particulier de 60 à 1000 Hz. Comme le profil de fréquence de la vibration incidente correspond à celui qui est étudié pour les vibrations résultantes au niveau de la surface du buste, on préfèrera une limite basse de 60 Hz et plus. En effet, une telle limite basse permet de diminuer fortement les vibrations parasitaires dues à la vibration auto-induites de certaines parties du corps, telles que le cœur, le réseau sanguin, les muscles, etc…
  • Le profil fréquentiel de la vibration incidente peut être statique ou bien évoluer au cours du temps. Notamment, lorsque le profil fréquentiel évolue au cours du temps, le signal Spr peut présenter une fréquence unique qui est modifiée au cours du temps, en particulier à intervalles réguliers. Alternativement, le signal Spr peut présenter plusieurs fréquences qui peuvent chacune être modifiée au cours du temps, en particulier à intervalles réguliers.
  • Une vibration incidente multi-fréquentielle permet d’affiner l’analyse des vibrations résultantes et donc d’apporter des données plus pertinentes en vue de l’établissement d’un diagnostic. En effet, certaines pathologies sont plus sensibles à une gamme particulière de fréquences, et générer plus de fréquences permet ainsi de couvrir plus de pathologies.
  • La gamme de fréquences de la vibration incidente utilisée dans l’invention correspond à celle d’une voix humaine. De cette manière, la vibration incidente peut être générée soit par un dispositif, soit par l’individu lui-même, par exemple par vocalises.
  • Notamment, la vibration incidente peut être générée par :
    i) un dispositif générant des vibrations dans un tube acoustique, en particulier dont l’embout est inséré dans la cavité buccale dudit individu, ou
    ii) un dispositif vibrant disposé contre une surface Sg du corps de l’individu, notamment du buste, les surfaces Sg et S étant opposées l’une à l’autre par rapport au buste de l’individu, ou
    iii) une vibration des cordes vocales dudit individu.
  • Dans le premier cas i), ledit dispositif utilisé peut être tout moyen générant une vibration et notamment un haut-parleur ou un compresseur. On fait passer la vibration générée au travers d’un tube acoustique afin qu’elle soit acheminée jusqu’au système respiratoire. L’embout du tube acoustique est inséré dans la cavité buccale de l’individu, voire jusque dans la trachée de ce dernier.
  • Ce système est particulièrement avantageux dans le cas où l’individu n’est pas capable de générer des sons, ou bien génère des sons d’une amplitude trop faible pour une étude précise des vibrations résultantes au niveau de la surface du buste. En outre, ce système présente l’avantage de générer une vibration à une ou plusieurs fréquences déterminées, et de la distribuer directement au système respiratoire grâce au tube acoustique. La vibration incidente ainsi générée par le dispositif est très peu transformée lorsqu’elle arrive au système respiratoire et est quasi identique à celle du système respiratoire. Les vibrations résultantes sont donc peut, voire pas, parasitées et leur analyse est directement pertinente.
  • Dans le deuxième cas ii), ledit dispositif utilisé peut également être tout moyen générant une vibration, et notamment un hautparleur, un pot vibrant ou un marteau pneumatique. Ici, la vibration incidente va partir de la surface Sg, se propager à travers le corps, traverser le système respiratoire, jusqu’à atteindre la surface S, possiblement à l’opposé.
  • Ce système est également bien adapté dans le cas où l’individu n’est pas capable de générer des sons, ou bien génère des sons d’une amplitude trop faible pour une étude précise des vibrations résultantes au niveau de la surface du buste. Ce système présente l’avantage de générer une vibration à une ou plusieurs fréquences déterminées. Ici, les vibrations résultantes obtenues sont le produit d’une double transformation : la transformation de la vibration générée jusqu’au système respiratoire et la transformation de la vibration incidente (celle provenant du système respiratoire) jusqu’à la surface du buste résultant en les vibrations résultantes. Ce système implique donc un parasitage dû à la première transformation, et notamment des traitements possibles des vibrations résultantes pour enlever ce parasitage.
  • Dans le troisième cas iii), c’est l’individu lui-même qui va générer la vibration du système respiratoire, par la vibration de ses cordes vocales. Cette alternative présente l’avantage de ne nécessiter aucun matériel annexe, ce qui réduit les coûts de mise en œuvre de l’invention. La vibration des cordes vocales de l’individu peut être une vocalise simple ou complexe, un chant ou la parole. A l’image de l’emploi d’un tube acoustique, cet aspect de l’invention présente l’avantage de générer une vibration directement distribuée au système respiratoire. Ainsi, les vibrations générées et la vibration incidente sont quasi identiques, voire identiques, et les vibrations résultantes ne sont le fruit que de la transformation de la vibration incidente depuis le système respiratoire jusqu’à la surface du buste. Les vibrations résultantes sont donc peu parasitées et leur analyse est simplifiée et directement pertinente.
  • Par « vocalise simple », il est entendu dans l’invention un son monotonique prononcé par l’individu, telle que la prononciation continue du phonème « A », de tout autre voyelle. Une vocalise simple présente de ce fait une bande de fréquence étroite, de l’ordre 4 à 10 Hz, centrée sur la fréquence fondamentale.
  • Par « vocalise complexe », il est entendu dans l’invention un son nuancé, telle que la prononciation du mot « trente-trois ». Une vocalise complexe présente alors une bande de fréquence plus large, supérieure à 10 Hz, centrée sur la fréquence fondamentale.
  • Le chant et la parole correspondent à un son nuancé.
  • La fondamentale est généralement autour de 100 Hz pour un homme et de 150 Hz pour une femme.
  • Pour la suite de la méthode, la bande de fréquence conservée est celle autour de la fondamentale, comme il sera vu plus loin.
  • Contrairement aux deux précédents cas i) et ii), dans le troisième cas iii) le signal Spr de la vibration incidente n’est pas connu et doit être déterminé. Cette détermination peut être réalisée par tout moyen. Notamment l’obtention du signal Spr de la vibration incidente lors de l’étape b) est réalisée par la mesure
    - du son en sortie de la bouche du patient/individu, notamment à l’aide d’au moins un microphone, ou
    - de la vibration des lèvres ou de la trachée du patient/individu, notamment à l’aide du dispositif de mesure utilisé à l’étape b).
  • Lorsqu’un ou plusieurs microphones sont utilisés, ces derniers peuvent par exemple être disposés aux alentours de la bouche de l’individu, en particulier devant sa bouche. Alternativement ou de manière complémentaire, le ou les microphones peuvent être disposés au niveau du dispositif de mesure ou bien correspondre à ceux utilisés pour la mesure des oscillations des points Pi. Le ou les microphones peuvent être coiffés d’un pavillon exponentiel afin d’augmenter leur directivité et leur sensibilité. En particulier l’ouverture du ou des microphones est au moins égale à 0,5 mm millimètres. Au besoin, un déflecteur peut être positionné devant la bouche de l’individu pour atténuer les ondes sonores allant vers le ou les microphones et éviter ainsi de les saturer.
  • Lorsque c’est la vibration des lèvres ou de la trachée qui est analysée, cette dernière peut être déterminée à l’aide des différentes méthodes mentionnées plus bas pour mesurer l’oscillation des points Pi.
  • Une fois la vibration incidente générée, cette dernière va se propager au travers de l’ensemble du système respiratoire jusqu’à atteindre la surface du buste sous la forme de vibrations résultantes. Lors de son trajet, la vibration incidente va être transformée en fonction des différents milieux traversés. Notamment, son amplitude peut être modifiée. La célérité de la vibration peut également être affectée et il apparait alors un retard ou un déphasage entre la vibration résultante et la vibration incidente. La vibration incidente va donc se décomposer en une multitude de vibrations résultantes aux caractéristiques différentes, chaque vibration résultante étant caractéristique de la partie du système respiratoire que la vibration incidente aura traversée. Ainsi, l’étude de ces vibrations résultantes apporte une richesse d’information sur l’état des milieux traversés (dense, mou, présence de creux, etc.) permettant l’établissement d’un diagnostic.
  • Pour étudier ces vibrations résultantes au niveau du buste de l’individu, il est sélectionné une surface donnée S du buste de l’individu. Cette surface S présente une aire d’au moins 10 cm2 et est caractérisée par une pluralité de point Pi.
  • Notamment, la surface S couvre la partie du buste d’intérêt pour établir un diagnostic, c’est-à-dire qu’elle couvre la partie du système respiratoire pour laquelle on souhaite étudier les vibrations résultantes. L’aire de la surface S est ainsi adaptée à l’étude souhaitée. En particulier, cette surface peut correspondre à la surface de la partie avant du thorax, à celle de la partie arrière, à celles de l’une ou de l’autre des parties latérales du thorax, à celle de la partie avant ou arrière du cou, à celle de la partie avant ou arrière de l’abdomen, ou à toute combinaison de ces surfaces. La surface S peut également correspondre à la totalité de la surface du buste de l’individu.
  • La surface S peut être composée d’une ou de plusieurs surfaces discontinues. A cet effet, la surface S peut par exemple correspondre à celle de la partie avant du cou et à celle de la partie avant du thorax couvrant le poumon droit.
  • Chaque point Pi de la surface S représente un point de la surface du buste où sera étudié le signal Spi d’une vibration résultante. Plus les points Pi sont nombreux pour définir cette surface S, plus ils sont rapprochés les uns des autres, et plus l’étude des vibrations résultantes sera précise. A cet effet, la surface S peut comprendre au moins 5 points Pi pour 10 cm2, notamment au moins 10 points Pi pour 10 cm2.
  • Étape b)
  • La détermination du signal Spi en chaque point Pi est réalisée par la mesure de l’oscillation de la surface du buste en chaque point Pi.
  • Le dispositif de mesure est avantageusement disposé à distance de l’individu, et son utilisation n’inclut aucun contact direct avec l’individu. Cet aspect de l’invention est particulièrement intéressant dans le cadre d’une pathologie infectieuse telle que la COVID19, où tout contact avec le patient peut conduire à une infection du manipulateur par le patient porteur de l’agent responsable de la pathologie.
  • Pour mesurer l’oscillation en chaque point Pi, le dispositif de mesure utilisé dans l’invention peut illuminer chaque point Pi par des ondes, puis analyser le signal des ondes réfléchies sur la surface S. Dans ce cas, chaque signal Spi est un signal de formation de voie. Alternativement, l’oscillation en chaque point Pi peut être déterminée à l’aide de la prise successive d’images. Notamment, la mesure de l’oscillation de chaque point Pi à l’étape b) est réalisée au moyen de la réflexion d’ondes ultrasonores sur ladite surface S, au moyen de la réflexion d’ondes électromagnétiques sur ladite surface S ou par prises successives d’images de ladite surface S.
  • Lorsque l’oscillation de chaque point Pi est mesurée au moyen de la réflexion d’ondes ultrasonores, le dispositif de mesure peut comprendre un réseau de transducteurs d’émission d’ondes ultrasonores et un réseau de transducteurs de réception (ou microphones) d’ondes ultrasonores. Notamment, le dispositif de mesure peut être celui décrit dans le document dans le document WO2018015638. En outre le dispositif de mesure peut comprendre une caméra 3D qui fournit en plus une image 3D correspondant aux coordonnées x y z dans l’espace de points, notamment des points Pi, d’une surface du buste, notamment la surface S, de l’individu. Cette caméra 3D permet notamment de positionner ladite surface à une distance souhaitée du dispositif de mesure ou encore de compléter les données récoltées dans le cadre du diagnostic d’une pathologie pulmonaire, par exemple pour des individus atteints de bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO).
  • En particulier, les transducteurs ultrasonores de réception peuvent être utilisés pour l’obtention du signal Spr de la vibration incidente par la mesure du son en sortie de la bouche du patient/individu, comme il a été vu plus haut.
  • La détermination des signaux Spi dans le cadre de la réflexion d’ondes ultrasonores peut être réalisée par la méthode décrite dans le document WO2018015638.
  • Lorsque l’oscillation de chaque point Pi est mesurée au moyen de la réflexion d’ondes électromagnétiques, le dispositif de mesure peut être un système radar ou laser.
  • Selon un mode de réalisation de l’invention, le dispositif de mesure réalise une série de mesures à une cadence supérieure à au moins deux fois la valeur de la plus haute fréquence du signal Spr. En particulier, dans le cas où la génération de la vibration incidente est réalisée par la vibration des cordes vocales de l’individu, la cadence peut être supérieure à au moins deux fois la fréquence de la fondamentale. Par exemple, la cadence peut être d’au moins 300 prises de mesures par seconde, en particulier d’au moins 500 prises de mesures par seconde, notamment d’au moins 600 prises de mesures par seconde.
  • La durée de la mesure de l’oscillation de chaque point Pi correspond a minima à celle de la durée de génération de la vibration incidente. Les données peuvent ensuite être segmentées sur des durées plus courtes lorsque c’est l’évolution de la dynamique d’au moins un paramètre p qui est étudiée.
  • La mesure des oscillations en chaque point Pi peut notamment commencer en amont de la génération de la vibration incidente, de manière à observer les modifications d’oscillation des points Pi engendrées par l’apparition des vibrations résultantes.
  • Lorsque l’oscillation de chaque point Pi est mesurée au moyen de la réflexion d’ondes ultrasonores, il peut être exclu de la suite de la méthode les points Pi (et leur signaux) ayant une réflectivité cohérente trop faible, notamment une réflectivité cohérente inférieure à 0,1. Le paramètre de réflectivité cohérente est représentatif de l’erreur de détermination de la vitesse du mouvement de la surface S. Pour obtenir la réflectivité cohérente de chaque point Pi de la surface S, il peut être illuminé l’ensemble des points Pi dans des circonstances de défaut, c’est-à-dire sans vibration incidente. Puis il peut être corrélé pour chaque point Pi le signal s(t) mesuré sur un temps t avec celui du même point s’(t) mesuré sur un temps ultérieur t+Δt. Les signaux s(t) et s’(t) sont mesurés sur une durée par exemple de 2 millisecondes. Δt est infime, de l’ordre de la milliseconde ou moins. Ainsi, en théorie ces signaux sont quasi identiques et seul un décalage temporel τ infime les sépare.
  • La réflectivité cohérente peut être calculée de la manière suivante :
    1- on calcule les transformées de Fourier des signaux s(t) et s’(t), soit S(f) et S’(f)
    2- on corrèle les deux signaux s(t) et s’(t), soit le produit S(f) . S’(f)*
    3- on calcule la réflectivité cohérente en intégrant la partie réelle du produit sur la bande de fréquence de fonctionnement du dispositif de mesure, notamment de 30kHz à 60kHz.
  • Étape c)
  • Cette étape correspond à la détermination des transformations subies par la vibration incidente, pour détecter des anomalies. A cet effet, les vibrations résultantes en chaque point Pi sont analysées à la ou aux fréquences de la vibration incidente. En effet, la vibration résultante mesurée en chaque point Pi est la somme de multiples vibrations provenant de diverses parties du corps. Pour caractériser de manière pertinente les paramètres p des signaux Spi, il y a lieu d’exclure les données relatives à la ou aux fréquences ne correspondant pas à celles de la vibration incidente. Plus particulièrement, il est analysé un ou plusieurs paramètres p des signaux Spi. Par « paramètre p », il est entendu dans l’invention l’amplitude d’un signal Spi, un retard ou un déphasage ou le niveau de corrélation du signal Spi par rapport au signal Spr de la vibration incidente. L’amplitude d’un signal Spi peut notamment être corrélée à celle du signal Spr de la vibration incidente.
  • Lorsque la vibration incidente a été générée par la vibration des cordes vocales de l’individu, on peut faire le choix de n’utiliser qu’une fraction des fréquences du signal Spr pour l’analyse des signaux Spi. Notamment, la bande de fréquences utilisée à l’étape c) est autour de la fondamentale. En particulier, les fréquences de la vibration incidente utilisées lors de l’étape c) correspondent à une bande d’au plus 150 Hz autour de la fréquence fondamentale de la vibration incidente. Notamment, la bande de fréquences est d’au plus 100 Hz, en particulier d’au plus 60 Hz, par exemple d’au plus 40Hz. La bande de fréquence peut être centrée sur la fréquence fondamentale.
  • L’analyse des paramètres p des signaux Spi peut être comparée à intervalles réguliers. En effet, les inventeurs ont découvert de manière inattendue que l’évolution au cours du temps des paramètres p des signaux Spi apportent des données très pertinentes pour établir un diagnostic. En effet, ces données permettent d’établir la dynamique de propagation de la vibration incidente.
  • Avantageusement, les données relatives aux paramètres p analysés peuvent être distribuées sur une carte vibratoire en deux dimensions, voire en trois dimensions. Notamment, les dimensions de ces cartes peuvent représentées la répartition spéciale (2D ou 3D) des points Pi entre eux. A chaque point Pi, peut être attribuée une couleur en fonction de la valeur de la ou des paramètres p analysés. Ainsi, la carte vibratoire établie permet de repérer très facilement des zones et des valeurs d’intérêt, à partir desquelles sera établi un diagnostic, notamment à l’aide d’une carte vibratoire de référence. Cette carte vibratoire de référence peut être une carte établie à partir d’un échantillon de plusieurs individus, notamment des individus sains ou malades, ou bien une carte précédemment établie pour l’individu, notamment avant sa maladie.
  • En particulier, le ou l’un des paramètres p est l’amplitude du signal Spi de la vibration résultante. Ces données sont utiles pour déterminer quel type de milieu (dense, mou) la vibration incidente a traversé. Il est à noter que ces données d’amplitude sont des données brutes qui peuvent être parasitées par du bruit de mesure des oscillations. Une manière de diminuer le bruit dans le cas d’une mesure par réflexion d’ondes ultrasonores ou électromagnétiques, est d’éclairer de manière homogène la surface S.
  • En particulier, le ou l’un des paramètres p peut être l’amplitude du signal Spi de la vibration résultante corrélée à la vibration incidente. Dans ce cas, l’étape b), ou l’étape c), comprend pour chaque point Pi la corrélation, à la ou aux fréquences du signal Spr, du signal Spi avec le signal Spr normalisé en amplitude et la détermination de l’amplitude du signal de la vibration résultante corrélée à la vibration incidente. Les données obtenues sont avantageusement moins parasitées par le bruit, et donc plus facilement exploitables.
  • Ces données peuvent être obtenues à l’aide étapes suivantes :
    1- on calcule les transformées de Fourier du signal Spr et du signal Spi pour chaque point Pi, qu’on notera Spr(f) et Spi(f),
    2- on divise le spectre complexe de Spr(f) par son module : Spr(f)/|Spr(f)|,
    3- on sélectionne la ou les composantes fréquentielles d’intérêts, leur nombre s’élevant à M composantes, et
    4- on multiplie les M composantes fréquentielles de Spr(f)/|Spr(f)| par les M composantes fréquentielles de Spi(f) (sans les valeurs nulles) puis on somme la partie réelle du produit. Optionnellement, on divise le résultat par M afin d’obtenir une amplitude normalisée par rapport au nombre de fréquences.
  • Notamment encore, le ou l’un des paramètres p est un retard ou un déphasage du signal Spi de la vibration résultante par rapport au signal Spr de la vibration incidente. Dans ce cas, l’étape b), ou l’étape c), comprend pour chaque point Pi la corrélation, à la ou aux fréquences du signal Spr, du signal Spi, notamment normalisé en amplitude, avec le signal Spr, notamment normalisé en amplitude, et la détermination du retard ou du déphasage par rapport à la vibration incidente en chaque point Pi. De telles données traduisent une modification de la célérité de la vibration incidente, et peuvent indiquer la célérité caractéristique de la vibration incidente dans les milieux traversés.
  • Les données relatives au retard peuvent être obtenues à l’aide des étapes suivantes :
    1- on calcule les transformées de Fourier du signal Spr et du signal Spi pour chaque point Pi, qu’on notera Spr(f) et Spi(f),
    2- on divise les spectres complexes de Spr(f) et Spi(f) par leur module respectifs : Spr(f)/|Spr(f)| et Spi(f)/|Spi(f)| afin d’obtenir des spectres normalisés à 1 en amplitude,
    3- on sélectionne la ou les composantes fréquentielles d’intérêts, leur nombre s’élevant à M composantes,
    4- on multiplie les M composantes fréquentielles de Spr(f)/|Spr(f)| par les M composantes fréquentielles de Spi(f)/|Spi(f)| (sans les valeurs nulles) puis on réalise une transformée de Fourier inverse, et
    5- on cherche ensuite l’emplacement temporel du maximum de l’intercorrélation. Un maximum situé à l’origine des temps indique que les signaux ne sont pas retardés entre eux. Un maximum non centré sur 0 indique qu’un signal est retardé par rapport à l’autre.
  • Les données relatives au déphasage peuvent être obtenues à l’aide des étapes suivantes :
    1- on calcule les transformées de Fourier du signal Spr et du signal Spi pour chaque point Pi, qu’on notera Spr(f) et Spi(f),
    2- on sélectionne la ou les composantes fréquentielles d’intérêts, leur nombre s’élevant à M composantes, et
    3- on soustrait la phase de chaque spectre complexe aux M composantes fréquentielles : arg(Spi(f)) - arg(Spr(f)).
  • Notamment, le ou l’un des paramètres p est le niveau de corrélation avec la vibration incidente. Dans ce cas, l’étape b), ou l’étape c), comprend pour chaque point Pi la corrélation, à la ou aux fréquences du signal Spr, du signal Spi normalisé en amplitude avec le signal Spr normalisé en amplitude et la détermination du pourcentage de corrélation avec la vibration incidente en chaque point Pi.
  • Ces données peuvent être obtenues à l’aide des étapes suivantes :
    1- on calcule les transformées de Fourier du signal Spr et du signal Spi pour chaque point Pi, qu’on notera Spr(f) et Spi(f),
    2- on divise les spectres complexes de Spr(f) et Spi(f) par leur module respectifs : Spr(f)/|Spr(f)| et Spi(f)/|Spi(f)| afin d’obtenir des spectres normalisés à 1 en amplitude,
    3- on sélectionne la ou les composantes fréquentielles d’intérêts, leur nombre s’élevant à M composantes, et
    4- on multiplie les M composantes fréquentielles de Spr(f)/|Spr(f)| par les M composantes fréquentielles de Spi(f)/|Spi(f)| (sans les potentielles valeurs nulles), puis on somme la partie réelle du produit, et on divise le résultat par M. Une intercorrélation de 1 signifie que les phases des signaux Spi et Spr sont 100 % identiques.
  • Notamment, la dynamique d’évolution au cours d’un temps donné d’au moins un paramètre p du signal SPi de chaque point Pi est analysée par le découpage séquentiel identique dans le temps du signal Spr et de chaque signal Spi et identique entre le signal Spr et chaque signal Spi, puis par l’analyse d’au moins un paramètre p en chaque séquence d’un signal Spi et la comparaison du résultat obtenu entre chaque séquence pour chaque signal Spi.
  • Suite à la caractérisation de chaque signal Spi, ledit au moins un paramètre p analysé peut être comparé avec une valeur de référence pref de même nature et/ou l’évolution dudit au moins un paramètre p analysée peut être comparée avec une évolution de référence pv ref. La valeur de référence pref peut correspondre à une valeur à atteindre, à une valeur précédemment obtenue au point Pi pour le même individu ou encore à une valeur moyenne obtenue dans une population d’individus pour ce point Pi, notamment une population d’individus sains ou malades. L’évolution de référence pv ref peut correspondre à une évolution à atteindre, à une évolution précédemment obtenue au point Pi pour le même individu ou encore à une évolution moyenne obtenue dans une population d’individus pour ce point Pi, notamment une population d’individus sains ou malades. Le résultat de cette comparaison permet d’établir un diagnostic via la détermination de la présence ou l’absence d’un écart significatif.
  • L’invention concerne également une méthode de caractérisation de la vibration d’une surface du buste d’un individu atteint d’une pathologie affectant au moins un organe appartenant au système respiratoire, notamment dans le but d’établir un diagnostic de la réponse à un traitement thérapeutique visant ladite maladie pulmonaire, ladite méthode comprenant :
    a) la caractérisation de signaux Spi d’une pluralité de points Pi appartenant à une surface S de l’individu à l’aide de la méthode telle que définie précédemment, où la surface S couvre ledit au moins un organe affecté par la pathologie pulmonaire, et
    b) la comparaison dudit au moins un paramètre p en chaque point Pi avec une valeur de référence pref de même nature et/ou la comparaison de l’évolution dudit paramètre p en chaque point Pi avec une évolution de référence pvref, ladite valeur de référence pref correspondant à une valeur à atteindre ou à la valeur du paramètre p au point Pi telle que déterminée antérieurement, notamment avant la prise du traitement thérapeutique, la ladite évolution de référence pvref correspondant à une évolution à atteindre ou à l’évolution du paramètre p au point Pi telle que déterminée antérieurement, notamment avant la prise du traitement thérapeutique.
  • Le résultat de cette comparaison permet d’établir un diagnostic de réponse au traitement.
    • Brève description des figures
  • La est un ensemble de figures relatives à la caractérisation de vibrations résultantes au niveau de la surface du buste d’un sujet suite à une vocalise complexe du phonème « A », avec de brèves répétitions, prononcée par le sujet. La figure 1A est le spectrogramme de la voix autour de la fondamentale de la vocalise prononcée par le sujet (axe des x : fréquences en Hz ; axe des y : temps en seconde). L’échelle de nuance est en décibel par Hz. La figure 1B est une cartographie 3D des points Pi formant la surface d’étude des vibrations résultantes où pour chaque point Pi est indiquée sa réflectivité cohérente des ondes ultrasonores utilisées pour mesurer son oscillation (axe des x, des y et des z en mètre). L’échelle de nuance est en unité arbitraire. La figure 1C est une cartographie 3D des points Pi formant la surface d’étude des vibrations résultantes où pour chaque point Pi est indiquée son amplitude corrélée à la voix. L’échelle de nuance est en décibel. La figure 1D est une cartographie 3D des points Pi formant la surface d’étude des vibrations résultantes où pour chaque point Pi est indiqué le retard par rapport à la voix. L’échelle de nuance est en nombre d’échantillons temporels avec une période d’échantillonnage mise en œuvre de 1/500kHz.
  • La est un ensemble de figures relatives à la caractérisation de vibrations résultantes au niveau de la surface du buste d’un sujet suite à une vocalise du phonème « A », avec une longue prononciation, prononcée par le sujet. La figure 2A est le spectrogramme de voix autour de la fondamentale de la vocalise prononcée par le sujet (axe des x : fréquences en Hz ; axe des y : temps en seconde). L’échelle de nuance est en décibel par Hz. La figure 2B est une cartographie 3D des points Pi formant la surface d’étude des vibrations résultantes où pour chaque point Pi est indiquée son amplitude. L’échelle de nuance est en décibel. La figure 2C est une cartographie 3D des points Pi formant la surface d’étude des vibrations résultantes où pour chaque point Pi est indiquée son amplitude corrélée à la voix. L’échelle de nuance est en décibel. La figure 2D est une cartographie 3D des points Pi formant la surface d’étude des vibrations résultantes où pour chaque point Pi est indiqué le retard par rapport à la voix. L’échelle de nuance est en nombre d’échantillons temporels avec une période d’échantillonnage mise en œuvre de 1/500kHz. La figure 2E est une cartographie 3D des points Pi formant la surface d’étude des vibrations résultantes où pour chaque point Pi est indiquée son niveau de corrélation avec la voix. L’échelle de nuance est en pourcentage.
  • La est un ensemble de figures relatives à la détection d’une anomalie de vibrations résultantes au niveau de la surface du buste d’un sujet suite à une vocalise simple du phonème « A » prononcée par le sujet. Les figures 3A à 3E concerne un sujet dans un situation normale, et les figures 3A’ à 3E' concerne le même sujet dans une situation où un cache a été collé en bas à droit de son buste. Les figures 3A et 3A’ illustrent la surface du sujet étudiée dans les deux situations. Les figures 3B et 3B’ sont les spectrogrammes de voix autour de la fondamentale de la vocalise prononcée par le sujet (axe des x : fréquences en Hz ; axe des y : temps en seconde). L’échelle de nuance est en décibel par Hz. Les figures 3C et 3C’ sont des cartographies 3D des points Pi formant la surface d’étude des vibrations résultantes où pour chaque point Pi est indiquée sa réflectivité cohérente des ondes ultrasonores utilisées pour mesurer son oscillation (axe des x, des y et des z en mètre). L’échelle de nuance est en unité arbitraire. Les figures 3D et 3D’ sont des cartographies 3D des points Pi formant la surface d’étude des vibrations résultantes où pour chaque point Pi est indiquée son amplitude corrélée à la voix. L’échelle de nuance est en décibel. Les figures 3E et 3E sont des cartographies 3D des points Pi formant la surface d’étude des vibrations résultantes où pour chaque point Pi est indiqué le retard par rapport à la voix. L’échelle de nuance est en nombre d’échantillons temporels avec une période d’échantillonnage mise en œuvre de 1/500kHz.
  • La et la sont un ensemble de cartographies 2D des points Pi formant la surface d’étude des vibrations résultantes au niveau de la surface du buste d’un sujet où pour chaque point Pi est indiquée son amplitude corrélée à la voix. La vocalise du phonème « A », répétée brièvement, est prononcée par le sujet. L’élément 9 correspond au spectrogramme de la voix du sujet sur une durée légèrement supérieure à 8 secondes (axe des x : fréquences en Hz ; axe des y : temps en seconde). L’échelle de nuance est en décibel par Hz. Les éléments 1 à 8 représentent la dynamique d’évolution de l’amplitude du signal en chaque point Pi corrélée à la voix. Chaque élément 1 à 8 est une cartographie 2D des points Pi formant la surface d’étude des vibrations résultantes où pour chaque point Pi est indiquée son amplitude corrélée à la voix. L’échelle de nuance est en décibel. Chaque élément 1 à 8 illustre le résultat obtenu sur des temps de mesure différents (1 : 0-1 secondes ; 2 : 1-2 sec ; 3 : 2-3 sec ; 4 : 3-4 sec ; 5 : 4-5 sec ; 6 : 5-6 sec ; 7 : 6-7 sec ; 8 : 7-8 sec). La correspondance du temps de mesure pour chaque élément 1 à 8 par rapport à la voix du sujet est représenté sur l’élément 9.
  • Exemples
  • Exemple 1 - Obtention et étude de c artographie s de vibration s
  • 1. Maté riel d e mesure des oscillations
  • La caractérisation de vibration du buste d’un individu a été réalisé à l’aide d’un imageur ultrasonore. Cet imageur comprend un réseau de 256 transducteurs d’émission d’ondes ultrasonores (modèle MA40S4S de Murata) et de 256 microphones de réception (modèle FG-23329 de Knowles) de ces ondes. Ce réseau de microphones permet également la réception du son émis par le sujet testé. La bande de fréquences ultrasonore utilisée est de 30 à 60 kHz. La pré-amplification des microphones est de 40 dB. Chaque transducteur d’émission et chaque microphone est muni d’un pavillon exponentiel amenant l’ouverture d’émission des transducteurs d’émission à 13 mm et l’ouverture de réception des microphones à 13 mm. L’échantillonnage du signal de réception et de la voix du sujet testé est de 600 Hz. La guige d’échantillonnage est quant à elle inférieure à 10 ns.
  • 2. Cartographie de vibration
  • a. Vocalise simple d’un phonème répété brièvement
  • Le sujet testé est un sujet sain à qui il est demandé de prononcer la vocalise du phonème « A » répété brièvement. Les vibrations résultantes sont caractérisées au niveau de la surface de son buste avant de la ceinture au bas du cou.
  • Le spectrogramme de la voix du sujet est représenté à la figure 1A. Sur cette figure, on peut voir la répétition de la vocalise d’une durée de 2 secondes environ. On peut voir également que les fréquences de plus fortes amplitudes se concentrent sur la bande de 70 à 110 Hz (> à 30 dB/Hz). Aussi, la caractérisation des vibrations résultantes est réalisée sur cette bande de fréquence.
  • La figure 1B représente la réflectivité cohérente des ondes ultrasonores sur la surface d’étude. Plus la valeur est proche de 1, plus la réflectivité des ondes est bonne. Une réflectivité supérieure à 0,1 permet d’obtenir une bonne interprétation du signal reçu par les microphones. Aussi, la surface d’étude a été restreinte pour la suite aux points pour lesquels une réflectivité était égale ou supérieure à 0,1.
  • L’amplitude du signal des vibrations résultantes corrélée à la voix du sujet est représentée à la figure 1C. Comme on peut le voir, les vibrations résultantes présentent une forte amplitude au niveau thoracique et une plus faible au niveau de l’abdomen.
  • Le retard du signal des vibrations résultantes par rapport à la voix est représenté sur la figure 2D. Ce retard est quasi nul au niveau thoracique.
  • b . Vocalise soutenue du même phonème
  • Le sujet testé est un sujet sain à qui il est demandé de prononcer la vocalise continue et soutenue du phonème « A ». Les vibrations résultantes sont caractérisées au niveau de la surface de son buste arrière de la ceinture au bas du cou.
  • Le spectrogramme de la voix du sujet est représenté à la figure 2A. Sur cette figure, on peut voir la fondamentale (100 Hz) et le début de la deuxième harmonique (200 Hz). La caractérisation des vibrations résultantes est réalisée sur la bande de 95 à 108 Hz.
  • L’amplitude (brute) du signal des vibrations est représentée à la figure 2B, et l’amplitude du signal de ces vibrations résultantes corrélées à la voix du sujet est représentée à la figure 2C. Comme on peut le voir, ces figures mettent en avant des régions de fortes et de faibles amplitudes semblables. Toutefois, les résultats de la figure 2C montrent un contraste plus faible des amplitudes de vibrations, et une région de forte amplitude plus large. Les résultats de la figure 2C apportent ainsi des données plus fines pour établir un diagnostic.
  • Le retard du signal des vibrations résultantes par rapport à la voix est représenté sur la figure 2D, et le niveau de corrélation du signal des vibrations avec la voix est représenté avec la figure 2E.
  • c. Détection d’une anomalie
  • Dans cet exemple, un sujet sain prononce une vocalise simple du phonème « A » dans deux situations : normale et avec un cache collé sur la partie basse droite du dos (représenté aux figures 3A et 3A’). Ce cache, moins élastique que la peau, simule une anomalie puisqu’il va entrainer une vibration anormale de la zone qu’il couvre. Les vibrations résultantes sont caractérisées au niveau de la surface de son buste arrière de la ceinture au bas du cou.
  • Les figures 3B et 3B’ représentent le spectrogramme de la voix du sujet dans les deux situations. Ces spectrogrammes sont, comme attendu, quasi identiques. La bande de fréquence conservée pour la situation normale est de 106 à 117 Hz et celle conservée pour la situation d’anomalie est de 103 à 114 Hz.
  • Les figures 3C et 3C’ représentent la réflectivité cohérente de la surface d’étude. On peut voir notamment que la zone de bonne réflectivité (>0,1) est équivalente dans les deux situations pour le même individu. Pour la caractérisation des vibrations résultantes, la surface d’étude a été restreinte pour la suite aux points pour lesquels une réflectivité était égale ou supérieure à 0,1.
  • Les figures 3D et 3D’ représentent l’amplitude du signal des vibrations corrélée à la voix. On voit ici très distinctement que la zone couverte par le cache présente une amplitude très diminuée par rapport à la même zone dans la situation normale. Il est ainsi démontré que l’altération d’une zone de vibration est mise en avant de manière distincte dans l’invention, permettant d’aboutir à un diagnostic.
  • Les figures 3E et 3E' représentent le retard du signal des vibrations par rapport à la voix. Ici également sont observées de forte différences au niveau la zone cachée. Le retard qui est quasi nul dans la situation normale devient plus fort dans le cas du cache. Ainsi, il est également démontré que plusieurs composantes des vibrations résultantes sont altérées par la présence d’une anomalie, et bien mise en avant par la méthode de l’invention.
  • d . Dynamique d’évolution
  • Le sujet testé est un sujet sain à qui il est demandé de prononcer la vocalise du phonème « A » répété brièvement. Les vibrations résultantes sont caractérisées au niveau de la surface de son buste arrière de la ceinture au bas du cou.
  • Les figures 4a et 4b montrent la dynamique d’évolution d’amplitude du signal des vibrations résultantes corrélée à la voix. On peut voir sur ces figures que l’amplitude reste très forte dans certaines zones, quand elle diminue ou augmente dans d’autres au cours du temps.
  • Exemple 2 - Différenciation d’ individu s sain s et patient s atteints de b ronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO)
  • 1 . Protocole
  • Le même imageur ultrasonore que celui décrit à l’exemple 1 est utilisé. Cet imageur comprend en outre une caméra 3D qui fournit simultanément une image conventionnelle et une image 3D (x y z des points de la surface du buste d’un sujet en face de l’appareil). Le sujet est soit un individu sain soit un patient atteint de BPCO.
  • On règle ou adapte la hauteur des panneaux de l’imageur, portant le réseau de transducteurs d’émission d’ondes ultrasonores, à la taille du sujet en plaçant son appendice xiphoïde au milieu de la zone de mesure. La dimension de cette zone est de 400 mm de haut par 300 mm de large.
  • On positionne le sujet de face (pour une mesure des mouvements cardiaques) ou de dos (pour une mesure des vibrations des poumons à partir d’une vocalise) à une distance comprise entre 600 mm et 700 mm toujours grâce à la caméra 3D.
  • Dans le cadre d’une mesure des mouvements cardiaques, il est demandé au sujet de retenir sa respiration poumons pleins. Il est ensuite demandé au sujet de réaliser une série de dix flexions avant la mesure afin d’augmenter l’amplitude des vibrations cardiaques.
  • Dans le cadre d’une mesure des vibrations des poumons, il est demandé au sujet de gonfler ses poumons en vue de réaliser une vocalise.
  • Dans ces deux cadres, la notion de poumons pleins est réalisée au moyen d’un test de spirométrie répété trois fois afin d’évaluer la capacité inspiratoire du sujet. Le but de ces tests est d’entrainer le sujet à avoir trois fois de suite la même valeur de capacité inspiratoire à 5% près, ainsi lorsque le sujet se présente devant l’imageur, il est demandé au sujet de gonfler ses poumons au maximum de leurs capacités (comme lors du test de spirométrie) avant de commencer la vocalise ou de bloquer sa respiration. Cette manipulation permet de normaliser le volume d’air dans les poumons des sujets.
  • Une fois que le sujet a ses poumons pleins d’air, il est indiqué au sujet un top de départ de la mesure. L’acquisition des données dure entre 3 secondes et 10 secondes. Il est à noter qu’avec des patients atteints de BPCO il est difficile de réaliser les mesures au-delà de 3 secondes. Un top de fin est fourni au sujet pour qu’il arrête la manœuvre.
  • Dans le cadre d’une mesure des vibrations des poumons, il est demandé au sujet de réaliser l’expérience 3 fois de suite en utilisant différentes vocalises correspondantes chacune aux phonèmes du « A », du « O » et du « ZE ». L’intérêt avec de l’utilisation de ces différents phonèmes est d’exciter différentes parties des poumons. Il est également demandé au sujet de placer les bras en croix sur le torse et de reproduire les mêmes vocalisent.
  • Partant du constat qu’en moyenne la fréquence fondamentale des vocalises des hommes se situe entre 100 et 150 Hz et celle des femmes entre 200 et 300 Hz, la fréquence d’acquisition de l’imageur est réglée à 600 ips (images par seconde) pour les hommes et à 1000 ips pour les femmes.
    •

Claims (10)

  1. Méthode de caractérisation de la vibration d’une surface du buste d’un individu dans le but d’établir un diagnostic d’une pathologie affectant le système respiratoire, ladite méthode comprenant :
    a) la génération d’une vibration incidente du système respiratoire de l’individu, ladite vibration incidente étant caractérisée par un signal Spr ayant au moins une fréquence de 20 à 5000 Hz,
    pour l’obtention de vibrations résultantes au niveau d’une surface S du buste de l’individu suite à la propagation de la vibration incidente depuis le système respiratoire jusqu’à la surface S,
    ladite surface S ayant une aire d’au moins 10 cm2 et étant caractérisée par une pluralité de points Pi,
    b) la mesure de l’oscillation de chaque point Pi à l’aide d’un dispositif de mesure et l’obtention du signal Spi de la vibration résultante en chacun des points Pi,
    ledit dispositif de mesure étant disposé à distance du buste dudit individu, et
    c) la caractérisation de chaque signal Spi à la ou aux fréquences du signal Spr :
    - par l’analyse sur un temps donné d’au moins un paramètre p du signal Spi de chaque point Pi, et/ou
    - par l’analyse de la dynamique d’évolution au cours d’un temps donné d’au moins un paramètre p du signal Spi de chaque point Pi.
  2. Méthode de détermination selon la revendication 1, dans laquelle à l’étape a) la vibration incidente est générée par
    i) un dispositif générant des vibrations dans un tube acoustique dont l’embout est inséré dans la cavité buccale dudit individu, ou
    ii) un dispositif vibrant disposé contre une surface Sg du corps de l’individu, notamment du buste, les surfaces Sg et S étant mutuellement exclusives, ou
    iii) une vibration des cordes vocales dudit individu.
  3. Méthode de détermination selon la revendication 2, dans laquelle la génération de la vibration incidente est réalisée par une vocalise de l’individu, et dans laquelle l’obtention du signal Spr de la vibration incidente lors de l’étape b) est réalisée par la mesure
    - du son en sortie de la bouche de l’individu, notamment à l’aide d’au moins un microphone, ou
    - de la vibration des lèvres et de la trachée de l’individu, notamment à l’aide du dispositif de mesure utilisé à l’étape b).
  4. Méthode de détermination selon l’une des revendications 1 à 3, dans laquelle la surface S comprend au moins 5 points Pi pour 10 cm2, notamment au moins 10 points Pi pour 10 cm2.
  5. Méthode de détermination selon l’une des revendications 1 à 4, dans laquelle la mesure de l’oscillation de chaque point Pi à l’étape b) est réalisée au moyen de la réflexion d’ondes ultrasonores sur ladite surface S, au moyen de la réflexion d’ondes électromagnétiques sur ladite surface S ou par prises successives d’images de ladite surface S, notamment la mesure est une série de mesure réalisée à une cadence d’au moins 300 prises de mesures par seconde.
  6. Méthode de détermination selon l’une des revendications 2 à 5, dans laquelle à l’étape a) la vibration incidente est générée par une vocalise de l’individu, et dans laquelle les fréquences de la vibration incidente utilisées lors de l’étape c) correspondent à une bande d’au plus 100 Hz autour de, de préférence centrée sur, la fréquence fondamentale de la vibration incidente.
  7. Méthode de détermination selon l’une des revendications 1 à 6, dans laquelle le ou l’un des paramètres p est l’amplitude du signal Spi de la vibration résultante.
  8. Méthode de détermination selon l’une des revendications 1 à 7, dans laquelle le ou l’un des paramètres p est l’amplitude du signal Spi de la vibration résultante corrélée à la vibration incidente, et où l’étape c) comprend pour chaque point Pi la corrélation, à la ou aux fréquences du signal Spr, du signal Spi normalisé en amplitude avec le signal Spr normalisé en amplitude et la détermination de l’amplitude du signal de la vibration résultante corrélée à la vibration incidente.
  9. Méthode de détermination selon l’une des revendications 1 à 8, dans laquelle le ou l’un des paramètres p est un retard ou déphasage du signal Spi de la vibration résultante par rapport au signal Spr de la vibration incidente, et où l’étape c) comprend pour chaque point Pi la corrélation, à la ou aux fréquences du signal Spr, du signal Spi, notamment normalisé en amplitude, avec le signal Spr, notamment normalisé en amplitude, et la détermination du retard ou du déphasage par rapport à la vibration incidente en chaque point Pi.
  10. Méthode de caractérisation de la vibration d’une surface du buste d’un individu atteint d’une pathologie affectant au moins un organe appartenant au système respiratoire dans le but d’établir un diagnostic de la réponse à un traitement thérapeutique visant ladite maladie pulmonaire, ladite méthode comprenant :
    a) la caractérisation de signaux Spi d’une pluralité de points Pi appartenant à une surface S de l’individu à l’aide de la méthode selon l’une des revendications 1 à 9, où la surface S couvre ledit au moins un organe affecté par la pathologie pulmonaire, et
    b) la comparaison dudit au moins un paramètre p en chaque point Pi avec une valeur de référence pref de même nature et/ou la comparaison de l’évolution dudit paramètre p en chaque point Pi avec une évolution de référence pvref, ladite valeur de référence pref correspondant à une valeur à atteindre ou à la valeur du paramètre p au point Pi telle que déterminée antérieurement, notamment avant la prise du traitement thérapeutique, la ladite évolution de référence pvref correspondant à une évolution à atteindre ou à l’évolution du paramètre p au point Pi telle que déterminée antérieurement, notamment avant la prise du traitement thérapeutique.
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