Brevet FR2251854A1 — publié le 19750613

L'invention concerne un dispositif pour réaliser des hologrammes optiques d'un objet tridimensionnel, par exemple d'un organe interne du corps humain, en utilisant un système émetteurrécepteur à ultrasons pour injecter des ondes ultrasonores dans l'objet et pour recevoir les ondes ultrasonores en provenance de l'objet. Dans des dispositifs connus de ce type, on a obtenu des hologrammes optiques d'un objet tridimensionnel à partir d'un hologramme par ultrasons obtenu précédemment. Le système émQtteur- récepteur à ultrasons de ces dispositifs connus est par conséquent un système d'holographie par ultrasons, c'est-à-dire que l'émet- teur de ce système est une source d'ultrasons tandis aue les ondes ultrasonores cohérentes sont rayonnées d'une part dans l'objet tridimensionnel et d'autre part en direction d'un réflecteur, et que le récepteur du système est un générateur d'hologrammes par ultrasons, par exemple la surface d'un bain d'eau ou bien une plaque pièzoélectrique de mémorisation d'ultrasons, qui produit l'hologramme par ultrasons à partir des ondes ultrasonores en provenance de 11 objet et de l'onde de référence provenant du réflecteur. La conversion de llhologramme par ultrasons en l'hologramme optique correspondant est réalisée,par exemple dans le cas du bain d'eau, en photographiant le réseau d'interférences d'ondes de la surface de l'eau, produit par les ultrasons, et, dans le cas d'utilisation d'une plaque piézoélectrique de mémorisation des ultrasons, par balayage des informations de la plaque au moyen d'un faisceau électronique et par conversion subséquente des signaux du faisceau électronique en signaux optiques. L'inconvénient dans ces dispositifs connus comportant des systèmes d'holographie par ultrasons réside, d'une part, dans la puissance ultrasonore continue élevée qui est nécessaire pour l'irradiation complète de l'objet. Un autre inconvénient réside dans le fait que, lors de l'irradiation complète de l'objet, il n'est pas possible de supprimer des réflexions parasites à llex- térieur de la zone d'examen proprement dite, ni des réflexions multiples à l'intérieur de la zone d'examen, lesdites réflexions étant au contraire transmises simultanément dans l'hologramme. De façon analogue, on ne peut également pas éviter des influences perturbatrices dues à une réfraction multiple des ultrasons lors de la traversée de l'objet. Un troisième inconvénient réside dans la surimpression relativement importante de régions proches de la surface (par suite d'impulsions d'écho d'amplitude élevé ), étant donné que dans le cas d'une irradiation totale des ultrasons dans un objet l'absorption, qui dépend de la profondeur, des ondes ultrasonores ne peut autre compensée.A cause des longueurs d'ondés différentes d'un hologramme accoustique et d'un hologramme optique, on obtient en outre, lors de la conversion d'un hologramme par ultrasons en une image optique tridimensionnelle, des distorsions d'image qui réduisent fortement la qualité de reproduction de l'image. Ces distorsions, qui apparaissent essentiellement dans la direction d'incidence des ultrasons dans l'objet, conduisent donc également à une résolution insuffisante en profondeur de l'hologramme optique. L'invention a pour but de créer un dispositif du type indiqué plus haut et. à l'aide duquel on peut obtenir des hologrammes optiques d'un objet tridimensionnel pour des puissances ultrasonores d'entrée très faibles et dans lequel en outre l'hologramme n'est pas influencé par des perturbations dues à des réflexions multiples ou à une réfraction multiple des ultrasons lors de leur traversée de l'objet, et dans lequel une surimpression de régiorsproches de la surface apparat avec moins d'intensité ou n' apparaît pas du tout et dans lequel notamment des dis tors ions sont à priori également évitées dans la reproduction d'image de lthologramme optique par. suite de différences accoustico-aptiques de longueurs d'onde Ce problème est résolu conformément à l'invention grace au fait que le système émetteur-récepteur d'ultrasons est constitué de façon à réaliser un balayage ultrasonore de surfaces de coupe de l'objet suivant une succession dans le temps et est accouplé à un dispositif de reproduction d'image des coupes prévu pour reproduire les ondes ultrasonores, provenant des différentes surfaces de coupe, sous la forme d'images optiques des coupes par ultrasons, et qu'il est prévu un générateur optique dlho- logrammes, qui réunit les images individuelles optiques ainsi obtenues des coupes par ultra-sons, conformément à la position spatiale des surfaces de coupes associées dans l'objet, pour former un hologramme optique. Dans le dispositif conforme à llinvention, l'hologramme optique d'un corps tridimensionnel est obtenu de façon purement optique à partir d'images individuelles optiques de coupes par ultrasons de l'objet. Les puissances d'émission des ultrasons, devant être utilisées pour produire les images des coupes par ultrasons sont extremement faibles (dans des systèmes connus de balayage par ultrasons en vue de produire des coupes par ultrasons, par exemple dans la demande de brevet allemand publiée sous le n0 1.928.367, les surfaces de coupe sont balayées par exemple ligne par ligne au moyen d'impulsions ultrasonores,-une seule impulsion d'émission individuelle étant produite pour chaque li gne#. Dans le procédé de formation d'images de coupes par ultrasons on peut en outre supprimer complètement des réflexions parasites à l'extérieur de la zone d'examen grace à une sélection d'échos en fonction du temps de transit, et on peut supprimer des réflexions parasites dans la zone d'examen grace à une compensation électronique de profondeur, au moins dans la mesure où elles n'apparaissent pratiquement plus dans l'image optique des coupes par ultrasons.Grâce à la compensation ëlectronique de profondeur (par exemple conformément à la demande de brevet allemand' publiée sous le n 2.062.177) on peut également compenser l'absorption, dépendant de la profondeur, des ultrasons dans l'objet dans la mesure où également aucune surimpression de régions proches de la surface ne peut se produire à cause d'impulsions d'écho.Etant donné enfin que, dans le cas du dispositif conforme à l'invention, l'hologramme optique par ultrasons n'est plus obtenu comme précé denitent d'une façon purement acoustico-optique en passant par un hologrammepar ultrasons, mais est obtenu immédiatement de façon optique par L'intermédiaire d'images optiques de coupes par ultrasons ,le danger d'une distorsion d'image å cause de différences acoustico-optiques de longueurs d'onde est éliminé dès le départ et la résolution en profondeur des hologrammes optiques est par conséquent satisfaisante. A titre d'exemple, on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement au dessin annexé une forme de réalisation du dispositif suivant l'invention. La figure 1 représente un exemple de réalisation d'un système de balayage de surfaces par ultrasons, comportant un tube à faisceau cathodique ainsi qu'un dispositif de photographie pour obtenir des images optiques des coupes par ultrasons d'un objet. La figure 2 représente la disposition spatiale d'un générateur optique d'hologrammeset d'un appareil de reproduction d'images des coupes, pour réunir les images individuelles des coupes par ultrasons obtenues à l'aide du dispositif de la figure 1, pour former un hologramme optique conformément à l'invention. En figure 1, la référence 1 désigne un système émetteurrécepteur d'ultrason (texte ultrasonore comportant des plaquettes de cristal piézoélectriques servant d'émetteur/récepteur d'ultrasons), qui est disposé de façon à pouvoirpivoter suivant la direction de la flèche 5 autour d'un axe constitué par la ligne focale 2 d'un réflecteur parabolique cylindrique 3 en étant mû par un dispositif d'entratnement en rotation 4 et de façon à pouvoir avoir un déplacement linéaire suivant la direction de la flèche double 7 en étant ma par un dispositif d'entratnement linéaire 6. L'émetteur du système 1 est relié électriquement à un générateur d'impulsions à haute fréquence 8 qui envoie des impulsions à haute fréquence à l'émetteur à la cadence fournie par un générateur de cadence 9. Chacune de ces impulsions à haute fréquence est transformée dans l'émetteur du système 1 en une impulsion ultrasonore correspondante.Cette impulsion ultrasonore est émise en direction du réflecteur 3, d'où elle est réfléchie et envoyée suivant la direction de la flèche d'incidence 10 dans l'objet examiné 11, par exemple un organe interne au corps humain, qui doit etre représenté dans l'hologramme. Chacune des impulsions ultrasonores envoyées produit sur les différentes couches de l'objet 11 des impulsions d'écho ultrasonores qui sont reçues par le récepteur (par exemple par le cristal d'émission/réception alors branché sur la réception) du système 1 et envoyées au moyen d'une porte électronique 12 ainsi que d'un amplificateur de réception 13 muni d'un dispositif 14 de réglage de compensation de profondeur (par exemple un dispositif conformément à la demande de brevet publiée sous le n9 2.062.177) au cylindre de Wehnelt 15 d'un tube à faisceau cathodique 16. Chaque impulsion d'écho arrivant sur le cylindre de Wehnelt 15 du tube 16 provoque un balayage avec allumage du faisceau électronique du tube. Dans le cas où le système 1 est fixe, l'impulsion d'émission ultrasonore respective suit toujours le morne trajet dans objet 11 (par exemple la direction 10). Les impulsions d'écho produites fournissént donc uniquement une information sur la structure des couches de l'objet le long de ce trajet.Etant donné que cependant, pour la constitution d'un hologramme, la structure en couches d'un grand nombre de surfaces de coupe3 de l'objet 10 est importante, le système 1 est mis en rotation rapide En raison de cette rotation ainsi que des propriétés de réflexion du réflecteur 3, le trajet des impulsions ultrasonores envoyées se déplace parallèlement à 1ui-m8mes Le faisceau impulsionnel ultrasonore de l'émetteur d'ultrasons balaie par conséquent ligne par ligne 1' objet examiné 11 suivant un plan de coupe (par exemple le plan de coupe ll' représenté en pointillé).Une fois le balayage de ce plan réalisé, un simple déplacement longitudinal du système 1 provoque le passage du faisceau impulsionnel ultrasonore dans un plan immédiatement suivant (par exemple le plan de coupe ll") et parallèle au premier plan et le processus de balayage se répète. Grace à la rotation et au décalage pas à pas du système 1 le long de la ligne focale 2 du récepteur 3, l'objet Il est donc balayé ligne par ligne successivement dans le temps suivant des plans de coupe parallèles entre eux Il' , 1V', etc. Pour visualiser les impulsions des coupes obtenues à partir d'un. plan de coupe de l'objet 11, sous la forme d'une image ou vue en coupe ponctuelle correspondante sur ##écran du tube à faisceau cathodique 16, on raccorde au couple 18 des plaques de balayage verticales du tube 16 un premier générateur 19 de tension de balayage, qui (en étant déclenché par la première impulsion d'écho respective arrivant à l'amplificateur 13) forme également l'image des impulsions des coupes reçues successivement dans le temps à partir des diverses profondeurs d'une ligne sous la forme d'une ligne de points verticale sur l'écran du tube 16. Le générateur 21 de tension de balayage, relié au couple 20 des plaques de déviation horizontale du tube 16, sert au contraire à déplacer la ligne sur l'écran du tube à faisceau cathodique proportionnellement à la vitesse de déplacement du faisceau dans le plan de l'objet. De cette façon, on obtient donc sur l'écran du tube à faisceau cathodique 16 une image, constituée de points lumineux, des plans de coupe respectifs 11', 1l" > etc. de l'objet 11. Les points lumineux de cette image présentent sensiblement la méme luminosité (aucune surimpression de régions près de la surface) en raison du réglage de compensation de profondeur réalise à l'aide du dispositif de compensation 14 (compensation de l'affaiblissement des impulsions d'écho, qui augmente lorsque la profondeur de pénétration des impulsions ultrasonores dans ltobjet 1l augmente, au moyen d'un accroissement correspondant dans le temps du coefficient d'amplification dans l'amplificateur 13).L'influence de réflexionsparasitesvagabondesest pratiquement nulle grace à une commande électronique particulière de la porte 12 : la porte 12 est bloquée pendant la durée comprise entre ltémission d'une impulsion d'émission ultrasonore et la réception de la première impulsion d'écho ultrasonore, par les impulsions de blocage produites respectivement par un étage à bascule monos table 17 à la cadence des impulsions de cadence du générateur de cadence 9, 'et ladite porte 12 ##est ouverte qu'ensuite pendant la durée de la réception d'impulsions d'écho provenant de l'objet 11. L'image de points produite sur l'écran du tube 16 reproduit exactement d'une façon ponctuelle la structure en couches de l'objet dans les différents plans de coupe 11', 11'1, etc. Ces images de coupe en forme de points ainsi produites sont alors photographiées à l'aide d'un dispositif de photographie (caméra à Polarotd ou mEme caméra à film), dont la fréquence de prise de vues est de préférence synchronisée avec la fréquence de reproduction d'image du tube à faisceau cathodique. La suite prête (développée) de toutes les images des plans de coupe passe alors dans un appareil de reproduction 23, qui comporte par exemple en représentation schématique un rouleau débiteur 24 ainsi qu'un rouleau récepteur 25 pour le film 26 des images.Chacune des images du film incidentes est explorée par le faisceau laser d'un générateur à laser 27 et les ondes de signal S ainsi produites sont envoyées en meme temps que l'onde de référence R arrivant du réflecteur 28 sur une plaque-hologramme 29 sensible à la lumière. La transmission des différentes images de coupe optiques du film 26 doit s'effectuer correctement conformément aux positions respectives des plans de coupe associés. Pour obtenir cela, on prévoit donc entre 11 appareil de reproduction 23 pour les différentes images de coupe et la plaque-hologramme 29 un dispositif mécanique 30 de déplacement, qui modifie la distance entre le lieu de la reproduction optique des images de coupe (appareil de reproduction 23) et la production de l'hologramme (plaque-hologramme 29), et ce pas à pas lors de l'arrivée d'une nouvelle image de coupe, en correspondance avec le décalage spatial des plans de coupe associés dans l'objet 11. On obtient donc de cette façon sur la plaque-hologramme 29 lthologramme optique tridimensionnel de l'objet 11, constitué par un grand nombre d'images optiques -des plans de coupe par ultrasons. La transmission individuelle des images de coupe de l'appareil de reproduction 23 peut titre réalisée aussi bien selon le procédé d'éclairage par transmission que par le procédé par réflexion. Il est également indiqué de soumettre éventuellement la surface des images de coupe à un traitement préalable, par exemple à les rendre rugueuses, afin d'obtenir une répartition régulière de l'information lumineuse sur toute la surface de la plaque-hologramme 29. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour réaliser des hologrammes optiques d'un objet tridimensionnel, par exemple d'un organe interne du corp humain, en utilisant un système émetteur-récepteur à ultrasons pour injecter des ondes ultrasonores dans l'objet et pour recevoir les ondes ultrasonores en provenance de l'objet, caractérisé par le fait que le système émetteur-récepteur d'ultrasons (1) est constitué de façon à réaliser un balayage ultrasonore de surfaces de coupe (11', ll", etc.) de objet suivant une succession dans le temps et est accouplé à un dispositif de reproduction d'images des coupes (16, 22, 23) prévu pour reproduire les ondes ultrasonores, provenant des différentes surfaces de coupe, sous la forme d'images optiques des coupes par ultrasons, et qu'il est prévu un générateur optique d'hologrammes (27 à 29), qui réunit les images individuelles optiques ainsi obtenues des coupes par ultrasons, conformément à la position spatiale des surfaces de coupes associées dans l'objet, pour former un hologramme optique. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le générateur d'hologrammes (27 à 29) réunit les différentes images optiques des coupes par ultrasons conformément à leur succession d'arrivée , pour former lthologramme optique. 3. Dispositif s##ivant lune des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le système émetteur-récepteur d'ultrasons (1) est constitué de façon à réaliser le balayage successif de plans de coupe réciproquement parallèles de l'objet (11) et le générateur d'hologrammes (27 à 29) réunit les images optiques des plans de coupe parallèles (11', 11", etc.) conformément à leur succession d'arrivée et à la position spatiale parallèle des plans de coupe associés dans l'objet. 4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 â 3, caractérisé par le fait que pour réaliser la réunion des différentes images optiques des coupes par ultrasons conformément à la position dans l'espace des plans de coupe associés dans l'objet, la distance entre les emplacements de la reproduction optique des images des coupes et de 11 enregistrement de l'ho logramme peut titre modifiée pas à pas conformément aux décalages dans l'espace des surfaces des coupes dans 11 objet. 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications l à 4, caractérisé par le fait que le dispositif de reproduction des images des coupes comporte un tube à faisceau cathodique (16) qui transforme les ondes ultrasonores provenant des surfaces des coupes en des oscillogrammes correspondants des surfaces des coupes, ainsi qu'en outre un dispositif de photographie (22) pour réaliser des photographies d'oscillogrammes en tant que base optique des images de coupe pour l'hologramme optique. 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que la fréquence de prise de vue du dispositif de photographie (22) peut être synchronisée avec la fréquence de reproduction d'image du tube à faisceau cathodique (16). 7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le générateur optique- d'hologrammes contient un générateur usuel (27) de rayon laser, dont la lumière d'émission est dirigée d'une part, pour la production des ondes de signal d'image (S), directement sur l'image individuelle optique respective (26) de coupe par ultrasons et d'autre part, pour la production de l'onde de référence (R), sur un réflecteur de lumière (28), la mémoire d'hologramme (29), par exemple la plaque photographique, étant disposée dans le plan d'intersection de l'onde de signal et de l'onde de référence.