Brevet FR2460489A1 — publié le 19810123

La présente invention concerne un circuit de traitement des signaux de réception d'une mosaïque de transducteurs ultraso- nores utilisée en échographie dite de type B. Les systèmes d'examen par échographie ultrasonore qui utilisent une mosaïque de transducteurs ultrasonores répartis sur un certain nombre de lignes et de colonnes selon une disposition matricielle sont connus et utilisés depuis plusieurs années (voir notamment la demande de brevet français No 7 537 929, déposée par la Demanderesse le Il décembre 1975, et qui concerne un échographe de type CI On sait aussi qu'en utilisant pour la réalisation de cette mosaïque un matériau électrostrictif, c'est-à-dire un matériau ne délivrant un signal que s'il est préalablement polarisé, on simpli- fie considérablement la fabrication de la mosaïque: en effet, si n et p sont les nombres de lignes et de colonnes de la mosaïque et si l'on ne polarise qu'une seule ligne à la fois, il suffit de (n+p) fils de connexion pour recevoir (nxp) signaux différents, puisque chaque colonne reçoit le signal correspondant au transduc- teur situé à l'intersection de cette colonne et de celle des lignes qui est polarisée et qu'une polarisation successive de chacune des n lignes permet d'explorer tous les transducteurs de la mosaïque. La demande de brevet déjà citée mentionne le sulfate de triglycine (TGS) comme matériau électrostrictif convenant pour la réalisation de la mosaïque. Une telle substance a cependant un point de Curie (valeur de température au voisinage de laquelle se mani- feste le caractère électrostrictif du matériau) relativement élevé, environ 490C, et cette température n'est pas toujours supportable par un patient. Il peut donc être avantageux, si l'on ne souhaite pas alourdir le dispositif par la présence d'une paroi épaisse iso- lante, d'utiliser un matériau dont le point de Curie correspond à une température plus faible, ou de modifier la composition du TGS pour abaisser son point de Curie, par exemple jusqu'à 370C. L'exploitation des signaux obtenus avec un échographe ultrasonore est parfois confiée à un ordinateur qui permet d'assurer soit une focalisation synthétique à posteriori des signaux qu'il stocke progressivement en mémoire, soit de façon plus ambitieuse une reconstitution de l'image de la partie examinée selon un des algorithmes de reconstruction dont on dispose actuellement. 2 2460489 La mise en oeuvre de ces procédés est cependant relativement lon- gue et donc difficilement admissible pour des examens échographiques que l'on doit effectuer en temps réel: examen d'un foetus vivant, d'un coeur en train de battre, etc... En particulier, l'avantage d'un examen échographique de type B, qui par principe est plus rapide qu'un examen de type C puisqu'on analyse à chaque émission une ligne entière du plan d'examen, ne doit pas être rendu inutile par l'utilisation d'une méthode de traitement des résultats de l'examen trop lente. Le but de l'invention est de proposer un circuit origi- nal de traitement des signaux délivrés au cours d'un examen échographique de type B par une mosaïque de transducteurs ultra- sonores électrostrictifs, destiné à permettre l'obtention rapide d'une image focalisée en poursuite d'échos. L'invention concerne à cet effet, pour une mosaïque com- posée dans le cas présent d'une part de n électrodes pouvant être polarisées indépendamment les unes des autres et disposées suivant des lignes parallèles sur une des faces du matériau électrostrictif constituant la mosaïque et d'autre part de 2p électrodes situées sur l'autre face de ce matériau et placées selon une disposition en colonnes parallèles orientées transversalement aux n lignes (disposition prévue pour qu'à un instant déterminé la connexion de sortie d'une colonne délivre seulement le signal reçu par le trans- ducteur situé à l'intersection de cette colonne et de celle des lignes qui est polarisée), un circuit de traitement caractérisé en ce que les 2p connexions de sortie des colonnes sont reliées par l'intermédiaire de voies distinctes en parallèle comprenant chacune un amplificateur et une ligne à retard variable aux p entrées d'un premier additionneur et en ce que la sortie de ce premier addition- neur est reliée, par l'intermédiaire d'une chatne de (q-l) lignes à retard déterminé, aux entrées respectives de q lignes à retard variable en parallèle dont les sorties sont reliées aux q entrées d'un deuxième additionneur. Les retards des lignes à retard va- riable reliées aux entrées des premier et deuxième additionneurs respectivement sont pilotés de façon que ces lignes à retard constituent l'équivalent d'une première et d'une deuxième lentilles ultrasonores cylindriques, d'axes parallèles aux colonnes et aux 3 2460489 lignes respectivement, et de distance focale croissante. Grâce à cette disposition d'ensemble du circuit, le signal délivré par le deuxième additionneur est un signal qui correspond à une échographie focalisée de type B. D'autres particularités et avantages de l'invention peu- vent être mieux compris en se référant à la description qui suit et au dessin annexé donné à titre d'exemple non limitatif et qui représente le circuit de traitement de signaux conforme à l'inven- tion. Le circuit 1 représenté sur la figure et qui est prévu pour être utilisé dans un système d'échographie à focalisation bidimensionnelle est placé en sortie d'une mosaïque 2 de trans- ducteurs ultrasonores électrostrictifs dont la structure est la suivante. Le matériau actif, qui est par exemple, dans le cas présent, une plaquette rectangulaire 3 de sulfate de triglycine (appelé TGS dans la suite de la description), porte sur l'une de ses faces 4a un jeu de n électrodes disposées suivant des lignes parallèles EL1 à ELn; ces électrodes peuvent être, chacune de façon indépendante, reliées à un circuit de polarisation 5 à l'aide de commutateurs CL1 à CLn (représentés, à des fins de clarté de la figure, comme des interrupteurs mécaniques) commandés selon une séquence de balayage appropriée. Un seul de ces commutateurs (CLi puis CLi+î, etc...) doit être fermé à la fois, en suivant l'ordre géométrique. Sur sa deuxième face 4b, la plaquette de TGS porte un jeu de 2p électrodes disposées en colonnes EC1 à EC2p orientées perpendiculairement aux lignes EL1 à ELn et porteuses chacune d'une connexion de sortie CS1 à CS2p. Il résulte de cette disposition d'ensemble qu'à un instant déterminé la connexion de sortie d'une colonne quelconque délivre exclusivement le signal reçu par le transducteur situé à l'inter- section de cette colonne et de celle des lignes qui, conformément à la séquence de balayage adoptée, est à cet instant polarisée. Selon l'invention, les connexions de sortie CS à CS2p des colonnes sont regroupées deux à deux symétriquement, CS1 avec CS2p, CS2 avec CS2pl,..., Csj avec CS jvtet les p connexions résultantes CR1 à CRp sont reliées, par l'intermédiaire de p voies distinctes en parallèle comprenant chacune un amplificateur A k et 4 2460489 une ligne à retard variable ARVk (avec k variant de 1 à p), aux p entrées d'un additionneur 10. La sortie de cet additionneur 10 est à son tour reliée, par l'intermédiaire d'une chaîne de (q-1) lignes à retard déterminé LRF1 à LRFq 1 aux entrées de q lignes à retard variable BRV1 à BRVq en parallèle; le retard déterminé im- posé par chacune des lignes LRF1 à LRFq-1 est ici égal à la période de répétition de l'émission ultrasonore, ce qui équivaut à effec- tuer l'analyse de la région examinée suivant des directions perpen- diculaires à la mosaïque 2, mais il pourrait avoir une valeur in- férieure ou supérieure à celle de cette période pour permettre une analyse oblique (et non plus à 90 ) selon un angle fixé justement par le choix de cette valeur. Les sorties des q lignes BRV1 à BRVq sont reliées respectivement aux q entrées d'un deuxième addi- tionneur 20, qui délivre en sortie le signal utile du système d'échographie à focalisation bidimensionnelle, c'est-à-dire le signal utilisé pour constituer l'image échographique de type B. Un balayage linéaire de l'image est effectué grâce au jeu des com- mutateurs CL.. Les lignes examinées sont parallèles si la période de répétition ultrasonore est constante; si elle ne l'est pas, les lignes examinées font entre elles un certain angle, et la ré- gion examinée de-vient trapézoïdale. Les retards des lignes ARV1 à ARVp sont pilotés de façon que la première partie du circuit de traitement des signaux ultra- sonores, celle qui est comprise entre les connexions de sortie CSi à CS2p et la sortie du premier additionneur 10, constitue l'équivalent et joue le rôle d'une lentille ultrasonore cylindrique d'axe parallèle aux colonnes, assurant la focalisation des signaux ultrasonores reçus par les colonnes de la mosaïque avec une dis- tance focale régulièrement croissante pour effectuer une poursuite d'échos. Cette distance focale est bien entendu égale à ct/2, si c est la vitesse de propagation du son dans les tissus et t le temps écoulé après l'émission. De même, les retards des lignes BRV, à BRVq sont pilotés de façon que la deuxième partie du circuit de traitement des signaux ultrasonores, celle qui est comprise entre la sortie du premier additionneur 10 et la sortie du deuxième ad- ditionneur 20, constitue l'équivalent et joue le rôle d'une deuxiè- me lentille ultrasonore cylindrique d'axe parallèle aux lignes, assurant la focalisation des signaux ultrasonores reçus par les lignes de la mosaïque avec une distance focale régulièrement crois- sante (égale comme précédemment à ct/2) pour effectuer une pour- suite d'échos). En échographie de type B, l'absence de focalisation à l'émission conduit à une apparition de lobes secondaires plus pro- noncée qu'avec les systèmes échographiques de type C. Il est alors possible de rendre le faisceau ultrasonore émis plus directif en prévoyant, selon une première variante de l'invention, une émission simultanée de plusieurs transducteurs ou, selon une deuxième varian- te de l'invention, une apodisation de ces lobes par la mise en place d'un atténuateur réglable en série entre la sortie de chaque ligne à retard variable et les entrées correspondantes des additionneurs. Il est également possible de réserver la plaquette de TGS pour la fonction de réception et d'obtenir un faisceau d'émission plus étroit en prévoyant, exclusivement pour l'émission, une plaquette de zirconotitanate de plomb par exemple(appelé PZT dans la suite de la description), placée juste au-dessus de la plaquette de TGS; cette plaquette de PZT, nettement plus étroite que celle de TGS, produit un faisceau de dispersion plus faible. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation cités, à partir desquels d'autres variantes peuvent être proposées sans pour cela sortir du cadre de l'invention. On notera par exemple que le circuit selon l'invention peut être entièrement numérique à partir de la sortie du premier addition- neur 10, il suffit pour cela de placer en sortie de cet additionneur un convertisseur analogique-numérique. On bénéficie ainsi de la plus grande sûreté de fonctionnement attachée au traitement numérique de tout signal. Par ailleurs, la réalisation de lignes à retard est plus simple en version numérique qu'en version analogique. On notera également que le circuit décrit et représenté est utilisable quel que soit le matériau électrostrictif utilisé. Le TGS ayant un point de Curie voisin de 490C et impliquant la présence d'une part d'un dispositif pour le maintenir au voisinage de cette température et d'autre part d'un dispositif de protection thermique du patient examiné (par exemple une paroi en caoutchouc), 6 2460489 il peut être avantageux soit de modifier la composition du TGS pour abaisser son point de Curie, par exemple jusqu'à 37C, soit d'utiliser d'autres matériaux dont le point de Curie est voisin de la température ambiante. Il est manifeste, enfin, que l'invention englobe tout système d'examen échographique de type B dans lequel est incor- poré un circuit de traitement conforme à la description qui vient d'être faite. 7 2460489 REVENDICATIONS 1. Circuit de traitement des signaux de réception dé- livrés en réponse aux émissions successives des transducteurs par une mosaïque de transducteurs ultrasonores électrostrictifs composée de n électrodes disposées en lignes parallèles sur une des faces du matériau électrostrictif constituant la mosaïque et pouvant être polarisées indépendamment les unes des autres et de 2p électrodes placées selon une disposition en colonnes pa- rallèles transversales aux n lignes prévue pour qu'à un instant déterminé après l'émission effectuée par un transducteur la con- nexion de sortie d'une colonne quelconque délivre seulement le signal reçu par le transducteur situé à l'intersection de cette colonne et de celle des lignes qui, conformément à une séquence de balayage déterminée, est à cet instant polarisée, caractérisé en ce que les connexions de sortie des colonnes sont regroupées deux a deux symétriquement, en ce que les p connexions résultantes sont reliées, par l'intermédiaire de p voies distinctes compre- nant chacune un amplificateur et une ligne à retard variable, respectivement aux p entrées d'un premier additionneur, et en ce que la sortie de cet additionneur est reliée, par l'intermédiaire d'une chalne de (q-1) lignes à retard déterminé>aux entrées res- pectives de q lignes à retard variable en parallèle dont les sorties sont respectivement reliées au q entrées d'un deuxième additionneur, les retards des lignes à retard variable reliées aux entrées du premier additionneur étant pilotés de façon que ces lignes à retard constituent l'équivalent d'une première lentille ultrasonore cylindrique de distance focale croissante et d'axe parallèle aux colonnes et les retards des lignes à retard varia- ble reliées aux entrées du deuxième additionneur étant pilotés de façon que ces lignes à retard constituent l'équivalent d'une deuxième lentille identique mais d'axe parallèle aux lignes. 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le retard déterminé des (q-1) lignes à retard prévues en sortie du premier additionneur est égal à la période de répéti- tion de l'émission ultrasonore. 3. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le retard déterminé des (q-1) lignes à retard prévues en sortie du premier additionneur est réglable de part et d'autre de la valeur de la période de répétition de l'émission ultra- sonore. 8 2460489 4. Circuit selon l'une des revendications 1 à 3, carac- térisé en ce que les 2p électrodes placées selon une disposition en colonnes parallèles sont orientées perpendiculairement aux n électrodes disposées en lignes parallèles. 5. Circuit selon l'une des revendications 1 à 4, carac- térisé en ce que l'émission ultrasonore est effectuée par plusieui transducteurs. 6. Circuit selon l'une des revendications 1 à 5, carac- térisé en ce qu'un atténuateur réglable est prévu en série entre la sortie de chaque ligne à retard variable et les entrées cor- respondantes des additionneurs. 7. Circuit selon l'une des revendications 1 A 6, carac- térisé en ce que l'émission ultrasonore est effectuée A l'aide d'une mosa!que auxiliaire de dimensions plus faibles que celles de la mosa!que de transducteur électrostrictifs, afin d'obtenir des faisceaux émis plus directifs. 8. Circuit selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un convertisseur analogiquenumérique placé en série entre la sortie du premier additionneur et l'entrée de la cha ne des (q-t) lignes A retard déterminé. rs