Brevet FR2450596A1 — publié le 19801003

La présente invention concerne un échographe à uitrasons émettant des impulsions et recevant des échos, pour effectuer de ltextérieur un examen d'un patient, en vue de l'établissement d'un diagnostic médical. Il est connu d'effectuer une exploration dans un plan transversal ou plan de co#upe, appelé mode B, en déduisant les coordonnées du point examiné à partir du temps d'arrivée de ltécho, ainsi que des coordonnées de la sonde et de la direction du faisceau émis. La variation de cette direction peut être obtenue par rotation de l'émetteur lorsque celui-ci comporte qu' un seul élément transducteur ou par application de retards ou déphasages sur les transducteurs qui composent la sonde lorsque ceux-ci sont multiples. Cette rotation ést#indispensable, puisque l'écho provenant d'une paroi d'un organe n'a une intensité importante que si l'incidence est voisine de la normale. Il est connu par ailleurs d'augmenter la résolution par introduction de déphasages ou retards sur les transducteurs pour focaliser le faisceau à une certaine distance de l'émetteur. L'inconvénient des dispositifs à déplacement et rotation mécaniques, est dû au fait qu'il faut beaucoup de tâ- tonnementspour visualiser un organe en passant par une normale à la paroi. En visualisant l'image on ne voit nettement qu'une partie de cet organe, là où l'incidence est correcte, D'autre part, en focalisant à une distance fixe, la netteté diminue, quand on sort du domaine de la mise au point. Le dispositif suivant l'invention remédie à ces inconvénients et permet d'obtenir une image acoustique en mode B, grâce à une sonde émettrice/réceptrice composée d'un réseau de transducteurs avec un balayage sectoriel et une focalisation dynamique, cette~sonde dtaint montée sur un statif avec des bras articulés permettant de connattre ses coordonnées spatiales et la direction de son axe. Suivant une caractéristique de l'invention, les infor mations sont mises en mémoi-re au cours du balayage et classées avec une adresse correspondant aux coordonnées du point examiné. Un même point étant adressé avec dès incidences différentes, un traitement permet une optimisation de l'image pour la visualisa sation. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre,illustre'e par les figures qui représentent - la figure 1 : un schéma de focalisation d'une sonde composée d'un réseau de transducteurs - la figure 2 : le schéma de l'émetteur de la sonde ; - la figure 3 : le schéma du récepteur de la sonde ; - la figure 4 : le dispositif mécanique de translation et rotation de la sonde ; - la figure 5 : le bloc-diagramme de l'échographe suivant l'invention. La figure 1 montre le principe du balayage d'un plan de coupe à l'aide d'une sonde à ultrasons. Cette sonde qui joue alternativement le rle d'émetteur et de récepteur, se compose de N transducteurs T1,T2, .., rectangulaires de longueur l (perpendi#culaire "à la figure") et de largeur b. La dimension b est faible par rapport à la longueur d'onde dans le milieu de propagation. Le balayage se fait en déplaçant le point M de convergence des ondes issues des transducteurs, le long de -la droite a issue du centre O milieu du réseau, la droites faisant un. angle 8 avec la normale N à ce réseau et le plan de coupe étant exploré en faisant varier 8 Pour obtenir cette convergence au point M sur la droite variable #, il faut introduire des retards sur les signaux émis par les transducteurs tels que d. u. 2u. 2 t. 1 = v .8 + Cos (1) i v - sin + hv cos 8 d. est l'écart entre la surface d'ondeS convergeant en M et le plan du réseau, pour les transducteurs Ti, t. est le retard correspondant, v la vitesse des ondes dans le milieu de propagation, la distance du transducteur Ti à partir de O. F est la distance de focalisation OM. Le terme Ui sin8 de la formule (1) correspond au retard d'un plan d'onde incliné de l'angle e par rapport au plan du réseau, et le terme 2u i cos e au retard d'une onde cylin Fv drique de rayon F par rapport à ce plan . D'ailleurs, la formule (1) suppose que F un, ce qui est pratiquement toujours le cas. La figure 2 montre le schéma de l'émetteur de la sonde. Un générateur commun 21 fournit les signaux qui sont ensuite re- tardés avant d'attaquer les transducteurs T1 ..., T n Chacun des transducteurs est relié à une ligne à retard Ri. C'est ainsi que les transducteurs T1, TN/2 et TN montrés sur les figures sont reliés aux lignes à retard R1 ..., RN. La ligne à retard Ri que l'on peut schématiquement représenter par deux lignes à retard, correspondant aux deux termes de la formule (1), permettent le balayage du plan de coupe. Les signaux retardés sont amplifiés par les amplificateurs A1 ... AN/2,... AN. On obtient ainsi une focalisation sur la droite a N/2 issue du centre du réseau, faisant l'angle e avec la normale N. Les lignes à retard sont commandées par des signaux provenant d'un organe central de commande, c'est ainsi que les lignes à retard R1 1 et R2 1 reçoivent les signaux de commande et La figure 3 donne le schéma du récepteur. Les transducteurs T1 ..., TN/2 ..., TN sont reliés chacun à une ligne à retard telle que Ri et leurs signaux sont sommés dans le sommateur 30. De même que pour l'émission, les signaux mis sur les lignes à retard proviennent de l'organe central de commande. Suivant l'invention, en plus du balayage électronique, le système comprend un dispositif de balayage mécanique appelé pantographe, montré par la figure 4. Ce pantographe comprend deux tiges 41 et 42, articulées autour des axes M1 et M2. L'-axe M1 est fixe et l'axe M2 est lié à la tige 41. La sonde 1 est portée par une monture 43 articulée autour d'un axe M3 lié à la tige 42. Au cours de l'examen d'un malade la sonde reste au contact de la peau m. Par rapport à un système d'axes tel que Mlx et Moly, on peut connaître la position du point de focalisation M connaissant les angles H1, 82 et 83 ainsi que les données du balayage électronique e et F. 21 est l'angle que fait l'axe Mlx avec la tige 41, 82 est l'angle des tiges 41 et 42, et 83 est l'angle que fait la tige 42 avec la normale à la sonde 1. Les coordonnées de M, x et y peuvent être calculées à partir de la relation --- > --- M1M M1M2 + M M + M30 + OM (2) Les longueurs (2) |M1M2| , |M2M3| et |M3O| étant connues on trouve les x et y par la relation. x = x + vt cos ( Ct,) et (3) y = y0 + vt sin (S -o6) où x et yO sont les coordonnées du point 0, et OM = vt où t est le temps et &alpha; est l'angle formé par la normale au réseau N avec l'axe x. La figure 5 donne un exemple d'un schéma de#réalisa- tion d'un échographe suivant l'invention. La sonde est montée sur le pantographe formant l'ensemble 50. Les#angles el, #2 et 83 sont mesurés par des codeurs angulaires et les valeurs correspondantes sont transmises à un microprocesseur 51 par les entrées L1, L2 et L3, qui reçoit par ailleurs des signaux d'horloge H. Une mémoire programmée 52 contient les valeurs des signaux à appliquer sur les lignes à retard Ri des figures 2 et 3 en fonction du temps, pour obtenir -1 le balayage électronique souhaité, sous le contrôle du microprocesseur 51. On a représenté les commutateurs C1 ... CN qui permettent de passer de l'émission à la réception sous le contrôle de l'horloge H. Les signaux fournis par le circuit de réception 3 sont appliqués à un amplificateur à gain variable dans le temps.53# pour compenser les pertes à la propagation. Le gain est controlé par une mémoire vive 55, inscrite sous le contrôle du microprocesseur 51, qui correspond à un ordre donné sur le terminal 54 par l'opérateur. Ce dernier peut faire un choix pour rendre certains détails de l'image plus visibles-. Les signaux amplifiés par l'amplificateur 53 sont détectés dans le circuit 56 et appliqués au circuit de conversion analogique-numérique 57. Ces signaux numériques entrent dans la mémoire tampon 58 et elle peut transférer le contenu dans la mémoire centrale 500. Etant donné que suivant l'invention un même point M est examiné plusieurs fois pour des valeurs différentes des angles 8 82, 83 et 8 sous le contrôle du microprocesseur 51 et du terminal 54, une mémoire vive 580 est inscrite, contenant les instructions pour la décision concernant l'intensité du point M. On peut choisir par exemple, entre ne prendre que la valeur la plus grande, ou prendre la moyenne. Le calcul correspondant est exécuté par le circuit 59 qui communique avec la mémoire vive 580, la mémoire tampon 58 et la mémoire centrale 500. Les adresses de la mémoire 500 qui sont les coordonnées x et y calculées d'après la relation 3 sont déterminées dans le circuit 510, qui communique avec le microprocesseur 51. Etant donné la dynamique de l'écran de visualisation de 11 image 540, on ajuste le signal de sortie2de la mémoire centrale par un amplificateur à gain variable 520. Le signal de gain appelé contrôle de gamma, provient de la mémoire 530 sous le contrôle du programme choisi dans le terminal 54. Dans une réalisation préférentielle on peut travailler à différentes fréquences, par exemple : 2,25 MHz, 3,5 MHz, 5 MHz, 7 MHz. A chacune de ces fréquences sorrespondune sonde et un émetteur qui lui est associé. La mémoire 500 de la figure 5 a une capacité de 256 x 256 x 16 bits. Chaque mot représente une case du plan dont la dimension dépend de la fréquence d'échantillonnage du convertisseur analogique numérique 57. Dans cette réalisation, les 16 bits sont utilisés pour le calcul nécessaire à l'optimisation, les 8 bits de plus fort poids servant à la visualisation finale. Dans cette réalisation, pour une direction du faisceau de la sonde d'angle 8, on.change cinq fois la focalisation du faisceau, ceci co#mpte tenu de la profondeur de champ. A chaque variation de 8 correspondent donc 5 impulsions et 5 changements des retards des circuits R2 1 à R2 N des figures 2 et 3. A chaque changement de 0, correspond en plus un changement des retards des circuits R1 1 à R1 N de ces figures. On a ainsi décrit un échographe à ultrasons par balayage manuel et électronique qui présente par rapport à l'art antérieur l'avantage d'une simplification et d'une meilleure reproductibilité. Le balayage est plus rapide par suite du balayage électronique. La qualité de l'image est améliorée grace à la visualisation dynamique. On notera également que l'augmentation de mesures indépendantes pour un même point de l'image permet d'une part d'augmenter le rapport signal sur parasites et d'autre part de diminuer l'effet de structure granulaire (speckle effect) qui apparait lorsque l'on réalise des images en ondes cohérentes. REVENDICATIONS 1) Echographe à ultrasons pour l'examen de l'intérieur d'un patient, fonctionnant à la fréquence f, comprenant : une sondetl)composée d'un réseau de transducteurs pour l'émission ou la réception, un générateur d'impulsions (21) à la fréquence f, chacun des transducteurs étant relié pendant la phase d'émission, au générateur à travers au moins une ligne à retard, et chacun des transducteurs étant également relié, pendant la phase de réception, à au moins une ligne å retard, tous les signaux de réception retardés étant additionnés dans un sommateur(30\, les lignes à retard assurant en réception et en émission un balayage angulaire et une focalisation dynamique, caractérisé par le fait que la sonde est montée sur un dispositif mécanique à tiges articulées du type pantographe qui permettent une translation et une rotation de la sonde, le pantographe comportant un moyen de mesure des angles 81,82 et #3 définissant la position et la direction de la sonde et que l'image d'un plan de coupe de l'intérieur d'un patient en mode B est obtenue par la translation, la rotation mécanique, du balayage et de la focalisation électronique. 2) Echographe suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que les signaux reçus par la sonde (1) sont appliqués au récepteur (3), détectés par un circuit (56) et appliqués à un circuit de conversion analogique-numérique (57) et les informations sont mises dans une mémoire tampon (58) communiquant avec une mémoire centrale (500), qu'un microprocesseur (51) communique avec la mémoire préprogrammée (52), qui fournit les valeurs de ret-ard aux différentes lignes à retard, que les valeurs des angles du pantographe 8 82 et S3 sont appliqués au microprocesseur (51) qui élabore les coordonnées de la case adressée qu'elle transmet à la mémoire centrale (500) et ~que les informations stockées dans la mémoire centrale sont utilisées à la fin d'un cycle .de balayages pour commander un écran de visualisation (540) et qu'une unité de traitement (59),communiquant avec la mémoire tampon et la mémoire centrale traite les informations correspondant à une même case, suivant un programme stocké dans une mémoire vive (580) reliée au microprocesseur et commande le transfert à la mémoire centrale (500). 3) Echographe suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le programme de traitement correspondant à une même case est choisi sur un terminal (54), communiquant avec le microprocesseur, qui commande la charge de la mémoire vive (580), qui fournit le programme de traitement au circuit de calcul (59) 4) Echographe suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que le programme de la mémoire vive (580) est tel que le circuit de traitement (59) commande la conservation dans la mémoire centrale (500) de la valeur la plus grande trouvée pour chaque case au cours des différents balayages. 5) Echographe suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que le programme de la mémoire vive (580) est tel que le circuit de traitement (59) commande le transfert de la valeur finale d'une case qui est la moyenne des valeurs trouvées au cours des balayages. 6) Echographe suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le terminal permet de sélectionner un programme pour le transfert de laya mémoire centrale (500) à la visualisation par l'intermédiaire d'une mémoire vive (530) chargée par le microprocesseur 54), cette mémoire communiquant avec un amplificateur à gain variable (520) qui amplifie les signaux provenant de la mémoire centrale. 7) Echographe suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que les signaux fournis par le récepteur (3) sont amplifiés par un amplificateur à gain variable dans le temps commandé par le microprocesseur(51\.