Brevet FR2485748A1 — publié le 19811231

L'invention concerne un scanner ultra- sonique à double balayage faisant partie du domaine des scanners à formation d'images dynamiques dans lesquels on envoie des ondes ultrasoniques sur les objets à observer pour détecter ensuite les échos réfléchis par ces objets afin de former des images. Les anners à ultrasons de ce type sont particulièrement utiles pour les applications médiales. L'échographie transversale est une technique couramment utilisée pour obtenir des images en deux dimensions de tranches transversales d'anatomie humaine. L'écho- graphie ou imagerie dynamique en deux dimensions concerne les techniques et les dispositifs permettant de produire ces images séquentiellement et à une cadence suffisamment élevée pour obtenir une visualisation dynamique des organes en mouvement. De nombreuses variantes de scanners ultrasoniques sont décrites dans les brevets USA n0 2.483.821 de Firestone, 3.269.173 de von Ardenne, et 3.362. 501 de Lenahan dans les brevets Allemands n0 2.601.559, 2.529.112 et 1. 001.977 et dans le brevet URSS n0 184.000. De plus, les scanners à ultrasons sont décrits dans les publications de Kossoff et Cie, "Visualisation ultrasonique en deux dimensions pour diagnostic médical" J. A.S.A. Novembre 1968, pages 1310 à 1317, et de Bacon, "Nouveaux développements des transducteurs ultrasoniques et de leurs applications aux tests non destructifs", Tests non Destructifs, mai-juin 1961 pages 184 à 187. L'une des principales différences entre les divers scaâners ultrasoniques de formation d'images dynami- ques, est liée à la géométrie des images transversales produites par le scanner. Dans un type très courant de scanner appelé scanner à secteur, la section transversale dont on forme l'image est constituée par un secteur circulaire présentant un angle instrit se situant typiquement entre 60 et 900. Dans la mesure du possible, le centre du secteur de balayage, c'est-à- dire le centre à partir duquel le secteur diverge, se place sur la peau ou au voisinage de la peau du patient, de manière à permettre la visualisation de l'anatomie humaine à travers de petites "fenêtres" acoustiques situées dans les différents espaces intercostaux. Ces fenêtres acoustiques sont des 2 2485748 endroits du corps humain ne se situant pas directement au- dessous Èbs structures réflectrices des ultrasons telles que les c8tes, le sternum ou autres tissus osseux, et assurant également une bonne transmission des ultrasons entre la peau et les organes à observer qui sont essentiellement des tissus mous et/ou fluides, car les ultrasons ne passent pas à travers l'air (comme dans l'estomac par exemple), ni à travers les poumons ou les os. Ces fenêtres acoustiques se trouvent donc essentielle- ment dans les espaces intercostaux c'est-à-dire entre les côtes. L'utilité d'un scanner à secteur repose ainsi sur sa faculté de produire une image étroite au voisinage ou à l'endroit d'une fenêtre acoustique (c'est-à-dire au voisinage ou à l'endroit de la peau), cette image s'écartant ensuite en éventail au-dessous de la fenêtre acoustique. Sans cette caractéristique de déplacement en éventail, le champ d'observation effectif du scanner serait très fortement limité par les côtes ou autres structures gênantes. Les caractéristiques imposées à ces scanners à secteurs sont remplies par les scanners de type à réseaux en phase tels que ceux décrits dans le brevet allemand no 2.529.112, et par les scanneurs mécaniques tels que ceux décrits dans le brevet USA no 4.143.554 déposé par Nagy et Cie et attribué au mandataire de la présente invention. La géométrie des scanners du type ci- dessus appelés scanners à secteurs centrés sur la peau, présente un certain nombre d'inconvénients. Par suite de la position du centre de balayage sur la peau ou au voisinage de celle-ci (ce qui est nécessaire pour permettre une formation d'images à travers de petites fenêtres acoustiques), la largeur de l'image aux faibles profondeurs de pénétration, c'est-à-dire au voisinage du centre ou de l'origine du secteur, est nécessairement faible. Bien que ce mode de fonctionnement soit souhaitable lorsque le balayage doit traverser une petite fenêtre acoustique, les organes ou caractéristiques anatomiques situés au voisinage de la peau, ne sont que partiellement analysés en images par ce type de scanner. Dans certaines zones anatomiques telles que le bas de l'abdomen, les fenêtres acoustiques ne sont cepen- dant pas si petites et la géométrie à secteur centré sur la peau limite sans nécessité le champ d'observation des scanners. 3 2485748 Il est alors préférable, dans de tels cas, d'utiliser des scan- ners dont le centre de balayage soit placé à une certaine distance de lapeau. Si le centre de balayage est écarté de la peau, le secteur de balayage présente alors une largeur importante au niveau de la peau, ce qui donne un large champ d'observation au voisinage de la peau. De tels scanners à secteurs à grande ouverture, sont disponibles dans le commerce. On a donc, jusqu'à maintenant, choisi soit un scanner à secteur centré sur la peau, soit un scanner à secteur à grande ouverture, suivant le type de problème d'ob- servation posé. Il existe cependant beaucoup de cas o il est sou haitable de pouvoir disposer à la fois d'un balayage centré sur la peau et d'un balayage à grande ouverture pour observer un organe ou une structure anatomique donnés. Pour obtenir des pos- sibilité de balayage complètes il faut alors utiliser deux instruments séparés, ce qui augmente les coûts d'installation et les temps d'examen. L-tinvention a pour principal but de pallier les inconvénients ci-dessus de l'art antérieur en créant un scanner à secteurs comprenant à la fois un balayage à secteur centré sur la peau et un balayage à secteur à grande ouverture. L'invention a également pour but e créer un scanner à double balayage, comme indiqué ci-dessus, qui soit à la fois simple à réaliser et facile à faire fonction- ner. L'invention a encore pour but de créer un scanner pouvant n'utiliser qu'un seul ensemble de transduc- teurs ultrasoniques pour effectuer à la fois un balayage centré sur la peau et un balayage à grande ouverture. A cet effet l'invention concerne un scanner ultrasonique à double balayage, scanner caractérisé en ce qu'il comprend un ou plusieurs transducteurs ultrasoniques montés de manière mobile à l'intérieur d'un boitier, des moyens d'entraînement de ces transducteurs sur une trajectoire courbe à l'intérieur du boitier, un premier dispositif réflecteur placé sur la trajectoire courbe de manière à recevoir et à réfléchir les ondes ultrasoniques émises par les tranducteurs, ce premier dispositif réflecteur étant orienté par rapport aux ondes ultrasoniques de façon que celles-ci balayent le premier 4o dispositif réflecteur et convergent, après réflexion, en un point situé à une distance prédéterminée devant le premier dis- positif réflecteur; et un second dispositif réflecteur placé sur la trajectoire courbe de manière à recevoir et à réfléchir les ondes ultrasoniques émises par les transducteurs, ce second dispositif réflecteur étant orienté par rapport aux ondes ultrasoniques de manière à faire diverger celles-ci à leur sortie du boitier. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus elairement à la lecture de la description détaillée quiúuit et qui se réfère aux dessins ci- joints dans. lesquels: - la figure 1 est une vue en perspec- tive du scanner selon l'invention; - la figure 2 est une vue de ce scanner, en coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1; --la figure 3 est un schéma de balayage de la partie à secteur centré sur la peau, selon l'invention; - la figure 4 est un schéma de balayage de là partie à secteur à grande ouverture, selon l'invention; - la figure 5 est une vue de dessus du scanner selon l'invention, en coupe suivant la ligne 5-5 de la figure 2; et - la figure 6 est une-vue de c8té, en coupe, d'une variante de réalisation d'un scanner selon l'in- vention, utilisant un transducteur supplémentaire permettant d'obtenir une information de mode M ou d'écho d3ppler en impulsions. Sur la figure 1, le scanner 10 selon l'invention comprend un boitier muni d'une partie supérieure de forme générale cylindrique 11 et une partie inférieure de forme générale également cylindrique 12. Une fenêtre de sortie de balayage à centrage sur la peau 14 est placée sur le fond de la partie 12. Bien que cette fenêtre de sortie 14 puisse être simplement constituée par une membrane plate, la forme préférée de réalisation représentée ici utilise une protubérance à l'endroit de la fenêtre de sortie, pour séparer du patient le reste du fond du scanner 10. Cette fenêtre 14 peut être réalisée dans une grande variété de matériaux compre- nant notamment, mais pas exclusivement, les matières plastiques (polycarbonates et polyéthylène) et le caoutchouc dur. Sur le c8té de la partie 12 se trouve une fenêtre de balayage de secteur à grande ouverture 16 pouvant être réalisée dans le même matériau que la fenêtre 14. Le scanner de la figure 1 produit ainsi un balayage à secteur centré sur la peau 18 sortant par la fenêtre 14, et un balayage à secteur à grande ouverture 20 sortant par la fenêtre 16. Quand le scanner 10 est placé de façon que la fenUtre 14 soit en contact avec la peau du patient, le secteur de balayage 18 se trouve très près de la surface de la peau, tandis que le balayage du secteur 20 est relativement large à l'endroit de la surface de la peau. L'utilisation simultanée de ces deux types de secteurs de balayage permet d'augmenter considérablement l'efficacité du scanner. Sur la figure 2, le scanner 10 comporte un arbre de rotation 22 partant de la partie supérieure du bottier 11 pour-pénétrer dans la partie inférieure 12 en traver- sant une ouverture 24. Cette ouverture 24 est munie d'une structure de joint 26 destinée à empêcher les fuites du fluide 28 contenu dans la partie inférieure 12. L'arbre 22 est entraîné par un moteur (non représenté) placé dans la partie supérieure 11. Le r8le du fluide 28 est d'augmenter l'angle du secteur de balayage, comme cela est décrit en détail dans le brevet USA nO 4.143.554 déposé le 13 mars 1979 par Nagy et Cie, ce bevet étant indiqué ici à titre de référence. Dans le bas de l'arbre 22 est fixée une plaque de support de transducteurs circulaire horizontale 30. Sur la plaque de support 30 sont fixés un ou plusieurs transducteurs 32 dirigés vers le bas à partir de son extrémité. Ces transducteurs 32 sont branchés par des fils (non représentés) traversant la plaque de support 30 et l'arbre 22 dont le centre est creux. Ces fils conducteurs transmettent les informations entre les transducteurs 32 et les équipements de traitement d'information associés au scanner 10. Lorsque l'arbre 22 tourne, les trans- ducteurs 32 suivent une trajectoire courbe dans la partie de boîtier 12. Les transducteurs 32 produisent des signaux dirigés vers le centre de la partie de boîtier 12. Un bloc de support 38 en matériau atténuateur tel que du polyéthylène, est fixé dans le bas de la partie 12 au-dessous de l'arbre 22 et de la plaque de support 30. Une paire de réflecteurs 34 et 36 sont fixés au bloc de support sur les côtés opposés de celui-ci. Le réflecteur 34 sert à former le secteur de balayage 18 centré sur la peau, et le réflecteur 36 participe à la formation du secteur de balayage à grande ouverture 20. Le bloc de support 38 sert à absorber toutes les ondes ultrasoniques traversant les réflecteurs 34 et 36 pour éviter ainsi les interférences. Le fonctionnement de la partie de balayage à centrage sur la peau, selon l'invention, est exactement le même que celui du scanner décrit dans le brevet USA no 4.143.554 mentionné ci-dessus. L'invention combine le fonctionnement du scanner décrit dans ce brevet avec le fonction- nement d'un scanner à secteur de balayage à grande ouverture, sans nécessiter l'utilisation de transducteurs supplémentaires. Lorsque le transducteurs 32 décrivent une trajectoire courbe à l'intérieur de la partie de boitier 12, ces transducteurs viennent alternativement en face des miroirs 34 et 36. Lorsque ces transducteurs balayent les réflecteurs 34 on obtient un balayage à centrage sur la peau, comme indiqué sur la figure 3. Les ondes ultrasoniques produites par le transducteur 32 suivent une trajectoire 18a jusqu'à ce qu'elles rencontrent le réflec- teur 34. Les ondes réfléchies qui en émergent, appelées 18b, forment alors un secteur de balayage plan. Pour produire un secteur de balayage à grande ouverture, les ondes ultrasoniques 20a issues des transducteurs 32 sont réfléchies par le réflecteur 36 suivant une trajectoire 20b et viennent frapper un réflecteur supérieur 40. Une structure de support 42 en matériau atténuateur sert à fixer en place le réflecteur 40. Les ondes ultrasoniques se réfléchissent sur le réflecteur 40 et suivent une trajectoire c traversant la fenêtre 16. La formation du secteur de bala- yage à grande ouverture est représentée sur la figure 4.Bien que les ondes ultrasoniques soient dirigées initialement vers le centre de la partie de bottier 12, l'orientation de ces ondes est modifiée par les réflecteurs 36 et 40 de façon qu'elles sortent par le c8té de la partie de bottier 12. La position des réflecteurs est choisie de façon que les ondes ultrasoniques semblent provenir d'un point situé derrière le réflecteur 40, à l'intersection des lignes en pointillés 41. En général les positions des réflecteurs doivent être choisies de façon que le point de Localisation effectif coïncide avec l'axe de rotation de l'arbre 22, bien que cette condition ne soit pas critique. La caractéristique importante à respecter dans la mise en place des réflecteurs 36 et 40 est qu'ils fonctionnent de façon que les ondes 20c sortant par les fenêtres 16, aient suffisamment divergé au moment o elles atteignent le patient. Dans la forme préférée de réalisation de l'invention, les ondes 20c divergent avant ou juste au moment o elles viennent frapper.le réflecteur 40 (c'est-à-dire que le point de focalisation effectif se trouve derrière le réflecteur 40). On peut cependant obtenir également un bon fonctionnement avec un point de focalisation placé devant le réflecteur 40, car les ondes 20c peuvent encore diverger à partir de ce point avant d'atteindre le patient. En se référant maintenant à la figure , on peut constater qu'il est possible d'utiliser le même ensemble de transducteurs pour obtenir à la fois le secteur de balayage à centrage sur la peau et le secteur de balayage, a grande ouverture. En supposant par exemple qu'on utilise quatre transducteurs 32a à 32d, le transducteur 32a peut servir à produire le balayage à grande ouverture tandis que le trans- ducteur 32c sert simultanément à produire le balayage à centrage sur la peau. L'excitation des transducteurs 32 peut se commander par des moyens de commutation électroniques convena- bles, de façon que l'information reçue des secteurs de balayage soit convenablement analysée (c'est-à-dire de façon que l'information relative au balayage à centrage sur la peau ne se confonde pas avec l'information relative au balayage à grande ouverture). Dans le scanner selon l'invention, la plaque de support 30 peut avoir une forme de disque, et peut être réalisée dans un matériau transparent aux ondes ultraso- niques, pour permettre ainsi aux ondes réfléchies par le réflec- teur 36, de traverser la plaque 30 et de venir frapper le réflec- teur 40. Un matériau relativement transparent aux ondes ultra- soniques est le polyéthylène mince. Dans une variante de réalisation, la plaque de support 30 peut être percée d'ouver- tures, comme indiqué sur la figure 5, de façon que les ondes ultrasoniques atteignent le réflecteur supérieur 40 et repartent 4o de celui-ci. De plus bien qu'on ait représenté le réflecteur 40 monté en position fixe, ce réflecteur peut être réglable dans le sens de la flèche 43 (figure 2) de manière à permettre à l'uti- lisateur le réglage de la position du centre de balayage. La figure 6 représente une variante de réalisation de l'invention comprenant un transducteur fixe 44 placé au-dessus du réflecteur 40 (avec un mince support 39) de manière à produire une onde alignée avec l'une des ondes 18b. Dans ce cas le réflecteur 34 est partiellement réflecteur plut8t que totalement réflecteur, de manière à permettre aux ondes ultrasoniques produites par le transducteur 44 de rayonner, à travers le réflecteur 34, en coincidence avec l'une des lignes du secteur de balayage, ce qui permet ainsi d'obtenir simulta- nément une information de mode M ou d'écho d6ppler pulsé, en complète coïncidence avec les lignes du secteur de balayage. Les détails d'utilisation d'un transducteur supplémentaire, de la manière indiqué cidessus, sont complètement décrits dans le brevet USA no 4.143.554 mentionné plus haut. En résumé l'invention concerne donc un scanner ultrasonique à double balayage permettant dobtenir à la fois, au moyen d'un seul ensemble de trandducteurs, un balayage par secteur centré sur la peau et un balayage par secteur à grande ouverture. Bien que les transcuteurs soient tournées vers l'intérieur, la conception de l'invention permet d'obtenir un balayage tourné vers l'extérieur. D'autre part bien qu'on ait décrit ici des formes préférées de réalisation de l'invention, de nombreuses modifications et variantes sont possibles, dans le cadre de l'invention, comme cela apparaîtra à l'évidence aux spécialistes de la question. En particulier le nombre et le type de fonctionnement (cycle utile par exemple) des transducteurs, peut varier suivant le type de balayage voulu. Dans certains cas on peut ne pas avoir besoin de tous les transducteurs servant à produire le secteur à centrage sur la peau, pour produire le balayage à secteur à grande ouverture. REVENDICATIONS 1.- Scanner ultrasonique à double balayage, scanner (10) caractérisé en ce qu'il comprend un ou plusieurs transducteurs ultrasoniques (32) montés de manière mobile à l'intérieur d'un bottier (12); des moyens d'entra nement (22, 30) de ces transducteurs (32) sur une trajectoire courbe à l'intérieur du bottier (12); un premier dispositif réflecteur i) placé sur la trajectoire courbe de manière à recevoir et à réfléchir les ondes ultrasoniques émises par les transducteurs (32), ce premier dispositif réflecteur étant orienté par rapport aux ondes ultrasoniques (18a, 18b) de façon que celles-ci balayent le premier dispositif réflecteur et convergent, après réflexion, en un point situé à une distance prédéterminée devant le premier dispositif réflecteur (34); et un second dispositif réflecteur (36, 40) placé sur la trajectoire courbe de manière à recevoir et à réfléchir les ondes ultrasoniques (20a, 20b) émises par les transducteurs (32), ce second dispositif réflecteur (36, 40) étant orienté par rapport aux ondes ultrasoniques de manière à faire diverger celles-ci à leur sortie du bottier (12). 2.- Scanner selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier dispositif réflecteur comprend une surface réfléchissante unique (34) formant un angle destiné à faire sortir les ondes ultrasoniques par le fond du bottier (12), et en ce que le second dispositif réflecteur comprend au moins deux surfaces réfléchissantes (36, 40) formant un angle destiné à faire sortir les ondes ultrasoniques par le c8té du bottier (12). -- 3.- Scanner selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le second dispositif réflecteur comprend un réflecteur inférieur (36) recevant les ondes ultrasoniques émises par les transducteurs (32) et se plaçnt à une certaine distance horizontale du premier dispositif réflecteur (34), et un réflecteur supérieur (40) recevant les ondes ultrasoniques (20b) réfléchies par le réflecteur inférieur (36) pour les diriger vers l'extérieur du scanner. 4.- Scanner selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le second dispositif réflecteur (36, 40) est réglable de manière à commander la 4 position du faisceau de balayage (20c) réfléchi par le second réflecteur (40). 5.- Scanner selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le premier dispositif réflecteur (34) et le réflecteur inférieur (36) du second dispositif réflecteur, sont fixés à un bloc de support (38) en matériau atténuateur, ce matériau atténuateur étant destiné à absorber les ondes ultrasoniques. 6.- Scanner selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens d'entrat- nement comprennent un support de transducteur (30) sur lequel se fixent les transducteurs (32), et un arbre tournant (22) monté sur le support de transducteur perpendiculairement à celui-ci. 7.- Scanner selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le bottier (12) comporte deux fenêtres de sortie, la première fenêtre de sortie (14) permettant aux ondes ultrasoniques du premier dispositif réflecteur (34) de sortir du bottier (12), et la seconde fenêtre de sortie (16) permettant aux ondes ultrasoniques du second dispositif réflecteur (36, 40) de sortir du bottier (12). 8.-- Scanner selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les fenêtres de sortie sont en matière plastique. 9.- Scanner selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les fenêtres de sortie sont en caoutchouc. 10.- Scanner selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la première fenêtre de sortie (14) comporte une partie en saillie se situant sur le fond du bottier (12)-de manière à écarter celui-ci du sujet à observer. 11.- Scanner ultrasonique à double balayage selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, scanner caractérisé enoe qu'il comprend un bottier (12) muni d'une fenêtre de sortie inférieure (14) et d'une fenêtre de sortie latérale (16) ; un arbre rotatif (22) pénétrant dans le boîtier (12) par le sommet de celui-ci; une plaque de support de transducteurs (30) montée perpendiculairement à cet arbre (22); un ou plusieurs tansducteurs ultrasoniques (32) fixés à l'extrémité de la plaque de support (30) et tournés vers l'intérieur en direction de l'axe de rotation de l'arbre 1 1 2485748 (22); un premier dispositif réflecteur (34) placé dans le bottier (12) entre les transducteurs et l'axe de rotation de l'arbre (22), de manière à diriger les ondes ultrasoniques émises par les transducteurs (32) à travers la fenêtre de sortie inférieure (14); et un second dispositif réflecteur (36, 4o) placé dans le bottier (12) entre les transducteurs et l'axe de rotation de l'arbre (22),de manière à diriger les ondes ultra- soniques émises par les transducteurs (32) à travers la fenêtre de sortie latérale (16). 12.- Scanner selon la revendication 11, caractérisé en ce que le premier dispositif réflecteur comprend un réflecteur unique (34) faisant converger les ondes ultra- soniques émises par les transducteurs (32) et réfléchies par ce réflecteur, vers un point placé au voisinage de la fenêtre de sortie inférieure (14) pour produire ainsi un faisceau d'obser- vation centré sur la peau; et en ce que le second dispositif réflecteur comprend un réflecteur inférieur (36) espacé hori- zontalement du premier dispositif réflecteur (34) et formant un angle destiné à réfléchir les ondes ultrasoniques vers le haut, et un réflecteur supérieur (40) placé au-dessus du réflecteur inférieur (36) en formant un angle destiné à réfléchir les ondes ultrasoniques venant du réflecteur inférieur pour les faire sortir en divergeant à travers la fenêtre de sortie latérale (16). 13.- Scanner selon l'une quelconque des revendications 11 et 12, caractérisé en ce que les transducteurs (32) sont placés au-dessous de la plaque de support (30) et sont espacés horizonralement par rapport au premier dispositif réflecteur (3Yi) et au réflecteur inférieur (36); en ce que le réflecteur supérieur (40) est placé au-dessus de la plaque de support (30); et en ce que la plaque de support (30) permet le passage des ondes ultrasoniques. 14.- Scanner selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que la plaque de sup- port (30) comporte une ou plusieurs ouvertures permettant le passage des ondes ultrasoniques. 15.- Scanner selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, caractérisé en ce que la plaque de support (30) est réalisée dans un matériau transparent aux ondes ultrasoniques. 12 2485748 16.- Scanner selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que le premier disposi- tif réflecteur (34) est partiellement réflecteur et comporte en outre un transducteur fixe-(44) placé dans le bottier (12) de manière à diriger les ondes ultrasoniques à travers le premier dispositif réflecteur (34), suivant une trajectoire coïncidant exactement avec les ondes ultrasoniques réfléchies par le premier réflecteur (34).