Brevet FR2476867A1 — publié le 19810828

La présente invention concerne un dispositif visualisateur de formation d'image par échos d'impulsions ultrasonores à résolution élevée et, plus particulièrement, un semblable dispositif utilisant un appareil de formation d'image en balayage de type B électronique. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 4 131 021 décrit de nombreux modes de réalisation d'un dispositif visualisateur de formation d'image par échos d'impulsions ultrasonores a résolution élevée, dont certains utilisent un appareil de formation d'image en balayage de type C électronique L'appareil de formation d'image en balayage de type B de l'invention fait appel à certaines particula rités du mode de réalisation de l'appareil Ue formation d'image en balayage de type C électronique qui est présenté sur la figure 6 du brevet cité.Toutefois, l'appareil de formation d'image en balayage de type B de l'invention contient également certaines particularités nouvelles, qui permettent d'obtenir un dispositif visualisateur de formation d'image en balayage de type B par échos d'impulsions ultrasonores à résolution élevée qui est plus simple, moins cossteux et plus fiable que cela n'était possible jusqu'ici, Selon les principes de l'iaventiou, un transducteur fixe de type nouveau produit un faisceau de balayage par ondes ultrasonoros pulsées, qui vient frapper une structure dont on veut former une image. Un unique amplificateur3 possédant une impédance dlentrée faible, est connecté en permanence à une électrode donnée dU transducteur.Cet unique amplificateur traite tous les échos détectés qui sont renvoyés au transducteur fixe par la structure soumise aux ultr- sons. Le transducteur de type nouveau comprend une barre longitudinale de matériau piézo-électrique dont une des deux faces longitudinales opposées est sensiblement revêtue par ladite électrode donnée. Répartis de façon sensiblement uniforme suivant la longueur de l'autre des deux faces longitudinales de la barre, se trouvent un ensemble d'un nombre prédéterminé3 supérieur à I, d'électrodes distinctes. Plusieurs ispul- sions successives d'une série d'impulsions ultrasonores sont appui quées, à leur tour, à chaque électrode de l'ensemble d'1ectrodas distinctes. La description suivante, conçue s titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages ; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels la figure 1 est un schéma de principe d'un appareil de formation d'image à partir d'échos d'impulsions ultrasonores en balayage de type B constituant un 8ode de réalisation de l'invention la figure 2 représente de façon plus détaillée la structure du transducteur à balayage électronique et du circuit électronique de formation d'image de la figure 1 la figure 3 est un schéma de principe montrant de façon plus détaillée la structure du circuit de commande de cadencement de la figure 1 la figure 4 est un schéma de principe montrant de façon plus détaillée la structure du circuit électronique d'excitation de la figure 1; et la figure 5 est un diagramme temporel pouvant etre-utilisé pour expliquer le fonctionnement de l'appareil de llinventisn. Comme on peut le voir sur la figure 1, à l'intérieur d'une enceinte 100 remplie de liquide, se trouve un transducteur électro-acoustique 102 9 balayage ilectronique et une lentille acoustique 104 présentant une distance focale f. L'ouverture réelle de la lentille 104 ou l'ouverture d'une lentille 104 dotée d'un diaphragme en iris, selon la plus petite valeur de ces deux ouvertures, détermine l'ouverture effective de formation d'image de la combinaison transducteur-lentille. Comme cela est indiqué, la lentille 104 se trouve à une distance 2f du transducteur 102.Ainsi, comme le montreat les principes de l'optique géometrique, l'image du transducteur 102 se forme dans un plan image 106 situé à la meme distance 2f3 de l'autre c8té de la lentille 104. Inversement, toute structure placée dans le plan image 106 aura son image au niveau du transducteur 102. Comme le montre le brevet nO 4 131 021 cité ci-dessus, une lentille acoustique a une profondeur de champ qui est proportionnelle à la longueur d'onde des ondes acoustiques incidentes et est inversement proportionnelle au carré du rapport de l'ouverture effective à la distance focale de la lentille acoustique. Dans le cadre de la présente description, on supposera que la profondeur de champ de la lentille 104 vaut au moins la moitié -de la profondeur d de la structure 108 dont on doit obtenir une image. La paroi antérieure 110 de l'enceinte 100 est constituée d'un matériau, par exemple du caoutchouc, qui laisse passer les ondes ultrasonores reçues en provenance de l'enceinte 100 remplie de liquide. La structure 108, qui peut etre un tissu humain vivant, n'est pas homogène et, par consequent, présente, à ses différentes localisations spatiales, des caractéristiques des propogations d'ultrasons qui varient de manière complexe en fonction du détail de la structure 108. La structure 108 est disposée de façon qu'une de ses surfaces soit en contact avec la paroi antérieure 110 de l'enceinte 100. Le transducteur 102 (représenté en détail sur la figure 2) est excité par intermittence, sous commande d'un circuit de commande de cadencement, ou circuit d'horloge ll2 par une impulsion de frd- quence ultrasonore P venant du circuit électronique d'excitation 114 En réponse à cette impulsion, le transducteur 102 électroniquement balayé émet un faisceau d'ondes ultrasonores pulsées qui est transmis à travers l'enceinte 100 remplie de liquide et la structure 108. Ce faisceau ultrasonore est focalisé par la lentille 104 sur un point du plan image 106 correspondant à la position de balayage alors existant du transducteur 102 électroniquement balayé.Toutefois, du fait que la profondeur de champ delta structure 108 comporte toute sa profondeur d,la profondeur entière de la région de la structure 108 qui est alors soumise aux ultrasons par le faisceau balayé d'ondes ultrasonores donne naissance à des échos de réflexion, qui sont renvoyés à travers la lentille 104 et focalisés sur le transducteur 102 électroniquement balayé après qu retard qui est proportionnel à la distance du point de rdflexion se trouvant à l'intérieur de la structure 108 au transducteur 102. En réponse à la réception d'un écho ultrasonore) le transducteur produit un signal électrique détecté Sls qui est appli que en entrée au circuit électronique 116 de formation d'image. Le circuit 116, sous commande d'un signal venant du circuit d'horloge 112, applique un signal vidéo de conditionnement de distance S2 à l'élec- trode de commande d'intensité du tube à rayons cathodiques du dispo- sitif d'affichage 118 en balayage de type B.De plus, le circuit électronique 116 de formation d'image produit un signal S3 de synchronisation de balayage (par faisceau cathodique) de distance en synchronisation avec la production de chaque impulsion ultrasonore P afin de déclencher une déviation linéaire du faisceau cathodique d'électrons du tube à rayons cathodiques du dispositif d'affichage 118 en balayage de type B dans l'une des deux directions perpendiculaires (par exemple la direction horizontale). Dans le même temps, le faisceau d'électrons du tube à rayons cathodiques du dispositif d'affichage 118 en balayage de type B est dévié suivant l'autre des deux directions perpendiculaires (par exemple la direction verticale) en fonction d'un signal S4 de position de balayage (par faisceau d'ultrasons) en provenance du circuit électronique d'excitation 114. Ceci entraine l'affichage de l'image d'un certain plan de profondeur de position de balayage de la structure 108 sur la face du tube 9 rayons cathodiques du dispositif d'affichage 118 en balayage de type B. Comme -le montre la figure 2, le transducteur 102 comprend une barre longitudinale 200 en matériau piézo-électrique. La face postérieure de la barre 200 est sensiblement revêtue d'une électrode 202. Un ensemble de n électrodes distinctes 204-1 à 204-n est en contact avec la face antérieure de la barre piézo-électrique 200. Le nombre prédéterminé n est égal au nombre de balayages (par faisceau d'ultrasons) par image complète (do télévision) (c'est-i-dire à la résolution de position de balayage) qui est nécessaire. Plus la valeur n est élevée, plus grand sera le nombre de balayages (par faisceau cathodique) de distance dans chaque image complète visualisée. En pratique, la valeur de n est ordinairement de l'ordre de une i plusieurs centaines.Chaque électrode de l'ensemble d'électrodes 204-1 à 204-n est distinctement excitée (d'une manière qui sera- décrite en détail ci-après) par le circuit électronique d1excitationll4. Les impulsions ultrasonores P appliquées et les signaux d'échos détectés S1 sont fournis par l'électrode 202 b l'entrée de l'amplificateur 206 du circuit électronique 116 de formation d'image. L'amplificateur 206 doit avoir une impédance d'entrée suffisamment faible pour assurer un bon retour b la terre pour l'impulsion d'exci tation. De plus, cette impédance d'entrée fable assure que chaque impulsion ultrasonore P appliquée d'amplitude relativement élevée se sera amortie de façon sensiblement complète avant la détection dans le transducteur 102 de tout écho renvoyé par la structure 108. Ceci est nécessaire parce que les signaux d'échos détectés ont une amplitude considérablement plus petite que celle des impulsions ultrasonores P. Le fait d'utiliser un amplificateur 206 à faible impédance d'entrée élimine la nécessité d'utiliser un commutateur émission-réception classique pour assurer que les impulsions ultrasonores P n'interfèrent pas avec la détection d'échos qui sont, de manière relative,extrêmement faibles. En tout cas, le signal de sortie de l'amplificateur 206 est appliqué en entrée à une porte 208 de conditionnement de distance du circuit électronique 116 de formation d'image. La porte 208 est normalement fermée, mais elle est maintenue ouverte pendant I'exis- tence de chaque impulsion de commande de porte de conditionnement de distance qui est appliquée à la porte 208 par le circuit d'horloge 112. Chaque impulsion de commande de porte de conditionnement, qui se produit en synchronisation avec l'application d'une impulsion ultrasonore P au transducteur 102, maintien ouverte la porte 208 pendant tout le laps de temps durant lequel des échos venant de l'ensemble de l'intdrieur de la structure 108 sont reçus par le transducteur 102.Ceci fait que la porte 208 transmet tous les signaux détectés venant de la structure 108 sous forme d'un signal vidéo de conditionnement de distance S2 au dispositif de visualisation 118 en balayage B. Le signal $3 de synchronisation de balayage de distance est produit par un circuit 210 de différenciation de bord antérieur du circuit électronique 116 de formation d'image en cotncidence avec le bord antérieur de chaque impulsion de commande de porte de conditionnement de distance venant du circuit d'horloge 112 Comme le montre la figure 3, le circuit d'horloge 112 comporte une horloge 300 qui produit périodiquement des impulsions d'horloge 9 une période de répétition qui est au moins légèrement supérieure au temps de déplacement maximal approsimstif des ondes ultrasonores jusqu'd tout point se trouvant ltintdrieur de la structure 108. Chaque impulsion d'horloge est appliquée sous forme d'impulsion de déclenchement au circuit électronique 114 de commande, ou d'excitation. De plus, chaque impulsion d'horloge est appliquée sous forme d'impulsion d'entrée de déclenchement à un circuit retardateur réglable 302, qui peut comprendre un multivibrateur monos table. Le circuit retardateur réglable 302 est réglé de façon à fournir un retard correspondant au temps voulu d'apparition du bord antérieur d'une impulsion de commande de porte de conditionnement de distance. Le signal de sortie du circuit retardateur réglable 302 est un signal de déclenchement retardé qui est appliqué sous forme de signal d'entrée à un circuit 304 d'impulsion de commande de porte de conditionnement de distance. Le circuit 304 produit une impulsion dont la durée est égale à toute la période durant laquelle il est souhaité que la porte 208 soit ouverte afin de laisser passer tous les signaux détectés provenant de la structure 108.Le signal de sortie du circuit 304 est appliqué sous forme de signal d'entrée de commande à la porte 208 du circuit électronique 116 de formation d'image, comme cela a été indiqué ci-dessus Le circuit électronique 114 de commande ou d'excitation peut comprendre une source 400 d'impulsions ultrasonores (voir figure 4), produisant une impulsion ultrasonore en réponse chaque impulsion d'horloge venant du circuit d'horloge 112 et qui lui est appliquée sous forme d'impulsion de déclenchement. Chaque impulsion ultrasonore venant de la source 400 est appliquée en parallèle chaque amplificateur d'un ensemble de n amplificateurs 402-1 à 402-n normalement invalidés. Un circuit 404 de signaux de polarisation de validation, destiné n'importe lequel des amplificateurs 402-1 402-n émet des signaux qui sont transmis, tour à tour, par l'intermédiaire de différentes sorties choisies du premier ensemble de n sorties 406-1 à 406-n d'un circuit 408 de commande de polarisation de validation. Plus spécialement, le circuit 408 peut comprendre un compteur numérique ayant une capacité de comptage de n. Le compteur compte les impulsions de déclenchement d'horloge appliquées par le circuit d'horloge 112 à la source 400. De plus, le circuit 408 peut comprendre un ensemble correspondant de n commutateurs électroniques normalement ouverts, dont chacun relie le circuit 404 de polarisation de validation à une sortie différente des sorties 406-1. 8 406-n.Chacun de ces n commutateurs se ferme, à raison d'un à la fois, en fonction de la valeur de comptage se trouvant alors enregistrée dans le compteur. L'ordre de fermeture de ces n commutateurs du circuit 408 de commande de validation peut ou non, selon ce qui est voulu, correspondre à l'ordre de 1'ensemble des amplificateurs 402-1 à 402-n. En particulier, si l'ordre de fermeture de l'ensemble des n commutateurs du circuit 408 est tel qu'il y a validation, dans l'Drdre, de chacun des amplificateurs normalement invalid 402-1 à 402-n, l'image de balayage de distance du dispositif de visualisation 118 en balayage de type B ne sera pas entrelacée.Toutefois, si l'ordre de valida tion des amplificateurs 402-1 à 402 n est de nature a d'abord valider, tour à tour, tous les amplificateurs pairs, puis, tour à tour, tous les amplificateurs impairs, l'image de balayage de distance du dispositif de visualisation 118 en balayage de type B est entrelacée, d'une manière tout à fait analogue à celle d'une image de télévision. Si la vitesse de constitution d'image (faisceau cathodique) est tres faible, il peut Entre souhaitable de prévoir un entrelacement d'un degré supérieur à deux (c'est-à-dire concernant plus de deux trames par image complète) afin de réduire le papillonnement. En tout cas, chacun des n commutateurs du circuit 408 de commande de polarisation de validation peut être distinctement associé, suivant n'importe quel ordre choisi, aux sorties 406-1 S 406-n afin de produire tout type d'entrelacement voulu. De même, tout type d'entrelacement peut être choisi en fonction de la manière dont les sorties des amplifi cateurs sont chacune associée a l'ensemble d'electrodes 204-1 à 204-n. Le circuit 410 de position de balayage peut comprendre un convertisseur numérique-analogique, qui répond à la valeur de comptage se trouvant alors dans le compteur du circuit 408 de commande de polarisation de visualisation; et qui lui est appliquée, par l'intermédiaire d'un deuxième ensemble n sorties 412 412-n du circuit 408. Le montage est tel que le circuit 410 de position de balayage produit un signal de déviation vertical en forme d'escalier pour le dispositif de visualisation 118 en balayage de type B, lequel signal présente a tout instant un niveau qui correspond à la position spatiale de celle des électrodes 204-1 a 04-n qui se trouve alors excitée. Le graphe 500 de la figure 5 montre les instants relatifs dlapparition d'impulsions d'horloge successives 502 produites par l'horloge 300 du circuit d'horloge 112. Le graphe 504 montre l'instant relatif d'apparition d'une impulsion 506 de commande de porte de conditionnement de distance produite par le circuit 304 d'impulsions de commande de porte de conditionnement de distance du circuit d'horloge 112. Le graphe 507 montre la durée du signal de validation 508 de l'unique amplificateur 402-1 normalement invalidé. Comme cela est indiqué sur le graphe 507, l'amplificateur 402-1 normalement invalidé est validé pour sensiblement toute une période d'horloge. Toutefois, stil existe n amplificateurs, l'amplificateur 402-1 reste alors invalidé pour les (n-l) périodes d'horloge suivantes. Si on suppose un mode de non-entrelacement, le graphe 510 présente la première partie de la période du signal de validation 512 de l'amplificateur 402-2 normalement invalidé. Ainsi, chacun des amplificateurs de l'ensemble de n amplificateurs 402-1 à 402-n normalement invalides est validé pendant une période unique différente de l'ensemble de n périodes d'horloge consécutives. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir de l'appareil dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil de formation d'image en balayage de type B électronique à ondes ultrasonores, comprenant un transducteur électro-acoustique (102), un circuit électronique d'excitation (114) qui applique des impulsions de fréquence ultrasonore au transducteur, et un moyen d'amplification (116)quiamplifie des signaux réfléchis reçus par le transducteur, l'appareil étant caractérisé en ce que le transducteur électro-acoustique comporte une barre longitudinale (200) de matériau piézo-électrique, une électrode (202) donnée recouvrant sensiblement une des deux faces longitudinales opposées de la barre et un ensemble de n électrodes distinctes (204-1 a 204-n) disposées à une certaine distance les unes des autres suivant la longueur de l'autre des deux faces longitudinales, n étant un nombre prédéterminé supérieur à 1 > en ce que ledit circuit électronique d'excitation applique une série de n impulsions de fréquence ultrasonore au transducteur, chaque impulsion distincte de ladite série étant appliquée à une électrode différente de l'ensemble de n électrodes, et en ce que le moyen d'amplification comporte un unique amplificateur (206) dont l'entrée est connectée à ladite électrode donnée afin d'amplifier tous les signaux réfléchis détectés qui sont reçus par le transducteur en provenance d'une structure dont on veut former une image. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'entrée dudit amplificateur est connectée en permanence à ladite première électrode et toutes les impulsions de fréquence ultrasonore sont appliquées à l'entrée dudit amplificateur, et en ce que l'iepd dance d'entrée dudit amplificateur est suffisamment faible pour fournir un retour à la terre pour chaque impulsion de fréquence ultra- sonore de ladite série et pour que chaque impulsion de fréquence ultrasonore s'amortisse de façon sensiblement complète avant l'appas rition de signaux réfléchis détectés provenant de la structure dont on veut former une image.