Brevet FR2490481A1 — publié le 19820326

La présente invention concerne un appareil d'échographie destiné au diagnostic médical. Elle utilise la technique des ultrasons et permet une meilleure pratique de l'examen échographique. Il s'agit de l'examen selon le mode bidimensionnel appelé communément mode B ou échotomographie. Il est connu que cette technique présente diverses servitudes. En effet, aux fréquences utilisées, l'air est absorbant, l'os est un obstacle. Il s'ensuit que l'échographie ne permet la représentation d'images anatomiques que de certaines régions et de certains organes, par exemple: les organes mous, mais pleins: oeil, cou, thyroide, seins, coeur, foie, rate, vésicule biliaire, pancréas, utérus, ovaires, foetus, vessie et superficiellement les membres. Cela à condition que ces organes ne soient pas masqués par des zones osseuses ou gazeuses. Une autre contrainte, dérivée de l'absorption de l'air, est l'application nécessaire contre la peau, du transducteur émetteur et récepteur d'ultrasons, sans interface d'air: on ajoute même un fluide: huile ou gel aqueux pour améliorer le contact acoustique. L'art du médecin échographiste consistera à appliquer la sonde contenant le transducteur en vue de viser le ou les organes à observer sur une région de la peau formant "fenêtre" acoustique, ctest-å-dire dépourvue d'obstacles tels que os, cartilage dur, ou zones contenant de l'air. Ces "fenêtres" sont peu nombreuses et l'échographiste les exploitera au maximum en observant sous l'angle le plus ouvert possible. Autrement dit l'axe du transducteur recevra des orientations angulaires successivement très variables soit automatiquement, soit manuellement dans le cas d'observation par des fenêtres étroites. Dans le cas d'observation sous des fenêtres plus larges les variations angulaires sont moindres, mais la sonde peut être translatée sur une plus grande longueur pour avoir une image suffisamment large et même très large. Tous les échographes comprennent un ou plusieurs trains ducteurs dont la position dans l'espace est répérée par des dispositifs électro-mécaniques (ainsi que l'orientation de l'axe de propagation acoustique) par rapport à un système de référence provisoirement fixe. Ils comprennent des capteurs de position fournissant des données électriques corrélées qui, transmises à une chaîne de traitement permettent de synchroniser des moyens d'inscription et de visualisation comportant généralement un tube de télévision. Les appareils d'échographie connus actuellement sont de deux types: 1. Les appareils en 1'temps différé" utilisant une sonde mono élément, celle-ci fixée sur un pantographe. Ce pantographe a une double fonction: d'abord il permet au praticien de sélectionner un plan d'examen ; ensuite, il assure, au niveau des articulations de ses éléments, l'émission de signaux électriques caractéristiques des coor données géométriques de la sonde qu'il porte y compris son orientation. Par exemple, ces articulations seront pourvues de potientiomètres sinus-cosinus, ou bien de codeurs digitaux. Le transducteur excité à l'émission par des impulsions électriques émet un faisceau d'ultrasons dans la direction de l'axe principal de la sonde, à travers le corps du patient. Toute variation de structure des milieux traversés provoque des échos plus ou moins intenses. Ces échos sont reçus par le transducteur fonctionnant alors en récepteur. Compte tenu du temps séparant l'émission de la réce# tion, la position de l'obstacle responsable de l'écho est mesurée avec précision. Le signal reçu est transformé en signal électrique qui étudié en phase et amplitude par des moyens classiques, permet de réaliser une reconstruction d'image sur les moyens classiques de visualisation. 2. Les appareils en "temps réel". Ils ne comportent pas de pantographe, le système de référence étant le boitier de sonde contenant le ou les transducteurs. Ils se divisent en 2 catégories selon le genre de sondes: - les sondes multiéléments (elles mêmes de 2 types) - les sondes mécaniques. Les sondes multiéléments comportent plusieurs transducteurs assemblés en rangée et montés sur un adossement fixé au corps de sonde. L'excitation de chaque transducteur est déterminée par programme selon deux procédures propres à 2 sous catégories de sondes multiéléments: - Sondes à balayage linéaire: De construction beaucoup plus longues que larges, leur longueur détermine celle de la coupe anatomique observée. La surface de contact avec la peau est donc notable. Les générateurs dtim- pulsions d'excitation des transducteurs sont successivement mis en circuit de façon que chaque transducteur ou chaque groupe de transducteurs émette à son tour sur son axe acoustique. - Sonde à balayage sectoriel: De construction plus compacte, longueur et largeur sont du même ordre. La surface de contact avec la peau est petite, comme celle des sondes monoéléments. Dans un balayage sectoriel, les transducteurs recoivent tous un train d'impulsions. Mais entre chaque transducteur et la chaîne d'émission - réception est interposée une ligne à retard de phase réglable qui permet en coopération avec d'autres lignes à retard de simuler une onde plane dont l'axe de propagation est inclinable à volonté, réalisant ainsi un balayage sectoriel. Les sondes multiéléments, linéaires ou sectorielles ont comme avantage principal l'utilisation de puissants moyens microprogrammés (microprocesseurs, mémoires numériques, etc ...). Mais elles souffrent d'émissions parasites dans d'autres directions que la direction de balayage (problèmes des lobes secondaires). Les sondes mécaniques sont beaucoup moins soumises à ces inconvénients. Un système de transducteurs comportant- au moins un élément piézoélectrique émet une onde acoustique que des moyens mécaniques distribuent dans diverses directions autour de l'axe de la sonde, dans un plan prédéterminé, par la position du corps de sonde. Celui-d comporte des moyens de repérage de l'angle fait entre son axe principal et l'axe d'émission acoustique instantané. Ainsi l'utilisateur constate actuellement des avantages et des limitations aux 2 types principaux d'échographes en mode B: - Les appareils en "temps différé" avec transducteur de petite dimension. Le praticien applique la sonde sur la peau du patient et imprime des mouvements dans le plan du pantographe. Ces mouvements sont de 2 types: angulation pour obtenir une image sectorielle à travers de petites fenêtres anatomiques, c'est dire hors des parois osseuses ou des réglons gazeuses; translation pour obtenir une image sur une coupe assez large dès la surface, éventuellement une coupe complète du tronc. Pratiquement ces deux mouvements sont plus ou moins simultanés et demandent de l'opérateur une certaine habileté qu'il acquiert par un entrainement assez long. La formation d'une coupe se fait en 2s 1 ou 2 secondes, de sorte que les organes en mouvements ne sont pas visibles (flou cinétique). Plusieurs coupes préalables sont nécessaires avant le diagnostic. Pour ces raisons un examen complet est assez long et donc coûteux (w heure à 314 d'heure). - Les appareils en "temps réel" comportent une sonde rapide qui fournit une image instantanée par simple pose de la sonde sur le patient. On peut donc visualiser aussi les organes en mouvement (échoscopie). Couramment on obtient des cadences de 20 à 50 images par seconde, au besoin au delà. On observe alors le coeur, même celui très rapide des foetus jeunes et généralement tous les organes plus ou moins mobiles pour des causes diverses (répercussion de l'activité cardiaque, respiration, mouvements du patient ou de la main du praticien). En résumé, on s'affranchit du flou cinétique. L'inconvénient majeur est la petite dimension des coupes obtenues, de sorte que certains organes ne sont pas vus complètement (foie, foetus développé) et que l'on n'obtient pas de coupe assez complète pour voir plusieurs organes simultanément, avec leurs rapports entre eux. Les sondes à balayage linéaire donnent des images rectangulaires. Les sondes à balayage sectoriel donnent des images triangulaires ou trapézordales. Il a été proposé de monter une sonde multiéléments à barrette linéaire sur un pantographe, pour permettre à la fois des coupes rapides et des coupes étendues (voir par exemple la demande de brevet français 76/167 44 publiée sous le numéro 2.353.370). Une telle disposition a cependant l'inconvénient de ne pas permettre des examens précis par les fenêtres étroites, car une telle sonde à barrette linéaire présente une trop grande longueur de contact avec la peau. La présente invention apporte remède à tous ces inconvénients de l'art antérieur. C'est-à-dire qu'elle concilie les avantages suivants: images en temps réel, sans flou cinétique, image sous incidences variables éventuellement très inclinées à travers d'étroites fenêtres anatomiques, image étendue en des coupes éventuellement très larges, manipulation très aisée pour le praticien qui est affranchi du mouvement de pivotement assuré automatiquement par la sonde sectorielle et n'assure principalement que le mouvement de translation manuellement. La présente invention apporte remède à ces divers inconvénients de l'art antérieur. En effet, elle concerne un appareil d'échographie destiné au diagnostic médical, qui comporte une sonde ultrasonore montée sur un pantographe, la sonde étant reliée à une chaîne d'émission-réception qui coopère avec des moyens de traitement du signal destinés à commander des moyens d'inscription sur des moyens de visualisation, la sonde et le pantographe étant munis de moyens de détection de la position et de l'orientation instan tanées du faisceau d'ondes ultrasonores qui commandent des moyens de synchronisation des moyens d'inscription; et est caractérisé en ce que la sonde est du type à balayage sectoriel et en ce que les différentes coordonnées représentant la position et l'orientation du faisceau ultrasonore provenant tant de la sonde que du pantographe sont additionnées, le plan d'exploration sectoriel étant identique ou parallèle au plan du pantographe. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description des figures annexées qui sont: - la figure 1 : un schéma d'échographie du type à "temps différé", - la figure 2: un schéma de sonde à balayage sectoriel, - la figure 3: un exemple d'examen échographique selon l'invention. A la figure 1, qui illustre la technique dite "à temps différé", a été représentée une coupe transversale 1 du corps humain que l'on cherche à visualiser sur l'ensemble de saisie de données 2. Le pantographe 3 est monté sur un socle 4 lié au sol et comporte deux bras et des capteurs de position 5, 6 et 7 qui déterminent la position et l'orientation de la sonde 8. Les signaux qui transitent par un câble. sont traités dans l'ensemble de saisie de données 2 et visualisées sur l'écran 9. Pour obtenir une image, le médecin choisit un plan de coupe ou plan d'examen 1 en orientant le socle 4 du pantographe 3. La sonde 8 peut alors être déplacée le long de la peau du patient dans le plan d'examen et être tournée selon différentes incidences. Le médecin peut ainsi enrichir l'image au fur et à mesure de son inscription sur l'écran 9. A la figure 2, on a représenté une sonde mécanique. Elle comporte dans un corps 10, un organe support 14 mobile en rotation rapide grâce à un moteur non représenté. Cet organe support 14, supporte par exemple trois transducteurs 11-13 répartis de telle façon qu'il y ait toujours un faisceau ultrasonore traversant le diaphragme 19 de la sonde. On a représenté l'axe 17 de la sonde, les deux axes 15 et 18 extrêmes du balayage sectoriel et l'axe acoustique instantané 16 d'émission du transducteur 12 qui est dans le champ émissif de la sonde. La représentation de la figure 2 est donnée à titre d'exemple non limitatif. La sonde peut être rotative avec un nombre quelconque d'éléments. La sonde peut être oscillante. La sonde peut être fixe avec miroir oscillant ou tournant. A la figure 3, on a représenté une coupe d'un corps en long 20. La sonde a été représentée dans quatre positions successives. Selon l'invention, cette sonde à balayage sectoriel est montée sur un pantographe et peut être déplacée manuellement. La sonde, de petite surface de contact, peut donc aussi bien être du genre multiéléments que du genre mécanique. Les secteurs pointillés sur chaque position de la sonde correspondent au secteur balayé automatiquement pour une position mécanique de la sonde. Dans la position 21, la sonde émet dans une fenêtre anatomique étroite comprise entre deux os 26, 27. Cette fenêtre donne sur un organe 25 dont il est possible de faire une représentation grâce à la petite surface de la sonde. Le médecin déplace la sonde en position 22 en lui fournissant une certaine angulation manuelle jusqu'à la position 23. On voit sur la figure 3 qu'il est ainsi possible par les trois secteurs balayés de recouvrir entièrement l'organe 25. Pour continuer une coupe longue le long de la veine 28 jusqu'à l'organe 29, le médecin peut déplacer la sonde continûment jusqu'à la position 24. L'avantage particulier du montage sonde pantographe est de permettre une parfaite transformation coupe d'examen - image, chaque position de la sonde étant repérée par des capteurs de position sur le pantographe et chaque position du faisceau pouvant être repérée par des moyens de détection de l'angle fait entre l'axe acoustique instantané 16 avec l'axe 17 de la sonde, cet axe étant d'orientation connu par les capteurs du pantographe. Pour synchroniser les moyens d'inscription des moyens de visualisation comme l'écran 9, il suffit d'additionner les coordonnées cartésiennes et angulaires fournissent d'une part par la sonde d'autre part par le pantographe. La sonde, montée sur pantographe, peut être avantageusement munie de moyens de focalisation du faisceau. Ceci permet un examen précis comme il est connu par ailleurs. Les moyens de focalisation coopérant aussi avec les moyens de synchronisation des moyens d'inscription par exemple sur l'écran 9 en déterminant exactement le point d'impact du faisceau d'inscription. Différents perfectionnements peuvent êre apportés à l'invention la faisant bénéficier de moyens de calcul d'électronique digitale comme par exemple des mémoires pour geler l'image sur un écran sans rémanence. I1 est ainsi possible pour le médecin de réaliser trois genres d'examen: - un examen en temps différé avec une sonde à balayage sectoriel en position bloquée, permettant de faire de l'acquisition lente et décidée par le médecin des informations d'image,(comme avec un appareil classique en "temps différé" à sonde monoélément et pantographe), - un examen automatique en temps réel d'un point quasi-fixe, même par des fenêtres anatomiques réduites, permettant une image sectorielle, - un examen composé, le médecin balayant lui même la coupe d'examen choisie avec la sonde à balayage sectoriel permettant une image à la fois étendue, précise et sous grande incidence même par d'étroites fenêtres et sans flou cinétique même sur des organes à mouvement rapide. REVENDICATIONS 1. Appareil d'échographie destiné au disgnostic médical, qui comporte une sonde ultrasonore (8) montée sur un pantographe (3), la sonde (8) étant reliée à une chaîne d'émission réception qui coopère avec des moyens de traitement du signal destinés à commander des moyens d'inscription sur des moyens de visualisation (9), la sonde (8) et le pantographe (3) étant munis de moyens de détection (5- 7) de la position et de l'orientation instantanées du faisceau d'ondes ultrasonores qui commandent des moyens de synchronisation des moyens d'inscription, caractérisé en ce que la sonde est du type à balayage sectoriel et en ce que les différentes coordonnées représentant la position et l'orientation du faisceau ultrasonore provenant tant de la sonde que du pantographe sont additionnées. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la sonde (8 > est du genre multiéléments transducteurs. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la sonde (8) est du genre à balayage mécanique