Brevet FR2516272A1 — publié le 19830513

Scanographe à ultrasons La présente invention concerne l'interrogation ultrasonique, et plus particulièrement un scanographe à ultra- sons mécanique du type couramment utilisé pour le diagnostic médical. Les scanographes sectoriels à ultrasons mécaniques sont communément utilisés pour le diagnostic médical Un tel scanographe comporte, dans un boîtier portableun transducteur à ultrasons qui tourne ou oscille en transmettant l'énergie des ultrasons à une zone sectorielle et en reçoit des échos. Un signal représentatif des échos reçus module le faisceau d'un tube à rayons cathodiques Ce faisceau est commandé de façon à représenter sur l'écran le secteur en cours d'exploration Par suite, le tube à rayons cathodiques affiche une image du secteur exploré, qui peut être utilisée pour le diagnostic médical lorsque des parties du corps humain sont interrogées par le scanographe. De nombreux dispositifs ont été imaginés pour entraîner mécaniquement un transducteur à ultrasons de façon à effectuer une exploration sectorielle Par exemple, un transducteur à ultrasons peut être assujetti à un aimant permanent Le transducteur et l'aimant sont, montés de façon à pouvoir tourner entre deux pôles d'induit magnétique autour desquels sont enroulées deux bobines d'entraînement asservi. Ces bobines sont reliées à la sortie d'un amplificateur asservi auquel sont appliqués un signal représentatif de la position angulaire du transducteur à ultrasons et un signal représentatif de la position angulaire voulue. On a également utilisé un rotor sur lequel quatre transducteurs à ultrasons sont montés à intervalles de 900. Le rotor est entraîné sans interruption par un moteur autour d'un axe perpendiculaire à l'axe de rotation de l'arbre du moteur, et les transducteurs sont activés séparément au moment o ils franchissent un secteur donné de chaque révolution du rotor. On a également utilisé une sonde à ultrasons, fixée, de manière à pouvoir pivoter, par l'une de ses extrémités, au pourtour d'une manivelle à rotation continue L'autre extrémité de la sonde, sur laquelle est disposée une surface sensible aux ultrasons, est fixée au boîtier d'un scanographe par une membrane roulante Deux plaques obligent la sonde à se déplacer dans un même plan de façon à osciller d'avant en arrière dans ce plan à mesure que la manivelle tourne. Le nombre d'images par seconde de données affichées visuellement qui peut être recueilli par un scanographe sectoriel mécanique dépend de la charge du moteur, y compris le moment d'inertie de l'ensemble transducteur tournant ou oscillant qui est relié au moteur Si cette charge devient trop importante, il se produit des vibrations perceptibles qui dégradent l'image affichée par le tube à rayons cathodiques Aussi une caractéristique importante d'un scanographe sectoriel mécanique est-elle constituée par un faible moment d'inertie Une autre caractéristique souhaitable est la "compacité" de la disposition des composants à l'intérieur du boîtier. Selon l'invention, l'arbre de sortie d'un moteur qui oscille autour d'un axe de sortie sur un angle inférieur à 1800 eqt relié à un transducteur à ultrasons par une transmission à angle droit De préférence, un premier engrenage conique est monté à l'extrémité de cet arbre de sortie Le transducteur est monté de façon à pouvoir tourner autour d'un axe d'exploration transversal à l'arbre de sortie, et un second engrenage conique engrenant avec le premier est monté sur le transducteur à l'intérieur de son pourtour Les oscillations de l'arbre de sortie sont transmises au transducteur par les engrenages coniques De préférence, le second engrenage comporte une série de dents qui sont disposées en arc autour de l'axe d'exploration, et le second engrenage est disposé de telle sorte que la surface postérieure du transducteur se trouve plus près de l'axe d'exploration que les dents Par suite de la transmission par engrenages coniques qui vient d'être décrite, le transducteur et sa structure de montage possèdent un moment d'inertie plus faible, exerçant ainsi un effort moins important sur l'arbre de sortie du moteur Par voie de conséquence, un moteur ayant un couple de sortie donné est capable d'entralner le transducteur à ultrasons à une vitesse angulaire plus grande, augmentant ainsi le nombre de lignes et/ou d'images qui sont affichées sur l'écran d'un tube cathodique. Les particularités de l'invention sont représentées sur les dessins ci-joints, sur lesquels: La Figure 1 est une vue en coupe de la partie portable d'un scanographe sectoriel à ultrasons mécanique 1 o auquel sont incorporés les principes de l'invention; La Figure 2 est une vue éclatée de l'ensemble transducteur à ultrasons faisant partie du scanographe de la Figure 1 La Figure 3 est une vue en coupe de l'ensemble transducteur à ultrasons faisant partie du scanographe de la Figure 1; La Figure 4 est une vue en plan de dessus de l'ensemble transducteur à ultrasons faisant partie du scanographe de la Figure 1; et La Figure 5 est un schéma-bloc simplifié du système électronique du scanographe de la Figure 1. > Comme le montre la Figure 1, la partie portable d'un scanographe sectoriel à ultrasons mécanique comprend un logement ou boîtier 10 dans lequel est formée une chambre étanche 12 Un moteur 14 et un détecteur 16 de position angulaire sont disposés dans la chambre 12 Le moteur 14 est monté sur le logement 10 par une équerre 15 Le moteur 14 a un arbre de sortie 18 qui oscille autour d'un axe de sortie sur un angle inférieur à 180 D'une manière typique, l'ampleur des oscillations serait de l'ordre de 900 et le balayage sectoriel correspondant se ferait suivant un angle interne de 90 L'axe 20 se trouve dans le prolongement de l'axe longitudinal du logement 10 A titre d'exemple, le moteur 14 pourrait comprendre un moteur à couple à angle limité tel que, par exemple, un moteur à couple à courant continu sans balais à rotation limitée sur un grand angle. Le détecteur de position 16 comporte une partie fixe qui est montée sur le logement 10 par une équerre 22, et une partie mobile qui est montée sur l'arbre 18 A titre d'exemple, le détecteur de position 16 pourrait comprendre un transformateur différentiel tel que le "Modèle 20602 ", Pickering & Co, Inc, Plainview, N Y Le logement 10 est ouvert à l'une de ses extrémités L'arbre de sortie 18 traverse la chambre 12 et atteint un point proche de l'extrémité ouverte du logement 10, o une coiffe 24 transparente à l'énergie ultrasonore recouvre et ferme 1 o hermétiquement l'extrémité ouverte du logement 10 Un arbre d'exploration ou de balayage 26 se trouve à une certaine distance de l'extrémité de l'arbre de sortie 18 L'arbre 26 a un axe de balayage ou d'exploration 28 qui est transversal, de préférence perpendiculaire, à l'axe de sortie 20 Les extrémités de l'arbre 26 sont portées à l'intérieur du logement 10 par des équerres respectives 30 et 32 Les extrémités de l'arbre 26 tourillonnent dans des roulements à billes (non représentés) qui sont emmanchés dans des alésages respectivement formés dans les équerres 30 et 32 Un ensemble transducteur à ultrasons 34, comportant un engrenage conique 36, est monté de façon à pouvoir tourner sur l'arbre 26 Un engrenagq conique 38, qui engrène avec l'engrenage conique 36, est fixé à demeure sur l'extrémité de l'arbre de sortie 18. Ainsi, les oscillations de l'arbre de sortie 18 qui sont provoquées par la mise en marche du moteur 14 sont transformées par les engrenages coniques 36 et 38, jouant le rôle d'une transmission à angle droit, en oscillations de l'ensemble transducteur 34 autour d'un axe transversal à l'axe du moteur 14 La chambre 12 est remplie 'd'un fluide, tel que l'eau, dans lequel le son a à peu près la même vitesse que dans le milieu, le tissu corporel par exemple, qui est interrogé par l'énergie ultrasonore émise par le scanographe L'extrémité de la coiffe 24 est sphérique Ainsi, la distance que parcourt l'énergie ultrasonore dans le fluide entre l'ensemble transducteur 34 et la coiffe 24 est la même pour toutes les positions angulaires de l'ensemble transducteur 34 à l'intérieur de la zone sectorielle explorée. Comme le montrent les Figures 2, 3 et 4, l'ensemble transducteur 34 comprend un élément piézo-électrique 40, de préférence convergent, en forme de disque, avec une surface antérieure concave ou plate et un corps 41 fait d'un matériau amortisseur du son sur la surface postérieure de l'élément Le corps 41 a une surface plate qui s'applique contre l'engrenage conique 36, comme le montre la Figure 3. L'ensemble transducteur 34 pourrait être construit par diverses techniques bien connues, y compris celle qui est décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 4 148 094. L'élément 40 s'adapte dans une bague de support 42 o il est maintenu en place, puis on verse le matériau d'amortissement du son, sous forme fondue, dans l'espace intérieur à la bague 42 Lorsque le matériau d'amortissement du son durcit, il forme le corps 41 La bague 42 comporte des prolongements 44 et 46, formant des collets, disposés face à face, dans lesquels sont formés des alésages respectifs 48 et Les surfaces extérieures des prolongements 44 et 46 sont incurvées de façon à épouser la surface extérieure de la bague 42, tandis que les surfaces intérieures des prolongements 44 et 46 sont plates Comme le montre la Figure 2, l'engrenage 36 comporte un corps 56 de forme générale cylindrique et une couronne 58 sur lesquels sont formées des dents d'engrenage Les dents d'engrenage 60 engrènent avec-des dents d'engrenage correspondantes sur l'engrenage 38 Une partie de l'engrenage 36 est découpée de façon à laisser subsister, sur son côté opposé aux dents 60, une face de montage plate 62. Un alésage axial 64 est formé à travers l'engrenage 36 près de la face 62 Les alésages 48 et 64 reçoivent une partie 52, de diamètre plus grand, de l'arbre 26 L'alésage 50 reçoit une partie 54, de diamètre plus grand, de l'arbre 26 L'arbre 26 est réuni à la bague 42 et à l'engrenage 36 de façon à s'intégrer à l'ensemble transducteur 34 Les extrémités 53 et de l'arbre 56 qui sont extérieures aux parties 52 et 54 tourillonnent dans les équerres 30 et 32 comme décrit ci-dessus. La face 62 s'applique contre la surface postérieure plate du corps 41 Le cas échéant, l'engrenage 36 pourrait être fixé au corps 41 par collage L'engrenage 36, l'élément 40, le corps 41, la bague 42 et l'arbre 26 tournent par rapport au logement L'engrenage 36 est disposé à l'intérieur du périmètre de la bague 42, assurant ainsi une disposition compacte des composants Grâce à la face plate 62, la surface postérieure du corps 41 se trouve plus près de l'axe de balayage 28 que les dents 62 et que le pourtour de la partie cylindrique 56 et de la couronne 58 en regard de la face plate 62 Cette disposition à couplage asymétrique assure un faible bras de levier pour l'ensemble transducteur 34, et donc un faible moment d'inertie Par voie de conséquence, on peut faire tourner l'ensemble 34 à une plus grande vitesse angulaire, ce aui permet d'obtenir un plus grand débit d'images sur l'écran d'un tube à rayons cathodiques, sans vibrations perceptibles. Dans un exemple type, 25 à 30 images par seconde peuvent être affichées sans dégradation des images due à des vibrations. Cet important débit d'images permet de bien capter et afficher le mouvement de l'objet interrogé. Des patins de borne 66 et 68, conducteurs de l'électricité, sont formés sur la surface postérieure du corps 41 Comme le montre la Figure 4, les patins de borne 66 et 68 sont disposés près des côtés opposés de l'arbre 26 près de l'engrenage conique 36 Des conducteurs souples isolés 70 et 72 sont eniroulés dans le même sens autour de l'arbre 26. L'une des extrémités du conducteur 70 est reliée électriquement au patin 66, par exemple par soudage L'une des extrémités du conducteur 72 est reliée électriquement au patin 68, par exemple par soudage On laisse un mou suffisant dans les extrémités des conducteurs 70 et 72 qui sont reliées aux patins 66 et 68 pour permettre l'oscillation de l'élément Ainsi, pendant que l'élément 40 oscille dans un sens, les extrémités des conducteurs 70 et 72 s'enroulent autour de l'arbre 26, et pendant que l'élément 40 oscille dans l'autre sens, les extrémités des conducteurs 70 et 72 se déroulent de l'arbre 26 Les autres extrémités des conducteurs 70 et 72 sont reliées aux circuits d'émission et de réception qui seront décrits plus bas relativement à la Figure 5. L'enroulement des conducteurs 70 et 72 autour de l'arbre 26 assure un relâchement des contraintes pour les conducteurs 70 et 72 et un trajet d'acheminement commode et contrôlé entre les circuits d'émission et de réception et l'élément 40. Comme le montre la Figure 5, la sortie d'un générateur 74 d'ondes triangulaires est reliée à l'entrée d'une jonction de totalisation 76, à l'entrée d'un comparateur 78, et à l'entrée de transmission d'une porte de transmission 83 La sortie d'un détecteur de position 16 est reliée à l'autre entrée de la jonction de totalisation 76 La sortie de la jonction de totalisation 76 est reliée à l'entrée de commande du moteur 14 Le générateur 74 d'ondes triangulaires produit une tension périodique qui varie linéairement d'une valeur basse à une valeur haute puis revient linéairement à sa valeur basse Le détecteur de position 16 produit une tension proportionnelle à la position angulaire de l'arbre de sortie du moteur 14 Le moteur 14 est entraîné sous l'effet de la différence qui existe entre les tensions produites par le générateur 74 et le détecteur de position 16, si bien que le second a tendance à suivre le premier, provoquant ainsi son passage de sa première position angulaire à une seconde position angulaire, puis son retour linéaire de la seconde position angulaire à la première position angulaire. L'oscillation linéaire de l'arbre de sortie du moteur 14 provoque un balayage sectoriel linéaire de-l'élément 40 Une source 80 de référence de tension comporte un nombre de sorties égal au nombre de lignes qui apparaissent sur l'écran. Ces sorties sont appliquées au comparateur 78 pour être comparées à la tension émise par le générateur 74 La valeur de la tension de chaque sortie par rapport à la source de référence 80 correspond à une ligne différente de l'écran. Chaque fois que la tension produite par le générateur 74 coïncide avbc l'une des valeurs de tension provenant de la source de référence 80, le comparateur 78 produit une impulsion de déclenchement à sa sortie, qui est transmise à l'entrée de déclenchement des circuits 82 d'émission et de réception, à l'entrée de déclenchement d'un générateur de balayage 84, et à l'entrée de déclenchement périodique de la porte de transmission 83 Sous l'effet de chaque impulsion de déclenchement, les circuits 82 d'émission et de réception excitent l'élément 40 d'une façon bien connue en lui faisant émettre une "bouffée" d'énergie ultrasonore, le générateur de balayage 84 donne naissance à une tension de balayage correspondant à la distance par rapport au transducteur dans la direction de l'énergie émise, et la porte de transmission 83 transmet la tension provenant du générateur 74, laquelle correspond à la position angulaire de l'élément 40 Les échos de la bouffée émise d'énergie ultrasonore, renvoyés à l'élément 40, sont transmis à l'entrée modulatrice de faisceau d'un tube à rayons cathodiques (CRT) 86 La tension de balayage provenant du générateur de balayage 84 et la tension provenant du générateur 74 -sont appliquées aux entrées de direction de faisceau du CRT 86 pour qu'il fasse apparaître sur son écran une image sectorielle à lignes d'intensité variable. Il va de soi que d'autres dispositifs de transmission à angle droit pourraient être utilisés, encore que celui qui a été décrit a permis d'obtenir le moment d'inertie le plus faible Il va également de soi que l'invention pourrait être utilisée pour produire une image à lignes d'intensité constante d'un objet à l'intérieur du secteur exploré. REVENDICATIONS 1 Scanographe à ultrasons mécanique, caractérisé en ce qu'il comprend: un moteur ( 14) dont l'arbre de sortie ( 18) oscille autour d'un axe de sortie ( 20) sur un angle inférieur à 1800; un premier engrenage conique ( 38) monté à l'extrémité de l'arbre de sortie; un transducteur à ultrasons ( 34) placé à une certaine distance de l'extrémité de l'arbre de sortie; un moyen donnant appui au transducteur de façon à lui permettre de tourner autour d'un axe d'exploration ( 28) transversal à l'axe de sortie ( 20); et un second engrenage conique ( 36) monté sur le transducteur, ce second engrenage engrenant avec le premier de façon à transmettre les oscillations de l'arbre de sortie au transducteur. 2 Scanographe selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'appui comprend un arbre d'exploration ( 26) tournant sur lequel le second engrenage et le transducteur sont montés fixes de façon à tourner en bloc avec l'arbre d'exploration. 3 Scanographe selon la revendication 2, caractérisé en ce que le second engrenage ( 36) comporte une série de dents ( 60) disposées en arc autour de l'axe d'exploration, et est disposé de telle sorte que la surface postérieure du transducteur ( 41) se trouve plus près de l'axe de transmission que les dents ( 60). 4 Scanographe selon la revendication 3, caractérisé en ce que le transducteur a une forme mince avec une surface antérieure convergente de rayonnement des ultra- sons ( 40), une surface de montage postérieure plate ( 41) et une surface de chant entre la surface de montage et la surface rayonnante. Scanographe selon la revendication 4, caractérisé en ce que le second engrenage ( 36) comporte, à l'opposé des dents, une face plate ( 62) qui s'applique contre la face de montage plate. 6 Scanographe selon la revendication 5, caractérisé en ce que la surface de chant du transducteur est circulaire et en ce que le moyen qui donne appui au transducteur comprend une bague ( 42) dans laquelle le transducteur s'adapte, cette bague comportant des collets espacés ( 44, 46) qui reçoivent l'arbre de transmission afin qu'il puisse tourner à l'intérieur. 7 Scanographe selon la revendication 6, caractérisé en ce que le second engrenage ( 36) comporte un alésage ( 64 > près de sa face plate ( 62) qui reçoit l'arbre d'exploration. 8 Scanographe selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un circuit d'émission et de réception ( 82), deux bornes électriques ( 66, 68) sur le transducteur, et deux conducteurs souples ( 70, 72) entre ledit circuit et les bornes respectives, ces conducteurs étant enroulés dans le même sens autour de l'arbre d'exploration avec un mou suffisant pour permettre l'oscillation du transducteur. 9 Scanographe selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second engrenage ( 36) comporte une série de dents ( 60) disposées en arc de cercle autour de l'axe de transmission, et le second engrenage est disposé de telle sorte que la surface postérieure du transducteur ( 41) se trouve plus près de l'axe de transmission que les dents ( 60). Scanographe selon la revendication 1, caractérisé en ce que le transducteur a une forme mince avec une surface antérieure convergente de rayonnement des ultra- sons ( 40), une surface de montage postérieure plate ( 41), et une surface de chant entre la surface de montage et la surface de rayonnement. 11 Scanographe selon la revendication 10, caractérisé en ce que le second engrenage a, à l'opposé des dents, une face plate ( 62) qui s'applique contre la face de montage plate. 12 Scanographe selon la revendication 10, caractérisé en ce que la surface de chant du transducteur est circulaire et en ce que le moyen de montage du transduc- teur comprend une bague dans laquelle le transducteur s'adapte, cette bague comportant des collets espacés qui reçoivent l'arbre de transmission. 13 Scanographe selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second engrenage ( 36) comporte près de sa face plate ( 62) un alésage ( 64) qui reçoit l'arbre d'exploration. 14 Scanographe selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un circuit d'émission et de réception ( 82), deux bornes électriques ( 66, 68) sur le transducteur, et deux conducteurs souples ( 70, 72) entre ledit circuit et les bornes respectives, ces conducteurs étant enroulés dans le même sens autour de l'arbre d'exploration, avec un mou suffisant pour permettre l'oscillation du transducteur. 15 Scanographe à ultrasons mécanique, caractérisé en ce qu'il comprend: un moteur ( 14) dont l'arbre de sortie ( 18) oscille autour d'un axe de sortie ( 20) sur un angle inférieur à 1800; un transducteur ( 34) placé à une certaine distance de l'extrémité de l'arbre de sortie; un arbre d'exploration ( 26) donnant appui au transducteur de façon à lui permettre de tourner autour d'un axe d'exploration transversal à l'axe de sortie; un moyen de transmission ( 36, 38) des oscillations de l'arbre de sortie à l'arbre d'exploration; un circuit d'émission et de réception ( 82); deux bornes électriques ( 66, 68) sur le transducteur et deux conducteurs souples ( 70, 72) entre le circuit et les bornes respectives, ces conducteurs étant enroulés autour de l'arbre d'exploration avec un mou suffisant pour permettre l'oscillation du transducteur. 16 Scanographe selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'arbre d'exploration ( 26) est fixe et en ce que le transducteur est monté sur cet arbre de façon à pouvoir tourner. 17 Scanographe à ultrasons mécanique, caractérisé en ce qu'il comprend: un moteur ( 14) dont l'arbre de sortie ( 18) oscille autour d'un axe de sortie ( 20) sur un angle inférieur à 1800; un transducteur à ultrasons ( 34) placé à une certaine distance de l'extrémité de l'arbre de sortie; un moyen ( 26) donnant appui au transducteur de façon à lui permettre de tourner autour d'un axe d'exploration perpendiculaire à l'axe de sortie; une transmission à angle droit ( 36, 38) servant à transmettre les oscillations de l'arbre de sortie au transducteur; un moyen ( 74, 78, 82, 83, 84) d'excitation périodique du transducteur de façon que des impulsions périodiques d'énergie ultrasonore soient émises à mesure que le transducteur oscille; et un moyen ( 86) d'affichage visuel des échos reçus par le transducteur à mesure qu'il oscille.