Brevet FR2525781A1 — publié le 19831028

Dispositif de sondage ultrasonore à balayage électronique La présente invention concerne le sondage ultrasonore à balayage électronique, permettant d'explorer une pièce, un milieu liquide contenant des hétérogénéités ou un organe, notamment, bien que non exclusivement, en échographie B, c'est-à-dire selon une tomographie en profondeur. On connaît déjà de nombreux dispositifs permettant, a partir d'un réseau linéaire régulier de N transducteurs, réseau droit ou courbe, de synthétiser par commutation électronique une ouverture rayonnante ou réceptrice regroupant une tranche de n transducteurs et de la déplacer pas à pas pour effectuer un balayage. La demande de brevet FR 79 32097 décrit un dispositif permettant de remplir cette fonction en utilisant un bus à nl voies correspondant à n' états d'émission ou de reception. Comme le montre la figure 1, la focalisation est réalisée en reliant n transducteurs élémentaires adjacents, appartenant au réseau, aux voies appropriées parmi les n' voies du bus. Une solution simple pour arriver à ce résultat consiste à associer chaque transducteur élémentaire du réseau (avantageusement associé a un circuit d'excitation et d'amplification qui lui est propre) à un multiplexeur à n' voies.Les N multiplexeurs, de faible coût parce qu a bas niveau, permettent chacun de relier le transducteur élémentaire auquel ils sont associés à la voie appropriée du bus, sous la commande d'une information véhiculée dans un registre présentant N cellules, information qui progresse dans le registre sous la commande d'une horloge. Cette disposition donne des résultats satisfaisants. Elle a l'avantage de permettre d'adresser une tranche de n transducteurs élémentaires à partir d'un bus à n' voies selon un code que l'on peut modifier à volonté, par simple changement de la programmation des registres. Elle permet aisément de réaliser plusieurs focaiisations à des profondeurs différentes pour une même émission, au prix d'une simple multiplication du nombre des cellules du registre. Mais, en contrepartie, cette solution est complexe et coûteuse si N et n sont élevés, du moins lorsqu'on utilise un seuil jeu de multiplexeurs. c'est-a-dire le mode de réalisation donné à titre d'exemple particulier, mais non limitatif, dans la demande FR 79 32097 déjà mentionnée. Pour réduire le nombre des multiplexeurs, on a proposé d'utiliser deux jeux de multiplexeurs en cascade et de mettre en oeuvre une technique qu'on peut qualifier de saute-moutons". Le document GB-A-2 021 767 décrit par exemple un dispositif de sondage ultrasonore à translation électronique du type comportant:N transducteurs élémentaires répartis à intervalles égaux suivant une ligne de translation; un yGrEratedr d'impulsions d'horloge; un réseau de niveau I de commutdtion comprenant n composants à chacun p accès reliés chacun a un des transducteurs, les transducteurs successifs reliés à un même composant étant espacés de n et le composant permettant de relier l'un quelconque des accès à une ligne commune, un réseau de commutation de niveau Il comprenant un nombre déterminé, pouvant etre égal a n, de composants à chacun n' accès reliés aux n' voies d'une ligne bus véhiculant, en réponse a un signal du générateur, une série d'impulsions espacées de retards prédéterminés, permettant de relier l'une quelconque des n' voies a ladite ligne; et des moyens de commande desdits réseaux conçus pour assurer la focalisation à distance déterminée à partir de la ligne de répartition des transducteurs élémentaires et la translation du groupe de n transducteurs. Une telle disposition peut être schématisée sous la forme indiquée en figure 2. Le réseau 10 de N = n.p transducteurs, d'ordre O à N-1, est associé à un jeu de n multiplexeurs il d'ordre I. Chaque multiplexeur comporte p voies désignées par 0,..., p-i. Ce premier jeu de multiplexeurs constitue le réseau de commutation de niveau I. Let P accès du premier multiplexeur, d'ordre U, sont reliés aux transducteurs élémentaires d'ordre O, n, 2n (p-l)n. Les accès du multiplexeur d'ordre i seront reliés aux transducteurs élémentaires d'ordre i, n+i,..., (p-l)n + i. Enfin, le nième multiplexeur, d'ordre n-l, aura ses accès reliés aux transducteurs élémentaires n-l, 2n-1, ..., N-n-1, N-1. On a supposé, dans le cas représenté, que le nombre N de transducteurs élémentaires était égal au nombre d'accès de l'ensemble des multiplexeurs de niveau I, mais ce nombre peut évidemment être inférieur. On voit immédiatement que l'un quelconque de n transducteurs élémentaires 10 consécutifs peut être retrouvé sur les n lignes des multiplexeurs 11, à la seule condition d'adresser convenablement ces multiplexeurs. Mais les n transducteurs élémentaires de la tranche d'émission ou de réception retenue sont reliés aux n sorties des multiplexeurs 11 à travers une permutation circulaire qu'il faut corriger au moyen du réseau de commutation de niveau II, constitué par un second jeu de n multiplexeurs 12 à n' accès dans le mode de réalisation montré en figure 2. Le dispositif ainsi obtenu est moins coûteux en voies de commutation que celui qui utilise un seul niveau de multiplexeurs, puisqu'il exige seulement np + nn' voies au lieu de nN voies. Mais il exige un adressage complexe des multiplexeurs de niveau II connectés au bus. Dans le document GB-A-2 021 767, cet adressage est effectué à l'aide d'unekmémoire programmée relativement lourde et d'une calculatrice. Pour simplifier la mémoire, on peut effectuer l'adressage à l'aide d'un système de registres bouclé circulairement et comportant n cellules au moins. Ce système de registres assure la permutation circulaire de correction permettant d'affecter dans l'ordre correct les n transducteurs élémentaires aux n' voies du bus selon un code programmé à l'avance. On retrouve alors une version identique à celle du mode particulier de réalisation décrit dans la demande de brevet FR 79 32097, mais sur n voies seulement. On conserve donc la souplesse de la solution I. Mais il faut, en contrepartie, une horloge double assurant le transit de la commande binaire dans les registres d'adressage des multiplexeurs de niveau I et II, ce qui, dans la pratique, est réalisé à l'aide d'une horloge rapide et de circuits diviseurs. La présente invention vise notamment à fournir un dispositif de sondage à focalisation et balayage électronique répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qui concerne la simplicité de cor:stitutio-n et d'adressage. Pour cela, il a d'abord fallu constater que l'on pouvait, sans pour autant affecter de façon défavorable la souplesse d'adaptation et de fonctionnement du dispositif, accepter les contraintes consistant à donner à n' la valeur n et à effectuer la commutation des n transducteurs de la tranche selon un ordre fixé aux n voies du bus. Une fois admises ces limitations, il devient possible de réaliser un processus d'adressage totalement aléatoire, donc sans les contraintes qu'impose l'utilisation de registres, et qui pourtant est relativement simple. Pour cela, l'invention propose un dispositif dans lequel les moyens de commande des réseaux de commutation comprennent un bus numérique d'adressage d'un transducteur d'ordre R d'identification d'une tranche de n transducteurs et, pour chaque jeu de deux composants (11, 12) associés, un circuit numérique d'adressage des deux composants à partir du résultat de l'addition de l'ordre B modulo n des transducteurs associés au jeu de composants. Dans un mode particulier de réalisation particulièrement intéressant, chaque circuit numérique d'adressage est relié auxdits composants de façon à fournir au composant de niveau I une adresse constituée par le chiffre de poids fort et, au composant de niveau Il, une adresse constituée par le chiffre de poids faible du résultat de l'addition du rang R de la tranche et du complément B de l'ordre modulo n du transducteur dans le réseau de N transducteurs. L'invention sera mieux comprise à ia lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et de la comparaison qui en est raite avec l'art antérieur. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la Figure 1, déjà mentionnée, montre les liaisons à effectuer entre n transducteurs élémentaires d'une tranche utilisés simultanément à l'émission ou à la réception pour assurer une focalisation et les n' voies d'un bus - la Figure 2 est un schéma de principe montrant les liaisons des N transducteurs élémentaires d'un réseau avec les multiplexeurs constituant réseaux de commutation de niveau I et de niveau II - la figure 3, similaire à la figure 1, montre les liaisons à réaliser pour la mise en oeuvre de l'invention avec n' = n - la Figure 4 est un schéma de principe montrant la façon dont s'effectue l'adressage de deux multiplexeurs associés appartenant chacun à l'un des deux niveaux - les Figures 5A et 5B sont des diagrammes explicatifs montrant comment deux commutateurs peuvent être utilisés pour effectuer l'adressage lorsque les n transducteurs élémentaires appartenant à la tranche retenue sont commandés de façon symétrique - la Figure 6 est un schéma synoptique simplifié montrant la mise en oeuvre du processus illustré en figure 5 dans un cas particulier. On reviendra tout d'abord à la figure 2 pour faire apparaître, à l'aide d'un raisonnement arithmétique, comment on peut créer une nouvel le approche de programmation permettant de simplifier notablement le dispositif. On supposera, comme indiqué à la figure 3, que l'on utilise une tranche de n transducteurs élémentaires, de rangs R,..., i = R + c,..., R + n-1 appartenant au réseau de N transducteurs. Si la voie O du bus doit être affectée au Rième transducteur, la voie 1 au (Rtljiè"e etc, jusqu'à la voie n-1 au (R+n-i) sème transducteur, on peut écrire de facon générale que lipome transducteur sera affecté à la voie c suivant l'équation :: i = R+c (1) Si on pose N = pn avec p n n + ss = an + b + c (2) Sous cette forme, on voit que ff et ss d'une part, a et b d'autre part, constituent leschiffres de poids fort et faible des nombres i et R exprimes. en base n. On peut traduire cette relation sur la figure 2 en remarquant que ss sera alors l'indice ouordre du multiplexeur 11 de premier niveau intéressant le transducteur d'ordre i, tandis que a représentera l'accès au multiplexeur associé au transducteur i. Quant a c, il représentera l'adresse du multiplexeur de niveau II affectant le transducteur i à l'état c. Ces deux adresses a et c peuvent être obtenues à partir de l'équation suivante, dérivée de l'équation (2) CL n - c = an + b - 8 ou encore CL n + c = an + b + F (3) c et 8 sont les complémentaires de c et de 8 en base n: c=n-i-c ss = n - 1 - ss On voit que adresse a du multiplexeur approprié du niveau I et le complément c de !'adresse du multiplexeur de niveau II sont obtenus par simple addition numérique du rang R de la tranche à mettre en oeuvre et du complément B du numéro d'ordre modulo n du transducteur i dans le réseau, c'est-à-dire de l'indice du multiplexeur d'ordre I auquel est connecté le transducteur élémentaire. On a représenté schématiquement sur la figure 2 les adresses a et c à appliquer aux multiplexeurs de rang ss et de niveaux I et II, respectivement. La figure 4, où ne sont représentés que les multiplexeurs de rang ss , montre schématiquement le circuit d'électronique numérique permettant d'effectuer l'adressage de ces multiplexeurs. Un bus numérique 13 présentant un nombre de lignes suffisant pour représenter le nombre N-1 en binaire, attaque un circuit d'éléctronique numérique 14 par jeu de deux multiplexeurs 11 et 12. Ce circuit comporte un additionneur et des moyens de mémorisation de la valeur ss correspondant au jeu de deux multiplexeurs.Les circuits, qui peuvent être de constitution entièrement classique, déterminent a et c à partir de R et des données mémorisées. Il suffit d'inverser la disposition des accès du multiplexeur 12 et celle des voies du bus 15 à n' = n états. ppur permettre d'effectuer l'adressage de façon simple. Si par exemple on a n = 16 et p = 8, ce qui permet d'utiliser-des composants numériques disponibles à faible prix sur le marché, on peut connecter ainsi une tranche de 16 transducteurs élémentaires constitutifs d'un réseau total de N = 128 transducteurs à un bus 15 à 16 états grace à un jeu de 16 multiplexeurs il de niveau I à 8 voies et un jeu de 16 multiplexeurs 12 de niveau II à 16 voies, adressés par 16 additionneurs binaires 14 à 7 bits (4 bits pour c et 3 bits pour oui). On voit que les circuits 14 ne comportent que des additionneurs à faible coût travaillant de manière statique et que le dispositif suivant l'invention permet d'adresser la position retenue pour la tranche de façon totalement aléatoire, donc en écartant un- inconvénient des registres 3 décalage. On a jusqu'ici considéré que les-éléments 10 sont des transducteurs élémentaires. Mais, dans la pratique, on aura intérêt à associer, à chaque transducteur élémentaire, un circuit d'excitation et de préamplification à la réception qui lui est propre, ce qui permet notamment d'exciter les transducteurs à partir du bus 15 à l'aide de.simples impul- sions logiques de bas niveau. La constitution de .ce bus et des circuits d'émission et de réception qui lui sont associés, ainsi que les éléments directement associés aux transducteurs élémentaires peuvent être du genre décrit dans la demande de brevet FR 79 32097 déjà mentionnée et à laquelle on pourra se reporter. Dans le cas fréquent où l'adressage de la tranche de n transducteurs élémentaires retenue s'effectue de façon symétrique par rapport au centre R + (n-1)/2 de la tranche, il peut être avantageux d'utiliser deux dispositions du genre illustré en figure 4, assurant la commutation de deux demi-tranches dont, pour simplifier la présentation, on supposera qu'elles ont chacune n (et non pas n/2) éléments, à partir d'un bus 15 à n voies ou états. La figure 5A montre les deux demi-tranches, désignées par G et D, comportant respectivement les transducteurs élémentaires R-n à R-1 et R à R+n-1. On retrouve, pour chacune des deux demi-tranches, des formules similaires aux formules (1) et (2) ci-dessus. Pour la partie droite, on a, identiquement aux formules précédentes : (4) 1D = -R + cD aDm + 8D = an + b + cD d'où &alpha;D n + cD = an + b + = R + WD Pour la partie gauche on a par contre (4') 1G = R - cG - 1 &alpha;G = ssG = an + b - cG - 1 d'où &alpha;G n + c = an + b +ssG - n = R +sG - n On voit que la nature et le branchement des circuits restent ceux montrés en figure 4.Cependant, les accès du multiplexeur 12 sont reliés dans l'ordre naturel aux voies du bus 15 et, l'addition requise par (4') étant effectuée modulo N = np, elle est réalisée en fait selon G ) G n + cG = R + 8G + N-n Dans le cas illustré en figure 5A, le nombre de transducteurs élémentaires mis en oeuvre est pair et la ligne de tir correspond à la jonction entre les transducteurs d'ordre R-l et R. Mais on peut aussi bien adopter la disposition montrée en figure 5B, centrée sur un transducteur élémentaire R laissé inactif, la ligne de tir étant alors centrée sur ce transducteur. On décrira maintenant, en faisant référence a la figure 6, une fraction d'un dispositif permettant de réaliser l'une ou l'autre des répartitions montrées en figures 5A et 5B. Cette fraction de circuit peut s'insérer dans une disposition générale du type montré dans la demande de brevet FR 79 32097. On supposera que le réseau comporte 128 transducteurs élémentaires 10 et que le dispositif permét de commuter une tranche de 32 transducteurs élémentares, l'utilisation des dispositions de la figure 5A et de figure 5Ben alternance permettant d'effectuer la translation par pas égaux à un demi intervalle entre transducteurs, donc sur 256 positions au total. Pour cela, le dispositif comprend 16 circuits 16 dont chacun comporte deux multiplexeurs 11 de niveau I et deux multiplexeurs 12 de niveau II. Chacun des circuits 16 est associé à une valeur de 8, c'est-à-dire aux huit transducteurs ayant le rang ss modulo 16 dans le réseau 10. Chacun des multiplexeurs 11 est relié au multiplexeur 12 correspondant par un commutateur 17 qui permet de relier les multiplexeurs en alternance par une voie d'émission directe, et par une voie de réception comportant un préamplificateur 18 grâce auquel on peut améliorer le rapport signal/bruit. Les commutateurs 17 sont tous simultanément commands immédiatement après émission pour passer de la liaison directe entre multiplexeurs 11 et 12 à la liaison par l'intermédiaire de l'amplificateur de réception 18. Cette commande peut être réalisée par une ligne commune 19 à partir d'un circuit à retard commandé par l'horloge du dispositif. L'adressage de la position des demi-tranches est effectué à l'aide d'un signal comportant huit bits, celui de plus faible poids ayant la valeur 0,5 afin-de permettre de faire alterner le milieu de la tranche entre la frontière entre les transducteurs R-1 et R (l'adressage ayant une valeur entière) et le milieu d'un transducteur (adressage porté à une valeur entière + 0,5). Les additions à huit bits effectuées par les commutateurs droit et gauche selon (4) et (4") deviennent alors respectivement (n étant égal à 16 et N à 128) (5) CLO 16 + FD = R + + + QG 16 + CG = R + 112 + ss l'adresse a étant fournie par les sorties Sg, S7, Sgde poids fort et l'adressage C (t) par les sorties S2, S3, 54, de de poids faible, la sortie S1 de poids 0,5 restant inu- tilisée. Les tranches retenues sont jointives pour R entier et disjointes, laissant l'élément central R - 0,5 inactif, si R a une valeur entière + 0,5. Naturellement, on peut de façon identique assurer soit la disjonction, soit le chevauchement sur un transducteur des deux tranches, la première solution paraissant plus favorable pour la foca lîsation ultrasonore. Le dispositif qui vient d'être décrit permet de réaliser un balayage entre deux positions extrêmes en sorte que la position de tir peut être telle qu'on ne dispose pas de n transducteurs de part et d'autre, du fait de la proximité de l'extrémité de la tranche. Il suffit dans ce cas d'utiliser les sorties de retenue (carry output) des additionneurs binaires 14 (comme l'indique la figure 6) pour inhiber les multiplexeurs de niveau 11 quand la tranche est centrée sur une position qui la fait déborder du réseau et n'intéresse plus les éléments associés au circuit en cause. On voit que, quel que soit le mode de réalisation de l'invention qui est retenu, on peut adresser une tranche de façon aléatoire, sans le retard qui s'attache a l'utilisation de registres. Cette possibilité présente un grand intérêt dans de nombreux cas. Par exemple, on peut présenter simultanément une tomographie (échographie B) classique et l'évolution dynamique de l'information obtenue à rythme rapide sur une ou plusieurs lignes de tir retenues (mode TM). Une telle présentation permet notamment au médecin de surveiller sur l'image la bonne position de la ligne retenue, pour la mesure en mode TM (abréviation habituelle pour le fonctionnement fréquemment désigné par le terme anglais "time motion"). Cette possibilité rend de plus facile la présentation grossie d'une partie réduite de l'image (effet de zoom). REVENDICATIONS 1. Dispositif de sondage ultrasonore à balayage électronique, comprenant N transducteurs élémentaires répartis régulièrement suivant un réseau linéaire, un générateur d'impulsions d'horloge, un réseau de niveau I de commutation comprenant n composants (11) à chacun p accès reliés chacun à un des transducteurs élé,mentaires (1Q), les transducteurs successifs reliés à un même composant (11) étant espacés de n et le composant permettant de relier l'un quelconque de ces accès à une ligne commune, un réseau de commutation de niveau II comprenant un nombre déterminé, égal à n, de composants (12) ayant chacun n accès reliés aux n voies d'un bus (15) véhiculant, en réponse à un signal du générateur, une serie oirnpuislons espacees cie retardas prenetermines, chaque composant de niveau II permettant de relie-r. l1une quelconque de ces n voies à ladite ligne, et des moyens (13, 14) de commande desdits réseaux, conçus pour assurer la focalisation 3 distance déterminée à partir de la ligne de répartition des transducteurs élémentaires (10) et la translation du groupe de n transducteurs, caractérisé en ce que les moyens de commande des réseaux de commutation comprennent un bus numérique (13) d'adressage d'un transducteur d'ordre R d'identification d'une tranche de n transducteurs et, pour chaque jeu de deux composants (11, 12) associés, un circuit numérique d'adressage des deux composants à partir du résultat de l'addition de l'ordre ss modulo n des transducteurs associés au jeu de composants. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chaque circuit numérique d'adressage est relié auxdits composants (11, 12) de façon à fournir au composant (11) de niveau I une adresse constituée par le chiffre de poids fort et, au composant (12) de niveau I1, une adresse constituée par le chiffre de poids faible du résultat de i'addition du rang R de la tranche et du complément ss de I'ordre modulo n du transducteur dans le réseau de N transducteurs. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les accès du composant de niveau II sont inversés par rapport aux voies du bus (15). 4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les réseaux de commutation et les moyens de commande sont doublés de fa çon a permettre de réaliser un adressage symétrique des transducteurs élémentaires dans une même tranche. 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de commande sont prévus pour permettre la disjonction ou le chevauchement des deux demi-tranches.