Brevet FR2529073A1 — publié le 19831230

SONDE A ULTRASONS ET INSTALLATION D'ECHOGRAPHIE UTILISANT UNE TELLE SONDE L'invention se rapporte à une sonde à ultrasons, à balayage sectoriel, conçue pour émettre des salves d'ultrasons dans diffé- rentes directions et recevoir des échos correspondants; elle con- cerne plus particulièrement des moyens de reperage angulaire de l'équipage mobile de la sonde L'invention concerne aussi une instal- lation d'échographie perfectionnée, équipée d'une telle sonde. Une sonde à ultrasons classique comporte un équipage mobile monté en rotation sur un axe, dans un boitier et susceptible de rayonner un faisceau ultrasonore vers l'extérieur du boitier et recevoir les échos correspondants de façon à réaliser l'exploration complete d'un secteur donné, en vue d'en reconstituer une image. Ainsi, à chaque séquence émission-reception faite pour une position angulaire donnée de l'équipage mobile, correspond une "ligne" de l'image reconstituée ultérieurement L'équipage mobile peut être constitué par le transducteur piézo-électrique lui-même ou par un miroir réfléchissant le faisceau ultrasonore émis par un transducteur fixe Le balayage sectoriel peut être obtenu en faisant osciller Péquipage mobile autour de son axe; on peut aussi obtenir un résultat équivalent grâce à un équipage mobile cylindrique muni de plusieurs transducteurs et entraîné en rotation à vitesse constante. L'un des problemes posés par ces types de sondes (principa- lement la sonde oscillante) est le reperage précis de la position angulaire de l'équipage mobile à chaque instant, en vue de toujours déclencher les salves d'émission ou "tirs" aux mêmes positions angulaires La précision des positions respectives des différents tirs nécessaires à la reconstitution d'une image constitue en effet une caractéristique importante pour la qualite de l'image Une bonne précision permet de situer correctement les différentes lignes les unes par rapport aux autres dans l'image et aussi de stabiliser les -2 - positions des lignes d'une image à une autre On a cherche à résoudre ce problème en linéarisant autant que faire se peut le mouvement oscillant de l'équipage mobile au moyen d'une chaîne d'asservissement bouclée sur le moteur d'entraînement de celui-ci. Une autre façon de procéder consiste simplement a réaliser un repérage angulaire de l'équipage mobile et à déclencher les "tirs" à partir de signaux représentatifs de ce repérage Dans les deux cas, les dispositifs qui ont été associés au moteur (potentiometres de précision, par exemple) soit pour élaborer le signal d'erreur de l'asservissement soit pour concrétiser le repérage angulaire, sont encombrants et sujets a des dérives dans le temps L'encombrement même d'un tel dispositif nécessite de le disposer à une certaine distance de l'équipage mobile Le couplage est donc nécessairement réalisé par un systeme mécanique de renvoi Quelle que soit la qualité d'exécution de ce système, les jeux ne peuvent jamais être complètement éliminés et jouent un rôle particulièrement critique dans les sondes à équipage mobile oscillant, puisqu'ils sont sollicités à chaque inversion de sens du mouvement C'est l'une des principales causes d'usure et de dereglement de ce type de sonde. Par ailleurs, la précision de tous ces dispositifs de repérage fournissant un signal dit "analogique" est intrinsèquement limitée de sorte que l'utilisation de codeurs incrémentaux fournissant des informations exploitables par des systemes de traitement numé- rique, apparaît de plus en plus souhaitable L'invention apporte une solution à tous les problemes énoncés ci-dessus en proposant l'adap- tation d'un codeur incrémental à une sonde mécanique à balayage sectoriel. Plus précisément, l'invention concerne donc une sonde à ultra- sons comportant un équipage mobile en rotation, notamment un équipage rotatif oscillant, engendrant un balayage sectoriel d'une sonde ultrasonore, caractérisée en ce que ledit équipage mobile porte au moins une piste de repérage angulaire sur laquelle sont inscrites des informations, cette piste de repérage décrivant un certain trajet détermine par le mouvement dudit équipage mobile et -3 - en ce que des moyens de lecture desdites informations sont disposés en regard d'un point dudit trajet. La piste de repérage définie ci-dessus peut être de nature magnétique (une simple bande magnétique sur laquelle on a enre- gistré une succession d'impulsions réalisant un code magnétique incrémental) ou encore de nature optique (matérialisée par une succession de petites zones réfléchissantes séparées par des zones absorbantes) Bien entendu, dans le premier cas, les moyens de lecture précités seront constitués par une tête magnétique tandis que dans le second cas ces moyens de lecture pourront être matérialisés par un agencement de fibres optiques reliées a un convertisseur opto-électrique Quel que soit le mode de réalisation adopté, on conçoit aisément que les moyens decrits constituent un codeur angulaire incrémental extrêmement fidele et précis, suscep- tible de délivrer des trains d'impulsions électriques (apres mise en forme et amplification) directement représentatifs du mouvement de l'équipage mobile, chaque impulsion représentant un angle de rotation elémentaire prédéterminé Aucune dérive dans le temps de ce type de codage incrémental n'est à craindre du fait que la piste de repérage angulaire est solidaire de l'équipage mobile. Les trains d'impulsions peuvent être exploités de différentes manieres. En premier lieu, il est clair que les impulsions pourront être mises en oeuvre pour déclencher directement les "tirs" d'ultrasons et piloter les moyens d'adressage d'une mémoire de rafraîchissement chargée de stocker les informations résultant du traitement des echos reçus apres chaque tir. Dans cet esprit, l'invention concerne donc également une installation d'échographie associée à une sonde selon la définition qui précede et comportant un générateur de signaux d'excitation alimentant un transducteur d'ultrasons deladite sonde, caractérisée en ce que ledit générateur comporte des moyens de synchronisation dont une entrée est reliée aux moyens de lecture precités des informations inscrites sur ladite piste de repérage angulaire. -4 - Il est à noter que les "tirs" ainsi synchronisés par les impul- sions provenant du moyen de lecture precité, pourront être effec- tués sans inconvénient à l'aller et au retour du mouvement de Péquipage mobile alors que les systemes analogiques d'asservis- sement utilisés antérieurement n'autorisaient le plus souvent qu'un seul balayage utile par cycle en raison de difficultés tecnnologiques pour obtenir un mouvement parfaitement symétrique L'un des avantages de l'invention est donc de permettre une augmentation notable de la cadence des images. Les impulsions issues du codeur incrémental associé a la sonde peuvent aussi être utilisées pour piloter des moyens d'asservissement de vitesse du moteur d'entraînement de l'équipage mobile On élimine ainsi les accélérations brutales qui pourraient empêcher de recevoir certains échos et donc perturber la reconstitution de l'image. Enfin, ces impulsions peuvent encore être utilisées pour piloter des moyens d'asservissement de position du moteur d'entraînement de l'équipage mobile Dans certains examens, notamment car- diaques, il est en effet souhaitable d'immobiliser l'équipage mobile de la sonde suivant une position de tir choisie (correspondant à une ligne de l'image) de façon à visualiser les mouvements de l'organe examiné suivant cette direction. Un asservissement de position, piloté par le codeur incrémental associé-à l'equipage mobile lui-même améliore considérablement la précision et la stabilité de l'orientation de l'équipage mobile dans un tel type d'examen. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparattront mieux à la lumiere de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en perspective, avec arrachement d'un premier mode de réalisation d'une sonde à ultrasons selon l'in- vention; la figure 2 est une vue en perspective avec arrachement d'un second mode de réalisation d'une sonde à ultrasons selon l'invention; 2 229073 -5 - la figure 3 illustre la forme des signaux électriques dérivés du codeur incrémental équipant une sonde à ultrasons selon l'inven- tion, par exemple celle de la figure 2; et la figure 4 est un schéma-bloc simplifié d'une installation d'échographie conçue pour être équipée d'une sonde selon l'invention. La sonde illustrée à la figure 1 comporte un boitier Il muni d'une ouverture 12 obturée par une paroi souple 13, acoustiquement transparente en regard de laquelle un équipage mobile 14 est monté oscillant autour d'un axe 15 L'équipage mobile oscillant 14 com- porte un cristal piézo-électrique 16 disposé devant l'ouverture 12 et prolongé vers l'arriere du boitier par un bloc de matériau composite 17 Classiquement, ce bloc peut par exemple être réalisée en résine synthétique chargée d'un matériau lourd tel que le tungstene pour absorber l'onde arriere ou au contraire de materiau léger pour la réfléchir vers la fenêtre 12 en phase avec l'onde avant Selon l'invention, ce bloc 17 est conformé en demi-cylindre admettant l'axe 15 pour axe de symétrie et la portion de surface latérale cylindrique 18 parallele à cet axe porte une piste de repérage angulaire 19 sur laquelle sont inscrites des informations Cette piste de repérage décrit donc un certain trajet suivant un arc de cercle déterminé par le mouvement de l'équipage mobile 14 Des moyens de lecture 20 desdites informations sont disposés en regard d'un point de ce trajet Dans l'exemple de la figure 1, la piste 19 a été matérialisée sur un tronçon de bande magnétique 19 a On a en effet enregistré sur ce tronçon de bande magnétique un train d'impulsions de fréquence rigoureusement constante Chaque impulsion est donc représentative d'un angle de rotation prédéterminé de l'équipage mobile Bien entendu, les moyens de lecture 20 sont ici constitues par une simple tête magnétique dont l'entrefer est disposé en regard de la piste 19 Comme on le verra plus loin en référence à la figure 2, il peut être avantageux d'inscrire plusieurs pistes telle que 19 à la surface du tronçon de bande magnétique 19 a Dans ce cas, la tête magnétique 20 comporte autant d'entrefers qu'il y a de pistes pre- enregistrees et autant de bobinages De façon classique, l'équipage 6- mobile 14 est entraîné par l'interrnédiaire d'un moteur (non repré- sente) par l'intermédiaire de tout mecanisme de tranformation de mouvement convenable Ce moteur 21 est cependant schématisé a la figure 4. Dans le second mode de réalisation de la sonde, représenté à la figure 2, les éléments de structure analogues portent les mêmes références numériques et ne seront pas décrits à nouveau Cette sonde se distingue de la précédente par le fait que le codeur optique qui lui est associé est de nature optique et non plus magnétique La surface latérale 18 du bloc 17 porte au moins une et de preference deux pistes de repérage angulaire 29, 30 Chaque piste est matéria- lisée par une pluralité de zones réfléchissantes 39 régulierement espacées et séparées par des zones absorbantes et les moyens de' lecture comportent un agencement de fibres optiques 32, 33, 34 et un convertisseur opto-électrique 36 Dans l'exemple représenté, les fibres sont associées par paires et les deux fibres d'une paire ont leurs extrémités disposées côte à côte en regard d'une piste de repérage, le convertisseur opto-électrique étant couplé aux autres extrémités desdites fibres Dans chaque paire de fibres, l'une ( 32 a, 33 a, 34 a Y est associée à une source lumineuse (localisée à l'intérieur du convertisseur 36) tandis que l'autre ( 32 b, 33 b, 34 b) est en permanence couplée à une entrée de signal optique du convertisseur. Ce dernier comporte trois sections identiques 132, 133, 134 traitant respectivement les signaux optiques élabores par les paires de fibres, 32, 33 et 34 et comportant chacun respectivement une sortie de signal électrique SI, 52 et 53 Les fibres optiques 32 a et 32 b ont leurs extrémités disposées en regard de la piste 29 tandis que les fibres 33 a et 33 b ont leurs extrémités disposées en regard de la piste Les fibres 34 a et 34 b ont leurs extrémites disposées en regard d'une piste supplémentaire 31 qui ne comporte qu'une seule zone réfléchissante, par exemple à une extrémité de la surface cylin- drique 18 Le rôle de cette piste supplémentaire est de générer un signal de début de cycle apparaissant périodiquement à la sortie 53 du convertisseur opto-electrique A chaque demi-période du = -7 - mouvement oscillant de l'équipage mobile, deux trains d'impulsions électriques apparaissent respectivement aux sorties 51 et 52 Les zones réfléchissantes des pistes 29 et 30 sont déphasées de 90 de sorte que ce déphasage se retrouve entre les trains d'impulsions électriques disponibles simultanément aux sorties SI et 52, comme cela est représenté sur la figure 3 Les sorties 51 et 52 sont connectées aux deux entrées d'une porte du type OU exclusif 38 de sorte que le signal disponible à la sortie S de cette porte a une fréquence double (voir figure 3). Le fait d'utiliser des signaux déphasés de 900 sur deux pistes parallèles lues en même temps présente deux avantages On divise par deux le pas du codage angulaire comme le montre clairement la figure 3 et on est également capable de connaître à tout moment le sens du mouvement oscillant de l'équipage mobile 14 en fonction du signe du dephasage entre les signaux disponibles aux sorties SI et 52. Bien entendu, cet agencement multipistes est parfaitement transposable au mode de réalisation de la figure 1. La figure 4 représente une installation d'échographie associée à une sonde conforme à la figure I ou 2 Cette installation comporte de façon classique une unité d'émission-réception 40 comportant un générateur de signaux d'excitation 41 et un circuit de réception 42 couplés (liaison 43) au transducteur 16 Le circuit 42 reçoit et traite les signaux d'échos perçus par la sonde apres chaque tir et élabore des informations numériques qui sont adressées à une mémoire de rafraîchissement 43, par l'intermédiaire de moyens d'adressage 44. La mémoire de rafraîchissement 43 est relue au rythme d'une horloge H pour reconstituer une image sur l'écran d'un tube catho- dique 45. Selon un autre aspect de l'invention, le générateur de signaux d'excitation 41 comporte des moyens de synchronisation dont une entrée 46 reçoit les signaux élaborés par le moyen de lecture du codeur incrémental de la sonde Plus précisément, l'entrée 46 est reliée à la sortie S de la porte OU exclusif 38 De même, les moyens d'adressage 44 comportent une entrée de pilotage 47 également 8 - reliee à la sortie S de la porte 38 En outre, comme mentionné précédemment, l'installation d'echographie est complétée par des moyens d'asservissement de vitesse V du moteur 21 lesquels sont eux aussi pilotés par les signaux disponibles à la sortie S de la porte 38. Enfin, selon une autre possibilité avantageuse offerte par l'inven- tion, il est possible de substituer des moyens d'asservissement de position P aux moyens d'asservissement de vitesse (commutateur 48) en vue d'arrêter le mouvement oscillant de la sonde dans une position angulaire donnée, les moyens d'asservissement de position P etant eux-mêmes pilotés par les signaux disponibles à la sortie S de la porte 38. En fonctionnement normal, Punité d'émission-réception 40, les moyens d'adressage 44 et le moteur 21 asservi en vitesse sont donc pilotés par les trains d'impulsions qui apparaissent à la sortie S de la porte 38 et toutes les informations numériques mises en mémoire seront représentatives des échos reçus à des positions angulaires, bien précises et invariables, de requipage mobile 14 En revanche, lorsque les moyens d'asservissement de position seront mis en service par l'intermédiaire du commutateur 48, le comptage des impulsions délivrées à la sortie S permettra d'amener l'équipage mobile 14 dans une position angulaire choisie et de l'y maintenir. Dans ce mode de fonctionnement, on pourra visualiser non plus l'image de la région-examinée mais l'évolution des échos suivant une direction de tir bien précise. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à la sonde et à l'installation d'échographie qui viennent d'être decrites Ln parti- culier, en ce qui concerne la sonde, il est bien clair que les moyens formant le codeur incrémental peuvent aisément être adaptes à une sonde à roue portant plusieurs transducteurs piézo-électriques à sa périphérie La ou les pistes de repérage angulaire pourraient dans un tel cas être facilement disposées sur une partie de la surface latérale de la roue portant les transducteurs; les signaux électriques élaborés à partir de ce codeur incrémental seraient alors notamment utilises pour le déclenchement des tirs d'ultrasons et pour la régulation de la vitesse de rotation de la roue D'autres modifi- cations peuvent être apportees, par exemple, dans le mode de réalisation de la figure 2 o l'on a représenté une paire de fibres optiques associée à chaque piste de repérage angulaire On pourrait parfaitement envisager de n'utiliser qu'une fibre optique par piste exploitée alternativement en émission et réception C'est dire que l'invention couvre tous les équivalents techniques des moyens mis en jeu si ceux-ci le sont dans le cadre des revendications qui suivent. -10 - REVENDICATIONS 1 Sonde à ultrasons comportant un équipage mobile ( 14) en rotation, notamment un équipage rotatif oscillant, engendrant un balayage sectoriel d'une onde ultrasonore, caractérisée en ce que ledit équipage mobile porte au moins une piste de repérage angulaire ( 19, 29, 30) sur laquelle sont inscrites des informations, cette piste de repérage décrivant un certain trajet déterminé par le mouvement dudit équipage mobile et en ce que des moyens de lecture ( 20, 32, 33) desdites informations sont disposes en regard d'un point dudit trajet. 2 Sonde selon la revendication -1, caracterisée en ce que ledit équipage mobile ( 14) comporte une portion de surface latérale cylindrique ( 18) parallele à son axe de rotation ( 15) et portant ladite piste de repérage angulaire. 3 Sonde selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en ce que ladite piste de repérage angulaire ( 19) est une piste magnétique et que lesdits moyens de lecture ( 20) sont essentiellement constitués par une tête magnétique. 4 Sonde selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ladite piste de repérage angulaire ( 29, 30) comporte une pluralité de zones réfléchissantes ( 39) régulièrement espacées et séparées par des zones absorbantes et en ce que les moyens de lecture compor- tent au moins une fibre optique 032, 33) dont une extrémité est placée en regard dudit trajet et un convertisseur opto-électrique ( 36) couplé à l'autre extrémité de ladite fibre optique. 5 Sonde selon la revendication 4, caractérisée par deux fibres optiques paralleles ( 32 a 32 b, 33 a 33 b) chacune ayant une extrêmite disposée en regard de ladite piste de reperage angulaire, en ce que l'une est en permanence associée à une source lumineuse et en ce que l'autre est en permanence couplée à une entrée de signal optique dudit convertisseur opto-électrique ( 36). 2 29073 il - 6 Sonde selon l'une des revendications précédentes, caracté- risée en ce qu'elle comporte deux pistes de repérage angulaire ( 29, ) parallèles, associées à des moyens de lecture respectifs ( 32, 33) et en ce que chaque piste porte un signal périodique enregistré, ces deux signaux étant déphasés de 90 . 7 Sonde selon la revendication 6 caractérisée en ce qu'elle comporte une troisieme piste de repérage angulaire ( 31) et des moyens de lecture ( 34) correspondants, ladite piste de repérage portant une unique impulsion enregistrée. 8 Installation d'échographie associée à une sonde selon l'une des revendications précédentes et comportant un génerateur de signaux d'excitation ( 41) alimentant un transducteur d'ultrasons ( 16) de ladite sonde, caractérisée en ce que ledit générateur comporte des moyens de synchronisation dont une entrée ( 46) est reliée aux moyens de lecture précites des informations inscrites sur ladite piste de repérage angulaire. 9 Installation d'échographie selon la revendication 8, com- prenant une mémoire ( 43) agencée pour stocker les signaux repré- sentatifs des échos reçus par ledit transducteur, caractérisée en ce que des moyens d'adressage ( 44) de ladite mémoire sont reliés auxdits moyens de lecture et pilotés par eux. Installation d'échographie selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens d'asser- vissement de vitesse (V) d'un moteur d'entraînement ( 21) dudit équipage mobile et que ces moyens d'asservissement sont reliés auxdits moyens de lecture pour être pilotés par eux - 11 Installation d'échographie selon l'une des revendications 8 à , caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens d'asservissement de position (P) d'un moteur d'entraînement ( 21) dudit équipage mobile et que ces moyens d'asservissement sont reliés auxdits moyens de lecture pour recevoir des signaux correspondants, les- quels sont exploités pour déterminer une position angulaire donnée dudit équipage mobile.