Brevet FR2565094A1 — publié le 19851206

SONDE D'ECHOGRAPHIE A MIROIR OSCILLANT DE FOCALISATION. La présente invention concerne les sondes d'échographie, et elle se rapporte plus précisément aux sondes d'échographie destinées aux applications médicales, notamment en ophtalmologie, en gynécologie et obstétrique, en gastro-entérologie, et aux examens cardio-vasculaires. On connait déjà de nombreuses réalisations différentes de sondes d'échographie à applications médicales, dont certaines sont d'un type comprenant - une cellule d'émission-réception d'un faisceau d'ultra-sons présentant, sur l'une de ses faces, une membrane de transformation mécanique, - une chambre relais, remplie d'un liquide de transmission du faisceau d'ultra-sons, et délimitée dans un boitier dans la paroi duquel la cellule d'émission-réception est montée de sorte que sa membrane de transformation méca- nique soit en contact avec le liquide de transmission, et - une fenêtre de sortie, transparente au faisceau d'ultra-sons, et montée dans la paroi du boitier de sorte que sa face interne soit au contact du liquide de transmission. En général, dans les réalisations de ce type, la cellule et la fenêtre de sortie sont directement en regard l'une de l'autre, dans des parties opposées de la paroi du boitier, et à faible distance l'une de l'autre, et une lentille est disposée contre la fenêtre, à l'extérieur de la chambre relais, et constitue l'organe par lequel la sonde vient en contact avec un organe à explorer. Ces réalisations ont pour inconvénient essentiel que la définition de l'examen de l'organe exploré est médiocre, du fait de la mauvaise résolution de la sonde. Le but de l'invention est de réaliser une sonde d'échographie du type présenté ci-dessus, assurant une bonne définition de l'examen sur toute la surface d'une zone dont la forme et les dimensions sont determinées d'une manière appropriée à l'application envisagée par la réalisation particulière d'un composant de la sonde. L'invention a pour but le produit industriel nouveau que constitue une sonde d'échographie du type présenté ci-dessus, et qui se caractérise en ce qu 'au moins une partie de la face externe de la fenêtre de sortie constitue la face de contact de la sonde avec un organe à explorer, et en ce que la sonde comprend de plus un miroir oscillant, dont l'axe est incliné sur l'axe du faisceau incident d'ultrasons émis par la cellule, et qui est monté dans la chambre relais et animé d'un mouvement de rotation alternative autour de l'axe du faisceau incident d'ultra-sons, de sorte qu'il réfléchisse, d'une part, le faisceau incident vers la fenêtre de sortie et l'organe à explorer, en donnant au faisceau un mouvement de balayage sectoriel dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation du miroir, et qu'il réfléchisse, d'autre part, le faisceau réfléchi provenant de l'organe à explorer et entrant dans la chambre relais par la fenêtre, vers la cellule. Par un choix approprié du miroir, il est ainsi possible de-focaliser le faisceau incident sur une zone de forme et de dimension souhaitée de l'organe à explorer, en fonction de l'application envisagée. Avantageusement, la surface réfléchissante du miroir oscillant a la forme d'une portion de paraboloide focalisant le faisceau incident dans une zone d'examen située au-delà de la fenêtre de sortie, ce qui permet d'obtenir, dans la zone de focalisation, une tache allongée, de forme sensiblement oblongue et de dimension appropriée, en ajustant la valeur de l'un et/ou de l'autre de deux rayons de courbure caractéristiques qui définissent le paraboloide et qui sont mesurés dans deux plans perpendiculaires l'un à l'autre, dont l'un est le plan défini par l'axe du miroir et par l'axe du faisceau incident d'ultrasons, et dont l'autre passe par l'axe du miroir. On obtient ainsi une bonne définition de l'examen sur toute la tache focale. Dans une forme préférée de réalisation, le miroir oscillant est un tronc de parabololde taillé dans une extrémité d'un barreau cylindrique en acier inoxydable. L'entraînement du miroir oscillant est assuré à partir d'un moteur électrique commandé par un circuit d'asservissement comprenant un détecteur de position, délivrant un signal témoignant de la position angulaire instantanée du miroir, un comparateur comparant le signal délivré par le détecteur à un signal d'alimentation, et délivrant un signal d'erreur qui, après amplification, constitue un signal de commande du moteur. Avantageusement, le détecteur de position comprend un aimant permanent, solidaire en rotation de l'axe de rotation du miroir, et un capteur à effet Hall assurant le repérage angulaire de l'aimant permanent, car une telle réalisation permet de situer le capteur à effet Hall et l'aimant permanent à proximité l'un de l'autre et de part et d'autre d'une partie de la paroi du boitier, l'aimant permanent étant dans la chambre relais, ce qui supprime, au niveau du détecteur de position, tout passage au travers de la paroi du boitier, et donc tout problème d'étanchéité associé. Le moteur d'entraînement peut être monté à l'extérieur de la chambre relais. Dans ce cas, le miroir oscillant est relié au moteur par un mécanisme de transmission et d'asservissement qui comprend, par exemple, un système bielle-manivelle traversant un joint d'étanchéité dynamique monté dans la paroi du boitier. Mais il est également possible que l'entraînement du miroir oscillant soit assuré par un moteur linéaire cintré à aimants permanents et à bobinages sectoriels, et qui est logé dans la chambre relais, ce qui offre l'avantage de supprimer toute liaison mécanique entre le miroir et le moteur, et de simplifier les problèmes d'étanchéité, puisque l'on peut se contenter de joint d'étanchéité statique aux' passage(s) des fils de commande et d'alimentation du moteur au travers de la paroi du boitier. Dans une forme préférée de réalisation, la fenêtre de sortie est constituée par une membrane rigide, par exemple en matière plastique, et cetté membrane est avantageusement montée à une extrémité d'un embout amovible rapporté sur un corps de boitier, de sorte qu'en associant un corps de boitier et un jeu de plusieurs embouts de longueur différente, on obtient un ensemble qui permet, par le choix de l'embout que l'on monte sur le corps de boitier, de disposer d'un boitier d'une taille déterminée en fonction d'une application particulière. Enfin, le liquide de transmission de la sonde selon l'invention peut être de l'eau, ce qui est un facteur d'économie non négligeable. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description donnée ci-après, à titre non limitatif, et en référence à la figure unique annexée, d'un exemple de réalisation représenté schématiquement sur cette figure, d'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortant de cette description. Sur la figure unique, on a représenté un boitier 1 comprenant un corps de boitier 2, de forme générale externe parallélépipédique, en aluminium ayant subi un traitement de surface par oxydation anodique. La face inférieure, sur le dessin, du corps de boitier 2 présente une ouverture circulaire centrale entourée par un collet de fixation 3, en saillie vers l'extérieur, sur lequel un embout 4 tubulaire, en forme de cylindre de section circulaire et également en aluminium ayant subi une oxydation anodique, est solidarisé de manière amovible et étanche par l'une de ses extrémités, afin de constituer le boitier 1. La solidarisation amovible et étanche d'une extrémité de l'embout rapporté 4 sur le corps de boitier 2 peut être assurée de toute manière convenable, par exemple par vissage de cette extrémité de l'embout 4, intérieurement taraudée, sur un filetage correspondant sur la face externe du collet de fixation 3 du corps de boitier 2, avec interposition d'un joint d'étanchéité par exemple retenu par sa base dans une gorge périphérique ménagée dans la face externe du collet 3 et comprimé par le vissage de l'embout 4. Dans l'une de ses parois latérales (à droite sur la figure), le corps de boitier 2 présente une ouverture circulaire dans laquelle est montée de manière étanche une cellule 5 d'émission-réception d'un faisceau d'ultra-sons. Cette cellule 5 est une cellule du type dit reflex " ou réversible dont de nombreuses réalisations sont disponibles dans le commerce.Elle comprend essentiellement un disque circulaire plat et mince, en céramique piézo-électrique sur l'une des faces duquel est appliquée une membrane de transformation mécanique 6, l'ensemble étant logé dans un boitier 7 en matière plastique, par exemple en polycarbonate, présentant également une ouverture circulaire qui est fermée par la membrane 6. Le boitier 7 de la cellule 5 est engagé dans l'ouverture correspondante du corps de boitier 2 et solidarisé de manière étanche par sa paroi latérale à ce dernier.Pour remplir la fonction d'émetteur, le disque en céramique piézo-électrique de la cellule 5 est excité par un courant électrique impulsionnel, qui lui est transmis par un cordon électrique 8 le reliant à un bloc électronique 9 d'émission-réception du dispositif, et sous l'effet de cette excitation, le disque en céramique piézo-électrique vibre et fait vibrer la membrane de transformation mécanique 6, qui transmet au milieu avec lequel elle est en contact des impulsions ultra-sonores. Simultanément, in cellule 5 fonctionne en récepteur si un écho du faisceau d'ultra-sons émis parvient sur la membrane 6 et la fait vibrer, ces vibrations mécaniques étant transmises au disque en céramique piézo-électrique qui délivre un signal électrique au bloc 9.Une telle cellule 5 d'émissionréception, appelée parfois également capteur à ultra-sons, émet un faisceau d'ultra-sons pratiquement cylindrique (en fait légèrement divergent), et sa membrane de transformation mécanique 6 permet d'assurer une adaptation d'impédance au liquide de transmission du faisceau d'ultra-sons avec lequel la membrane 6 est en contact, à l'intérieur du boitier 1, et qui remplit la chambre relais 10 délimitée dans le boitier 1 fermé de manière étanche à l'extrémité inférieure (sur la figure) de l'embout 4 par une fenêtre de sortie 11. Le liquide contenu dans la chambre 10, qui peut être de l'eau, assure la transmission du faisceau d'ultra-sons avec des pertes d'absorption négligeables. La fenêtre 11 est constituée par une membrane rigide en matière plastique, d'impédance convenable, et transparente au faisceau d'ultra-sons émis par la cellule 5. Dans le corps de boitier 2, un miroir 12 est monté oscillant en regard de la cellule 5. Ce miroir 12 présente, du côté tourné vers la cellule 5, une surface réfléchissante 13 qui est un tronc de paraboloide taillé dans une extrémité d'un barreau cylindrique en acier inoxydable, de sorte que l'axe géométrique (A) de la surface réfléchissante 13 soit incliné de 450 sur l'axe géométrique (B) du faisceau incident d'ultra-sons émis par la cellule 5. Du côté opposé à la cellule 5, le miroir 12 est solidaire d'un axe de rotation 14, en acier inoxydable, qui est entraîné en rotation alternative sur lui-même autour de l'axe géométrique (B) du faisceau incident.L'entraînement en rotation de l'axe 14, et donc du miroir 12, est assuré par un mécanisme de transmission et d'asservissement en acier inoxydable, comprenant un système bielle-manivelle désigné d'une manière générale par la référence 15, qui traverse de manière étanche la paroi du corps de boitier 2 et qui relie l'axe 14 à un moteur électrique 16, monté à-l'extérieur du boitier 1. Le moteur 16 est un moteur à mouvements alternatifs commandé par un circuit d'asservissement qui comprend un détecteur 17 de la position instantanée du miroir 12 et un bloc électronique 18 de régulation de la commande du moteur 16.Le détecteur 17 comprend, à l'intérieur du corps de boitier 2 et à proximité de la paroi latérale de gauche (sur la figure) de ce corps 2, un aimant permanent 19 au samarium-cobalt, coaxial à l'axe de rotation 14 du miroir 12 et solidaire de l'extrémité de l'axe 14 qui est opposée au miroir 12. En regard de l'aimant permanent 19, mais à l'extérieur du corps de boitier 2 et à faible distance de la paroi de ce dernier, le détecteur 17 comprend également un capteur à effet Hall 20, qui assure, avec une précision de quelques micrometres, le repérage angulaire de la position instantanée de l'aimant 19, et donc du miroir 12, et ce capteur 20 délivre au bloc électronique 18 une tension électrique qui est un signal témoignant de la position instantanée du miroir 12.Le bloc électronique 18 comprend un compara'.eur 21, assurant la comparaison de la tension délivrée par le capteur 20, et reçue sur une première entrée du comparateur, à une tension de commande en dents de scie, délivrée par une ligne de commande 25, et reçue sur une seconde entrée du comparateur 21. Le signal d'erreur résultant de cette comparaison est transmis de la sortie du comparateur 21 à une entrée d'un amplificateur opérationnel de puissance 22, dont la sortie fournit le signal de commande du moteur 16. Dans ce montage, le moteur 16 entraîne, par l'intermédiaire du mécanisme de transmission 15, l'axe de rotation 14, l'aimant permanent 19 et le miroir 12 en rotation alternative autour de l'axe B du faisceau incident d'ultra-sons, que la surface réfléchissante 13 du miroir 12 réfléchit vers la fenêtre de sortie 11 et vers un organe à explorer 23, par exemple un oeil, contre lequel la sonde est appliquée par la face externe de la fenêtre 11.Le miroir oscillant 12 remplit la fonction d'un déflecteur, déviant vers l'organe à explorer 23 le faisceau incident d'ultrasons qu'il reçoit de la membrane 6, en contact avec l'eau, et simultanément une fonction de focalisation du faisceau incident dans une zone d'examen 24 située dans l'organe à explorer 23, au-delà de la fenêtre de sortie 11 dont la face interne est en contact de l'eau, cette focalisation résultant de la forme de la surface réfléchissante 13 en tronc de parabololde. Du fait de l'inclinaison de l'axe A du miroir 12 sur l'axe B du faisceau incident d'ultra-sons, et du fait du mouvement de rotation alternative du miroir 12 autour de cet axe B du faisceau incident, la surface réfléchissante 13 du miroir 12 donne au faisceau incident un balayage sectoriel, s'effectuant à une fréquence d'environ dix balayages par seconde sur un secteur angulaire compris entre 60 et 800, dans un plan perpendiculaire à l'axe- de rotation 14 du miroir 12, et qui constitue le plan de coupe de l'échographie. Le faisceau réfléchi ou écho provenant de la zone de focalisation 24 pénètre dans la chambre relais 10, en traversant en sens inverse la fenêtre 11, et est transmis par l'eau jusqu'au miroir 12 qui le réfléchit à nouveau et le focalise vers la membrane'6 de la cellule 5, de sorte que la focalisation est assurée par le miroir 12 dans les deux sens, sur le faisceau incident comme sur le faisceau réfléchi. La surface réfléchissante 13 en tronc de paraboloide est définie par deux rayons de courbure caractéristiques,dont l'un se mesure dans un premier plan déterminé par l'axe A de la surface 13 du miroir 12 et par l'axe B du faisceau incident d'ultra-sons, et dont le second se mesure dans un secord plan perpendiculaire au premier et passant par l'axe A de la surface 13 du miroir 12.En jouant séparément sur la valeur de ces deux rayons de courbure, on peut obtenir une tache focale allongée ayant sensiblement une forme et des dimensions souhaitées dans la zone de focalisation 24, afin de donner à la sonde un bon pouvoir de résolution. L'intérêt d'une telle possibilité de choix des rayons de courbure, et donc de la conformation de la surface réfléchissante 13 du miroir 12 est de permettre d'obtenir une bonne définition de l'examen sur toute la surface de la tache focale 24, en jouant sensiblement sur l'allongement de la profondeur de champ du miroir 12. Dans l'exemple de réalisation décrit ci-dessus, il est nécessaire de monter un joint d'étanchéité dynamique entre la paroi du corps de boitier 2, qui est fixe, et l'organe mobile du mécanisme de transmission 15 qui traverse cette paroi. Un tel joint d'étanchéité est une pièce d'usure particulièrement gênante, qui doit être fréquemment remplacée et qui entraîne une déperdition importante d'énergie, de sorte que le moteur 16 doit être sensiblement surdimensionné par rapport à celui qui serait théoriquement nécessaire à l'entraînement du miroir 12, de l'axe 14 et de l'aimant 19. Pour ces raisons, selon un autre exemple de réalisation, le moteur est un moteur linéaire cintré, à aimants permanents au samarium-cobalt ou au fer-lithium, et à bobinages sectoriels, qui est monté dans la chambre relais 10 de manière à entourer partiellement et coaxialement l'axe de rotation 14 du miroir 12. Ceci permet de supprimer la transmission 15 à bielle-manivelle qui a pour inconvénient supplémentaire d'entraîner la formation de jeuy de fonctionnement, préjudiciables à un bon positionnement du miroir 12. De plus, le ou les joints d'étanchéité qui entourent le ou les fils de commande du moteur au(x) passage(s) au travers de la paroi du corps de boitier 2 sont des joints statiques, car ils sont montés entre deux organes statiques, et, de ce fait, leur usure est faible. REVENDICATIONS 1-. Sonde d'échographie comprenant - une cellule (5) d'émission-réception d'un faisceau d'ultra-sons, présentant, sur l'une de ses faces, une membrane (6) de transformation mécanique, - une chambre relais (10), remplie d'un liquide de transmission du faisceau d'ultra-sons, et délimitée dans un boitier (1) dans la paroi duquel la cellule (5) d'émissionréception est montée de sorte que sa membrane (6) de transformation mécanique soit en contact avec le liquide de transmission, et - une fenêtre (11) de sortie, transparente au faisceau d'ultra-sons et montée dans la paroi du boitiez (1), de sorte que-sa face interne soit au contact du liquide de transmission, caractérisée en ce qu'au moins une partie de la face externe de la fenêtre de sortie (11) constitue la face de contact de la sonde avec un organe à explorer (23), et en ce que la sonde comprend de plus un miroir oscillant (12), dont l'axe (A) est incliné sur l'axe (B) du faisceau incident d'ultrasons émis par la cellule (5), et qui est monté dans la chambre relais (10) et animé d'un mouvement de rotation alternative autour de l'axe (B) du faisceau incident d'ultrasons, de sorte qu'il réfléchisse, d'une part, le faisceau incident vers la fenêtre de sortie (11) et vers l'organe à explorer (23), en donnant au faisceau un mouvement de balayage sectoriel dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation (14) du miroir (12), et qu'il réfléchisse, d'autre part, le faisceau réfléchi, provenant de l'organe à explorer (23) et entrant dans la chambre relais (10) par la fenêtre (11), vers la cellule (5). 2. Sonde d'échographie selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface réfléchissante (13) du miroir oscillant (12) a la forme d'une portion de parabo bide focalisant le faisceau incident dans une zone d'examen (24) située au-delà de la fenêtre de sortie (11). 3. Sonde d'échographie selon la revendication 2, caractérisée en ce que le miroir oscillant (12) est un tronc de parabololde taillé dans une extrémité d'un barreau cylindrique en acier inoxydable. 4. Sonde d'échographie selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le miroir oscillant (12) est entraîné en mouvement à partir d'un moteur électrique (16) commandé par un circuit d'asservissement comprenant un détecteur de position (17) délivrant un signal témoignant de la position angulaire instantanée du miroir (12), un comparateur (21) comparant le signal délivré par le détecteur (17) à un signal de commande, et délivrant un signal d'erreur qui, après amplification (22), constitue le signal de commande transmis au moteur (16). 5. Sonde d'échographie selon la revendication 4, caractérisée en ce que le détecteur de position (17) comprend un aimant permanent (19) solidaire en rotation de l'axe de rotation (14) du miroir (12), et un capteur à effet Hall (20) assurant le repèrage angulaire de l'aimant permanent (19). 6. Sonde d'échographie selon la revendication 5, caractérisée en ce que le capteur à effet Hall (20) et l'aimant permanent (19) sont situés à proximité l'un de l'autre et de part et d'autre d'une partie de la paroi du boitier (1), l'aimant permanent (19) étant dans la chambre relais (10). 7. Sonde d'échographie selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que le miroir oscillant (12) est relié au moteur d'entraînement (16), qui est monté à l'extérieur de la chambre relais (10), par un mécanisme de transmission et d'asservissement (15). 8. Sonde d'échographie selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que l'entraînement du miroir oscillant (12) est assuré par un moteur linéaire cintré à aimants permanents et à bobinages sectoriels, et qui est logé dans la chambre relais (10). 9. Sonde d'échographie selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la fenêtre de sortie (11) est constituée par une membrane rigide montée à une extrémité d'un embout amovible (4) rapporté sur un corps de boitier (2). 10. Sonde d'échographie selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le liquide de transmission remplissant la chambre relais (10) est de l'eau.