Brevet FR2577324A1 — publié le 19860814

- 1 - PHF 85/507 A2 APPAREIL D'EXPLORATION DE MILIEUX PAR ECHOGRAPHIE ULTRASONORE La présente invention concerne un appareil d'ex- ploration de milieux par échographie ultrasonore, comportant un transducteur ultrasonore associé à un étage d'émission ré- pétée de signaux ultrasonores et à un étage de réception et de traitement des échos ultrasonores correspondant aux obstacles rencontrés dans leur direction de propagation par les signaux émis, ledit étage de réception et de traitement comprenant un circuit de traitement des échos composé d'un circuit d'ampli- fication et de contr8le de gain et d'une première voie de traitement comprenant elle-même un premier détecteur d'enve- loppe et un premier dispositif de visualisation. Cet appareil est utilisable notamment dans le do- maine médical pour l'examen échographique de tissus biologi- ques, ou encore dans le domaine du contr8le non destructif de matériaux. La demande de brevet français publiée sous le n 2514910 et également déposée par la demanderesse décrit un appareil de ce type. La figure 1 de ce document montre en ef- fet une structure d'appareil qui comprend entre autres les éléments cités ci-dessus, à savoir un transducteur ultrasonore , associé à un étage d'omission non représenté, et un étage de réception, comprenant notamment un amplificateur 210, un détecteur d'enveloppe 222 dans chacune des voies de traitement en parallèle, et un dispositif de visualisation 103. Cette structure d'appareil est destinée à permettre l'obtention d'informations quantitatives sur les variations du coefficient différentiel d'atténuation ultrasonore dans les milieux ex- plorés (notamment dans des tissus biologiques en vue d'une aide au diagnostic), cette obtention étant réalisée par éva- luation locale d'un paramètre qui est en relation directe 2- 2 - PHF 85/507 A2 avec la valeur dudit coefficient différentiel. Le but de l'invention est cependant distinct, puisqu'il réside dans le fait de proposer un appareil tel que défini dans le préambule et permettant également d'obtenir des informations quantitatives sur la nature des milieux explorés, mais de façon différente, par une détermination du paramètre de non-linéarité acoustique du second ordre de ces milieux, ce paramètre étant encore appelé B/A, o A et B sont les coeffi- cients respectivement linéaire et quadratique de l'expression traduisant la loi qui relie les variations de pression et les variations de masse volumique des milieux explorés. L'invention concerne à cet effet un appareil d'ex- ploration de milieux et notamment de tissus biologiques par échographie ultrasonore, comportant un transducteur ultraso- nore émetteur et récepteur associé à un étage d'émission répé- tée de signaux ultrasonores et à un étage de réception et de traitement des échos ultrasonores correspondant aux obstacles rencontras dans leur direction de propagation par les signaux émis, ledit étage de réception et de traitement comprenant un circuit de traitement des échos composé d'un circuit d'ampli- fication et de contr8le de gain et d'une première voie de traitement comprenant elle-même un premier détecteur d'enve- loppe et un premier dispositif de visualisation, caractérisé en ce que le transducteur a une bande passante au moins égale à une octave environ, en ce que l'étage d'émission comprend un générateur de signaux d'excitation du transducteur à une fré- quence fo située près de la limite inférieure de ladite bande passante, le spectre de ces signaux d'excitation excluant la fréquence fl = 2fo, et en ce que l'otage de réception et de traitement comprend une deuxième voie de traitement comprenant elle-même un filtre passe-bande centré sur ladite fréquence fl, un deuxième détecteur d'enveloppe, un comparateur de la sortie des détecteurs, un dérivateur et un deuxième dispositif de visualisation. Les particularités et avantages de l'invention - 3 - PHF 85/507 A2 appara tront maintenant de façon plus détaillée dans la des- cription qui suit et dans les dessins annexes, donnés à titre d'exemple et dans lequels les figures 1 et 2 montrent deux modes de réalisation de l'appareil selon l'invention. L'appareil décrit en référence à la figure 1 conm- - prend, dans ce premier mode de réalisation, un transducteur ultrasonore 10 émetteur et récepteur associé d'une part à un étage d'émission 20 destiné à permettre l'émission rêpétée (ici, périodique) d'ondes ultrasonores par le transducteur vers le milieu à examiner et d'autre part à un étage de récep- tion et de traitement 30. Le transducteur 10 est ici un trans- ducteur piézoélectrique comprenant une céramique qui résonne à la fréquence fR voisine de 3fo/2 (fo étant la fréquence du signal d'émission délivré par l'étage 20) et qui est muni de couches d'adaptation. Ces couches d'adaptation sont réalisées de telle sorte que le rendement énergétique du transducteur 10 soit alors satisfaisant à la fois a la fréquence fo et à la fréquence fl = 2fo, et que sa bande passante soit donc au moins égale à cette bande de fréquence fofl; on utilise par exemple deux couches d'adaptation quart d'onde d'impédances respectives 7 à 11 MRayls et 2 à 5 MRayls, associées à un mi- lieu arrière léger et absorbant, d'impédance comprise entre 0 et environ 3 MRayls, et à un matériau piézoélectrique de type PZT, d'impédance voisine de 30 MRayls. L'étage d'émission 20 assure de façon tradition- nelle l'émission des ondes ultrasonores, à cette exception près que le spectre du signal d'émission ne doit pas contenir la fréquence fl = 2fo; pour qu'il en soit ainsi, on peut no- tamment incorporer à cet étage un filtre coupe-bande à bande étroite centrée sur ladite fréquence 2fo. L'étage de réception et de traitement 30 comprend d'abord un amplificateur 50 re- cevant du transducteur 10 les signaux électriques correspon- dant aux échos ultrasonores reçus par ce transducteur, cet am- plificateur étant associé à un circuit 60 de contr81e auto- matique de gain qui augmente en fonction du temps le gain - 4 - PEF 85/507 A2 dudit amp]ificateur pour compenser l'effet croissant d'atté- nuation des ondes ultrasonores au cours de leur propagation. Un circuit d'interface 40 peut être prévu entre le trans- ducteur 10 et les étages 20 et 30 pour relier sélectivement l'un ou l'autre de ces étages au transducteur et éviter ainsi, surtout, l'aveuglement de l'étage de réception par l'étage d'émission. L'étage de réception et de traitement 30 comprend également, en sortie de l'amplificateur 50, deux voies de traitement en parallèle 100 et 200, dont la première, voie de traitement traditionnelle, comprend successivement un premier détecteur d'enveloppe, composé d'un premier redresseur 120 et d'un premier filtre passe-bas 130, et un premier dispositif de visualisation 160, et dont la seconde comprend successivement un filtre passe-bande 210 centré sur la fréquence fl, un deu- xième redresseur 220, un deuxième filtre passe-bas 230, un comparateur 240 de la sortie des filtres passe-bas 130 et 230, un d6rivateur 250, et un deuxième dispositif de visualisation 260 (les deux dispositifs de visualisation ainsi prévus pou- vant bien entendu être remplacé par un seul qui disposerait de deux écrans distincts, les deux écrans pouvant dans tous les cas être pilotés de façon indépendante ou simultanée). Cette deuxième voie de traitement 200 est destinée à permettre l'accès à une image traduisant l'évolution du pa- ramètre de non-linéarité acoustique du second ordre dit B/A. En effet, lors de la traversée du milieu étudié, le train d'onde émis génère en chaque point une onde de fréquence dou- ble dans la même direction, et qui est fonction de la valeur du coefficient B/A en ce point. Les tissus biologiques étant supposés non dispersifs, la vitesse de propagation des ondes de fréquence double est la même que celle du train d'onde ini- tial. De ce fait, le signal échographique obtenu à partir des ondes de fréquence double peut être comparé, à l'aide du com- parateur 240, au signal gchographique initial. Le résultat de cette comparaison, qui est suivie d'une dérivation permettant - 5 - PHF 85/507 A2 l'estimation du paramètre local, reflète donc l'évolution du paramètre B/A. Les images fournies respectivement par la pre- mière voie traditionnelle 100 et par la deuxième voie 200 sont dans le cas présent des échographies de type A (représentation d'amplitudes en ordonnées en fonction du temps en abscisse), mais on peut prévoir également que le transducteur 10 est dé- plaçable, pour permettre l'obtention d'échographies de type B. Dans un deuxième mode de réalisation représenté sur la figure 2, sur laquelle les éléments identiques à ceux du premier mode de réalisation portent les même références que sur la figure 1, l'étage d'émission comprend un circuit de -sé- lection de signaux d'omission 25 aux entrées duquel sont re- liés en parallèle d'une part un générateur traditionnel 21 de signaux d'excitation du transducteur (les plus brefs possible pour améliorer la résolution axiale) et d'autre part un géné- rateur 22 spécialisé pour la mesure de B/A c'est-à-dire four- nissant des signaux d'excitation qui consistent au contraire en plusieurs sinusoïdes de fréquence fo. L'étage de réception comprend, lui, entre le circuit (50, 60) d'amplification et de contrôle de gain et les voies de traitement 100 et 200, un circuit de sélection de traitement 95 aux sorties duquel sont reliées en parallèle les deux voies de traitement. Ces cir- cuits de sélection 25 et 95 sont commandés simultanément par un circuit d'horloge 300 pour assurer le synchronisme des sélections soit du générateur 21 et de la première voie 100, soit du générateur 22 et de la deuxième voie 200. Bien entendu, la présente invention n'est pas li- mitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits et à partir desquels des variantes peuvent être proposées sans pour cela sortir du cadre de ladite invention. Il est à noter, par exemple, que dans le cas d'un dispositif de visualisation à deux écrans, ces deux écrans peuvent être pilotés soit de façon indépendante, soit simultanément. On peut aussi n'utili- ser qu'un dispositif de visualisation, a écran unique, donnant des images en couleur et piloté à cet effet au point de vue - 6 - PHF 85/507 A2 luminance par le signal de sortie de la première voie de trai- tement 100 et au point de vue chrominance par celui de la deuxième voie 200. -7- REVENDICATIONS 1. Appareil d'exploration de milieux et notamment de tissus biologiques par échographie ultrasonore, comportant un transducteur ultrasonore émetteur et récepteur associé à un étage d'émission répétee de signaux ultrasonores et à un stage de réception et de traitement des gchos ultrasonores corres- pondant aux obstacles rencontrés dans leur direction de propa- gation par les signaux émis, ledit étage de réception et de traitement comprenant un circuit de traitement des échos com- posé d'un circuit d'amplification et de contrôle de gain et d'une voie de traitement comprenant elle-même un détecteur d'enveloppe et un dispositif de visualisation, caractérise en ce que le transducteur a une bande passante au moins égale à une octave environ, en ce que l'tage d'émission comprend un générateur de signaux d'excitation du transducteur à une fre- quence fo située près de la limite inférieure de ladite bande passante ou à une octave environ au-dessous de la limite supé- rieure de ladite bande passante, le spectre de ces signaux d'excitation excluant la fréquence fl = 2fo, et en ce que l'étage de réception et de traitement comprend une deuxième voie de traitement comprenant elle-même un filtre passe-bande centré sur ladite fréquence fl, un deuxième détecteur d'enve- loppe, un comparateur de la sortie des détecteurs un dériva- teur et un deuxième dispositif de visualisation. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dispositifs de visualisation sont des écrans dis- tincts associés respectivement à l'une et à l'autre des deux voies de traitement et pilotis simultanément. 3. Appareil selon la revendication 1, caractéris aen ce que l'étage d'omission comprend un circuit de sélection de signaux d'émission aux entrées duquel sont religs an paral- lèle, pour l'excitation du transducteur un g9ngrateur tradi- tionnel de brefs signaux d'excitation du transducteur et un générateur spécialisé pour la mesure de B/A et émettant à cet effet des signaux d'excitation consistant au contraire en -8- plusieurs sinusoïdes de fréquence fo, en ce que l'étage de ré- ception et de traitement comprend, entre le circuit d'amplifi- cation et de contr8le de gain et les voies de traitement, un circuit de sélection de traitement aux sorties duquel sont re- liées en parallèle ces deux voies de traitement, et en ce que ces circuits de sélection sont commandés simultanément par un circuit d'horloge pour assurer le synchronisme desdites sé- lections. 4. Appareil selon l'une des revendications 1 et 3, caractérisé en ce que les dispositifs de visualisation sont des écrans distincts pilotés respectivement par l'une et l'au- tre des deux voies de traitement. 5. Appareil selon l'une des revendications 1 et 3, caractérisé en ce que les dispositifs de visualisation sont regroupés en un même et unique écran d'un dispositif de visua- lisation en couleurs piloté au point de vue luminance et chro- minance respectivement par la première et par la deuxième voie de traitement.