Brevet FR2608913A1 — publié le 19880701

L'invention concerne un appareil de traitement médical par ultrasons, destiné au traitement médical de patients par rayonne- ment d'ondes ultrasonores vers l'endroit o se trouve un calcul ou une tumeur dans le corps du patient et plus particulièrement un appareil d'ultrasonothérapie muni d'un dispositif d'ultrasonoscopie qui génère des données d'images tridimensionnelles pour élargir le champ de la région d'intérêt du patient à traiter. L'un des aspects les plus importants d'un appareil pour le traitement médical par tes ultrasons est qu'il doit être capable de focaliser les ondes ultrasonores exactement sur la région d'intérêt (RI). Un document de l'art antérieur de la présente invention est le brevet des EUA 4 617 931. Dans ce brevet, une sonde pour l'écho- graphie B est située au centre d'un groupe de transducteurs ultra- sonores de destruction en vue de l'obtention de L'image échogra- phique dans la seule direction de la profondeur du corps du patient, c'est-à-dire de l'image échographique B. En observant cette image, l'opérateur ajuste la RI et positionne les transduc- teurs ultrasonores de traitement médical. Si le patient respire ou si le corps du patient bouge pendant l'utilisation de cet appareil de l'art antérieur, il faut corrigerl'emplacement de la région d'intérêt, ce qui est une opération difficile. Si le mouvement du patient est important, la région d'intérêt peut sortir complètement du champ d'observation. Dans ce cas, il est très difficile de rame- ner la RI dans ce champ. On connaît déjà des appareils permettant d'ajuster une région d'intérêt ou de traitement suivant trois axes. Un tel appareil utilise des sondes d'échographie B, disposées de manière que leurs surfaces de balayage soient orthogonales entre elles. Un appareil perfectionné de ce type est décrit dans la demande de brevet japonais publiée no 59-101143. Cet appareil permet d'obtenir au moins deux images échographiques B orthogonales. En utilisant un faisceau principal dont la position par rapport à chacune de ces images est connue exactement, une région d'intérêt dont la position varie en fonction du temps peut être suivie en continu, selon les trois axes et en temps réel, tout en observant la position variable de la RI. Selon l'art antérieur, les deux sondes d'écho- 260 8 9 1 3 graphie B permettent de capter les images instantanées, mais le champ est étroit et si la RI sort du champ, il est très difficile de la retrouver. Afin d'éliminer les inconvénients mentionnés ci-dessus, l'invention vise à procurer un appareil de traitement médical par ultrasons qui soit capable de détecter un objet situé dans une région d'intérêt sous forme d'une image tridimensionnelle. De cette manière, il serait possible de localiser convenablement un objet dans la région d'intérêt, à l'intérieur du champ de l'image écho- graphique, même si le patient bouge, et il serait facile de détec- ter et de traiter l'objet, même si la région d'intérêt sort du champ. Pour parvenir à ce résultat, l'invention apporte un appa- reil de traitement médical par ultrasons qui comprend un dispositif transducteur ultrasonore de traitement médical, un dispositif transducteur ultrasonore d'image, destiné à produire des images et à fournir les données échographiques, représentant plusieurs images échographiques, sous forme de données d'images tridimensionnelles d'une région d'intérêt dans laquelle est situé un objet à traiter, un moyen pour déplacer mécaniquement le dispositif transducteur d'image et un moyen de visualisation pour représenter les données échographiques. Avec un tel agencement, l'appareil d'ultrasonothérapie selon l'invention est capable de détecter un objet situé dans une région d'intérêt sous la forme d'une image tridimensionnelle et est capable de traiter cet objet. La région d'intérêt peut être trouvée facilement dans le champ d'observation échographique, sous la forme d'une image tridimensionnelle, même si le patient bouge, par le déplacement mécanique du dispositif transducteur d'image. Si la région d'intérêt sort du champ, elle peut de nouveau être détectée facilement. Les ondes ultrasonores peuvent ainsi être appliquées et focalisées convenablement par les transducteurs de traitement sur l'objet situé dans La région d'intérêt. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un 2608 9 13 exemple de réalisation non limitatif, ainsi que des dessins annexes, sur lesquels: - la figure 1 est le schéma synoptique d'un appareil d'uLtrasonothérapie selon un mode de réalisation de l'invention, avec une représentation en coupe de l'applicateur ultrasonore de l'appareil, la coupe étant prise suivant la ligne I-I de la figure 2 et dans le sens des flèches; - la figure 2 est une vue en plan de l'ensemble des trans- ducteurs ultrasonores de traitement et d'image de l'applicateur de la figure 1; - la figure 3 est une représentation du dispositif de positionnement de l'applicateur correspondant à la vue de la figure 1; la figure 4 est le schéma synoptique d'une partie du dispositif de positionnement des transducteurs de l'appareil de la figure 1; - la figure 5 est une représentation d'échographie B d'un calcul situé dans une région d'intérêt ou de traitement; - la figure 6 montre plusieurs images d'échographie C représentées par un dispositif de visualisation; - la figure 7 montre également plusieurs images radiogra- phiques représentées par le dispositif de visualisation et qui com- portent le foyer du faisceau d'ultrasons de traitement; et - les figures 8A à 8C illustrent trois modes de déplace- ment différents du dispositif transducteur d'image. La figure 1 représente, en tant qu'appareil d'ultrasono- thérapie selon l'invention, un appareil pour détruire des calculs. Comme représenté, plusieurs transducteurs circulaires de traitement 2 et un seul transducteur d'image 3 sont disposés sur un applica- teur ultrasonore circulaire 1. L'applicateur est installé dans une cuve 5 contenant de l'eau 4. La cuve 5 est montée sous un lit 7 sur lequel est couché un patient 6. Le lit 7 présente une ouverture à l'endroit o se trouve le sommet de la cuve 5, comme représenté. Un film de silicone 8, par exemple, est tendu sur cette ouverture. Les transducteurs ultrasonores de traitement médical 2 transmettent des ondes ultrasonores à la région d'intérêt, en vue du traitement d'un 260 8 9 1 3 objet situé dans cette région. Comme on peut le voir sur la figure 2, les différents transducteurs circulaires de traitement, 2a à 2f, sont disposés en un cercle sur l'applicateur 1, autour de l'axe de celui-ci, et possèdent chacun une surface concave du côté dirigé vers le patient. Le transducteur ultrasonore d'image 3, de type linéaire, est disposé au centre de l'applicateur 1 et au centre du cercle formé par les transducteurs de traitement 2a à 2f. Dans l'exemple représenté ici, le diamètre de chacun des transducteurs circulaires de traitement 2a à 2f est d'environ 100 mm. La longueur du transducteur d'image 3 est d'environ 70 mm. Le diamètre de l'applicateur 1 est approximativement de 350 mm. Le transducteur d'image 3 est capable d'exécuter un balayage électronique linéaire de la région d'intérêt dans le sens de la flèche A. De plus, il est déplaçable mécaniquement dans le sens de la flèche B pour effectuer des balayages suivant la flèche A à différentes positions. Les transducteurs circulaires de traite- ment 2a-2f sont couplés à un circuit d'attaque 14 et un oscillateur 13, comme on peut le voir sur la figure 1. Une commande 10 est couplée à différentes parties de l'appareil, décrites par la suite, en vue de leur commande conformément à des ordres reçus d'un pupitre de commande 11. Le positionneur 12 de l'applicateur sert à l'ajustement de la position de l'applicateur 1 par rapport à la région d'intérêt. Le positionneur 15 sert au déplacement mécanique du transducteur d'image 3. Comme on peut le voir sur la figure 3, le positionneur 12 de l'applicateur comporte un circuit d'attaque 150 piloté par des ordres reçus de la commande 10. Le circuit d'attaque 150 délivre à sa sortie un signal représentant une information de commande de moteur. Ce signal de sortie du circuit d'attaque 150 sert à la com- mande d'un premier moteur pas-à-pas 100, d'un deuxième moteur pas-à-pas 101 et d'un troisième moteur pas-à-pas 102. Ces moteurs sont supportés par un axe 103. Les rotations de ces moteurs sont transmises à l'applicateur 1 par trois engrenages 104, 105 et 106. Lorsque le premier moteur pas-à-pas 101 est mis en marche, l'applicateur 1 est tourné dans le sens de la double flèche "a". A la mise en marche du deuxième moteur pas-à-pas 102, l'applicateur 2608 9 13 1 est dépLacé en translation dans le sens de La double flèche "b". A la mise en marche du troisième moteur pas-à-pas 103, L'applica- teur 1 est déplacé dans Le sens de La profondeur, c'es-à-dire sui- vant La double flèche "c". Dans Le positionneur 15 du transducteur d'image, comme on peut le voir sur la figure 4, deux courroies 151 passent autour de deux axes parallèles et le transducteur d'image 3 est fixé aux courroies 151. Ces dernières sont entrainées par un moteur 152 en vue du déplacement du tansducteur. Le moteur 152 est commandé par le signal de sortie du circuit d'attaque 150, lui-même piloté par des ordres de la commande 10. Un circuit d'émission/réception 16 amène le transducteur ultrasonore 3 à effectuer des opérations de balayage électronique et il transfère les données ainsi obtenues à un dispositif de trai- tement ou processeur d'images 18. Celui-ci traite le signal reçu du circuit d'émission/réception 16, transfère le signal traité à la mémoire d'images 17,et produit son stockage dans cette mémoire. Le dispositif de visualisation 19 reçoit les données du processeur d'images 18, ou lit les données stockées dans la mémoire 17, et représente l'image échographique formée par ces données. Le fonctionnement de l'appareil est le suivant. Pour commencer, l'opérateur introduit dans la commande 10 un ordre pour recueillir des images. La commande 10 pilote le circuit d'émission/réception 16 et amène celui-ci à envoyer des impulsions d'attaque au transducteur ultrasonore d'image 3. Le transducteur 3 effectue un balayage linéaire dans le sens de la flèche A, voir la figure 2. Lorsque le premier balayage linéaire est terminé, le transducteur 3 est déplacé en translation, à partir de la position de fin de course de balayage, sur une distance d'environ 0,5 à 0,6 mm, sous l'action de la commande 10. Après cette translation, un nouveau balayage linéaire est effectué. Les balayages linéaires et les translations sont répétés de façon alternative, jusqu'à ce que tout l'espace 4 soit balayé. Apres chaque balayage linéaire dans le sens de la flèche A du transducteur 3, le circuit d'émission/réception 16 reçoit une information d'image échographique de la région d'intérêt 9, par les ondes ultrasonores renvoyées par cette région d'intérêt, comme 260 8913 représenté sur la figure 5, et convertit ces ondes en signaux électriques représentant des données d'image. Ces données sont transférées au processeur d'images 18 puis stockées dans la mémoire d'images 17. Plusieurs images échographiques B, recueillies par les balayages linéaires répétées et stockées dans la mémoire 17, sont lues de cette mémoire et sont représentées par le dispositif de visualisation 19. La région d'intérêt 9 peut être traitée comme une information d'image tridimensionnelle en utilisant ces images échographiques B. En réponse à un ordre envoyé à cet effet au positionneur , le transducteur d'image 3 est déplacé suivant la direction per- pendiculaire à la surface d'échographie B, c'est-a-dire suivant la flèche B sur la figure 2, en vue de l'obtention d'une image écho- graphique C, c'est-à-dire une image d'un plan sélectionné perpendi- culaire ou plan d'une image d'échographie B. Plusieurs images écho- graphiques peuvent ainsi être obtenues à différentes profondeurs. Par exemple, comme le montre la figure 6, des images échographiques C, désignées par les numéros 1 à 9, peuvent être prises à diffé- rentes profondeurs, de 1 à 9, et peuvent être représentées simulta- nément sur l'écran. Le symbole "xxx" sur chacune des images de la figure 6 correspond à une indication de distance, en centimètres, à partir de la surface du corps du patient. En combinant de cette manière les images d'échographie C, la région d'intérêt 9 peut être observée à la façon d'une image tridimensionnelle. Comme décrit dans ce qui précède, l'information d'image tridimensionnelle de la région d'intérêt 9 peut être obtenue uni- quement à partir des différentes images échographiques B et des différentes images échographiques C. Ces images d'échographie B et C sont reçues par le circuit d'émission/réception 16, traitées par le processeur d'images 16 et stockées dans la mémoire d'images 17. Les images échographiques lues de la mémoire 17 sont représentées par le dispositif de visualisation 19 sous la forme d'une image tridimensionnelle. Pour traiter l'objet, l'applicateur 1 est positionné selon les besoins par le positionneur 12. L'opérateur contrôle d'abord la position de la région d'intérêt, tout en observant l'image échogra- phique C sur L'écran du dispositif de visualisation 19. L'image ainsi représentée contient un repère, désigné par + sur l'image n 5 de La figure 6, au point de la représentation qui correspond au foyer ou point de focaLisation des faisceaux de traitement médi- cal émis par les transducteurs ultrasonores 2. L'opérateur contrôle L'emplacement de la région d'intérêt, définie en l'occurrence par le calcul urinaire 9, en observant l'image échographique C. En agissant sur divers organes du pupitre 11, l'opérateur fait coinci- der, à l'aide de La commande 10 et du positionneur 12, le calcul 9 avec le foyer de traitement médical par les transducteurs 2. Apres contrôle de la région d'intérêt, les données de l'image échogra- phique C ainsi obtenue à cet endroit sont stockées dans la mémoire d'images 17. A partir du pupitre 11 et à l'aide de la commande 10, l'opérateur fait ensuite fonctionner l'oscillateur 13. Dès qu'il reçoit un signal de sortie de l'oscillateur 13, le circuit d'attaque 14 transmet un ordre de mise en marche aux transducteurs de traitement 2.. De ce fait, les ondes ultrasonores émises par les transducteurs 2 sont focalisées sur le calcul 9. Le rayonnement d'ultrasons se poursuit jusqu'à ce que le calcul soit détruit. La coupe échographique de la région d'intérêt 9 sous trai- tement médical change à mesure que dure le traitement. Comme le montre la figure 7, le moyen de visualisation 19 représente une série d'images échographiques C. D'après ces images, l'opérateur peut savoir de quelle manière se déroule le traitement médical. Ces différentes images peuvent être représentées séquentiellement, de différentes manières, ou simultanément, puisque les données se rapportant aux images en question, recueillies par le transducteur d'image 3, sont stockées dans la mémoire 17. Si le patient bouge, ou si le calcul se déplace pendant le traitement, de sorte que La région d'intérêt 9 est décalée par rapport au point de focalisation du traitement médical par les transducteurs 2, l'opérateur s'en aperçoit immédiatement sur l'écran du moyen de visualisation 19. Au besoin, l'opérateur peut repositionner l'applicateur 1 facilement. Si la région d'intérêt devait sortir du champ d'observation, elle peut être détectée facilement et être recentrée. L'appareil d'ultrasonothérapie selon l'invention n'est pas limité à l'applica- 260 8 9 1 3 tion décrite dans ce qui précède. Différents changements sont possibles sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, le balayage électronique linéaire par le transducteur 3, ou par une rangée de transducteurs 3, en vue de l'obtention des données écho- graphiques, peut être remplacé par un balayage mécanique, tel qu'un balayage en secteur. De cette manière, le transducteur d'image peut rester très petit, ce qui facilite son montage sur l'applicateur 1. Lorsqu'on prévoit un balayage mécanique, il est possible d'animer le transducteur d'image 3 d'un mouvement de translation (Ad) comme illustré sur la figure 8A. Il est possible aussi de faire osciller le transducteur 3, par rapport à l'axe du transducteur, suivant un mouvement en secteur de), comme illustré sur la figure 8C. Une autre possibilité encore consiste à faire tourner le transducteur d'image ou la rangée de transducteurs d'image 3 dans un plan, sui- vant des pas angulaires î 0), comme on peut le voir sur la figure 8B. Il est possible encore de positionner l'applicateur 1 manuelle- ment. En variante, la position de la région d'intérêt est détectée automatiquement et le positionnement de l'applicateur s'opère auto- matiquement. Par exemple, l'appareil peut localiser le calcul ou la région d'intérêt dans chaque coupe échographique et peut calculer ensuite la distance et l'orientation nécessaire pour faire coinci- der le point de focalisation avec le calcul. L'emplacement du calcul peut être déterminé par une détection utilisant un niveau de seuil d'écho ou par une différenciation particulière de l'image en vue de l'extraction du contour de l'objet (du calcul ou d'une tumeur par exemple). Dans le mode de réalisation décrit ici, les transducteurs de traitement sont des transducteurs circulaires dis- posés en un cercle ou couronne. Il est cependant possible aussi d'utiliser d'autres types de transducteurs et d'autres disposi- tions, par exemple des transducteurs annulaires disposés en un cercle autour d'un axe ou positionnés différemment. 260 8 9 13 ()RÉPUBLIQUE FRAN AISE 2 608 914 u INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE PARIS Ce numéro n'a donné lieu à aucune publication M.q O le m u_ es IL REVENDICATIONS 1. Appareil d'uLtrasonothérapie comprenant un dispositif transducteur ultrasonore de traitement médical et un dispositif transducteur ultrasonore d'image, de même qu'un moyen de visualisa- tion pour représenter une image échographique pour laquelle les données sont recueillies par ces dispositifs transducteurs, carac- térisé en ce qu'il comporte, en outre, un moyen de positionnement (15) pour déplacer mécaniquement le dispositif transducteur d'image (3), lequel fournit des données échographiques, représentant des coupes échographiques d'une région d'intérêt, dans laquelle est situé un objet (9) à traiter, sous la forme de données d'images tridimensionnelles. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les données échographiques fournies par le dispositif transduc- teur d'image (3) sont constituées, soit par des données échogra- phiques élémentaires (d'échographie B) représentant l'objet dans un premier plan parallèle à la direction de propagation des ondes ultrasonores, soit par des données échographiques élémentaires (d'échographie C) représentant l'objet dans un second plan coupant le premier à angle droit. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que les données échographiques fournies par le dispositif transduc- teur d'image (3) sont constituées par des données échographiques élémentaires (d'échographie C) représentant une coupe échographique perpendiculaire au plan parallèle à la direction de propagation des ondes ultrasonores. 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les données échographiques fournies par le dispositif transduc- teur d'image (3) sont constituées par des données échographiques élémentaires (d'échographie B) représentant un premier plan paraL- lèle à la direction de propagation des ondes ultrasonores et par des données échographiques élémentaires (d'échographie C) représen- tant un second plan coupant le premier à angle droit. 5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, une mémoire d'images (17) prévue entre le 2608 9 13 dispositif transducteur d'image (3) et le moyen de visualisation (19) pour stocker temporairement les données fournies par ce dispo- sitif transducteur et devant être représentées par le moyen de visualisation. 6. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif transducteur de traitement (2) est formé de transducteurs circulaires (2a-2f) possédant chacun une surface con- cave, dirigée vers la région d'intérêt et qui sont agencés en un cercle autour d'un axe, et que le dispositif transducteur d'image (3) est situé au centre de ce cercle. 7. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif transducteur d'image (3) est formé d'un seul transducteur ultrasonore ou d'une rangée de transducteurs ultraso- nores et que ce dispositif recueille les données échographiques par balayage électronique. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que le balayage électronique est un balayage linéaire. 9. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que le balayage électronique est un balayage en secteur. 10. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de positionnement (15) produit mécaniquement la trans- lation du dispositif transducteur d'image (3) dans la direction perpendiculaire audit premier plan. 11. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de positionnement (15) fait osciller le dispositif transducteur d'image (3) dans un espace en forme de secteur. 12. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de positionnement (15) tourne le dispositif transduc- teur d'image (3) par rapport au centre de ce dispositif. 13. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de visualisation (19) représente des données relatives aux positions des premier et second plans en association avec des images échographiques. 14. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de visualisation (19) représente simultanément plu- sieurs coupes échographiques sous forme d'une image tridimension- nelle. 15. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de visualisation (19) représente simultanément plu- sieurs coupes échographiques obtenues par le balayage du même plan à différents moments, sous forme d'une image tridimensionnelle.