Brevet FR2621203A1 — publié le 19890331

PROCEDE ET DISPOSITIF D'IMAGERIE ULTRASONORE La présente invention concerne un procédé et un dtspc#itif d'imagerie ultrasonore d'un objet. Les procédé d'échographie et les dispositifs nécessaires à leur mise en oeuvre sont maintenant bien connus. Leurs applications sont multiples aussi bien en imagerie médicale que pour les contrôles non destructifs dans l'industrie. Ils reposent sur le principe du sonar : une impulsion brève est émise par un transducteur piézoélectrique. Elle est réfléchie, diffusée et absorbée par l'objet analysé. Une partie de l'énergie issue de ces différentes formes d'interaction entre l'onde émise et l'objet est captée en retour par le transducteur qui fonctionne alors en récepteur. Le signal reçu permet de construire l'image de l'objet examiné selon une ligne appelée ligne de tir. En visualisant plusieurs lignes de tir, il est alors possible de construire une image correspondante à une coupe tomographique. On a également développé l'échographie dite 1en mouvement qui permet l'étude cinétique de l'objet selon une seule ligne de tir. Les échos en provenance des structures mobiles sont alors présentés sur un écran à mémoire devant lequel défile la ligne de tir à échos 'mobile". Enfin, l'échographie Doppler utilise une détection de la variation des fréquences des ondes ultrasonores réfléchies ou diffusées par des cibles mobiles et fournit ainsi une information sur la vitesse du déplacement de ces cibles. Afin d'améliorer simultanément le rapport signal sur bruit et la résolution, il a déjà été proposé d'émettre, a la place d'une simple impulsion, un signal codé pseudoaléatoirement. Selon cette méthode appelée 'échographie par corrélation' un transducteur fonctionne alternativement en émetteur pendant un très court instant et en récepteur le reste du temps. Un traitement électronique du signal reçu consistant essentiellement en son intercorrélation avec le signal d'émission permet d'extraire du signal reçu la réponse impulsionnelle de l'objet étudié. L'exploitation de cette réponse impulsionnelle permet d'atteindre le même type d'information caractéristique de l'objet que dans la méthode classique d'échographie avec comme il a déjà été souligné un meilleur rapport signal sur bruit et une meilleure résolution. De nombreux travaux ont été développes afin d'optimiser la méthode d'échographie par corrélation. En particulier, des travaux ont porté sur le choix des signaux d'excitation permettant d'atteindre le plus précisément possible la réponse impulsionnelle de l'objet. Il a par exemple été proposé d'utiliser des codes pseudoaléatoires de très faible longueur répétés à intervalle régulier. Le code est alors considéré comme générateur d'une impulsion d'énergie de faible durée. Le signal échographique fourni en retour par la sonde est ensuite corrélé avec le code pseudoaléatoire retarde de façon à obtenir une réponse ayant l'allure d'une impulsion. La fonction d'auto-corrélation du code présente un pic triangulaire mais également des pics parasites dont l'amplitude peut atteindre jusqu'à près de 12% de l'amplitude de l'impulsion triangulaire. Il est alors difficile de repérer des cibles ayant des pouvoirs de rétrodiffusion très différents les uns des autres. L'objectif de l'invention est d'améliorer encore le rapport signal sur bruit tout en conservant la résolution du procédé d'imagerie, cela .en mettant en oeuvre des puissances ultrasonores très faibles. A cet effet, il est proposé un procédé d'imagerie ultrasonore du type dans lequel un signal ultrasonore est produit à partir d'un signal de référence, dirigé vers un objet la réponse de l'objet à ce signal étant aprés traitement corrélé au signal de référence. Selon l'invention, le signal de référence est un signal continu codé et les transducteurs de réception et d'émission sont distincts l'un de l'autre. L'invention concerne également un dispositif d'imagerie ultrasonore pour la mise en oeuvre de ce procédé. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le signa: continu codé constituant le- signal de référence est pseudoalé#toire. L'invention sera décrite en détail en référence aux dessins dan lesquels La figure 1 représente un schéma synoptique du procédé. La figure 2 représente un extrait d'une de la séquence pseudoaléatoire mis en oeuvre selon l'invention. La figure 3 représente un schéma synoptique de la double démodulation mis en oeuvre selon l'un des modes de réa1#sat#on. La figure 4 représente un générateur de séquences pseudoaléatoires mis en oeuvre dans l'invention. Le procédé d'imagerie ultrasonore selon l'invention est du type dans lequel un signal ultrasonore est produit à partir d'un signal de référence dirigé vers un objet, la réponse de objet à ce signal étant après traitement corrélé au signal de référence. Le signal de référence est un signal continu codé et les transducteurs de réception et d'émission sont distincts Le signal de référence 1 est obtenu par un générateur de codes 2 piloté par une horloge 3. Ce signal est exploité pour exciter un transducteur d'émission 4 qui produit une onde ultrasonore 5. Après interaction avec le milieu 6, cette onde ultrasonore d'émission 5 donne naissance à l'onde 7 reçue par le transducteur de réception 8. Le signal issu du transducteur de réception est après traitement corrélé dans le corrélateur 9 avec le signal de référence. Les signaux issus du corrélateur sont stockés dans la mémoire 10 puis exploités par l'unité de d'imagerie 11. Jusqu'à présent, le même transducteur est genéralement Uti'lSé successivement en émission et en réception imposant ainsi un signal de référence discontinu. Il a été montré qu'un procédé de d'imagerie ultrasonore peut être exploité avec un signal continu codé et deux transducteurs de réception et d'émission 4 et 8 distincts. Le rapport signal sur bruit et la résolution ainsi obtenus est notablement amélioré par rapport au dispositif antérieur alors que la puissance émise nécessaire reste faible. Selon un mode de réalisation préféré, le signal continu codé utilisé comme signal de référence est pseudoaléatoire. Cela signifie qu'il est constitué de séquences binaires qui se reproduisent identiquement à elles-memes aprés un certain nombre d'éléments binaires. La fonction de corrélation du signal de référence présente alors un pic principal et un résidu en dehors de ce pic qui a une valeur bien déterminée. Cette propriété permet d'éliminer ce résidu parasite par un filtrage et donc d'assimiler la fonction d'autocorrélation à un pic de Dirac. L'extraction de la réponse percussionnelle de l'objet étudié peut alors être obtenue dans les meilleures conditions possibles. A cette fin, le signal pseudoaléatoire est choisi pour que sa fonction d'autocorrélation soit assimilable à une fonction de Dirac. Selon un mode de réalisation préféré, le code pseudoaléatoire constitutif du signal de référence est obtenu par la répétition M-séquences bouclées. Les M-séquences sont des codes binaires de longueur maximale, en eux-memes connus, qui permettent encore de diminuer l'amplitude des résidus de la fonction d'autocorrélation. La séquence représentée sur la figure 2 est une portion de M-séquence comportant 64 éléments binéaires. La séquence complète a une longueur de 1023 éléments binaires générés avec une horloge de période T = 160 ns. Elle est répétée, identiquement à elle-même, sans interruption. Elle peut par exemple être engendrée par un registre à décalage à 10 étages pour lui-même, par une réaction logique linéaire telle que représentée sur la figure 4. Le circuit 13 de combinaison linéaire module 2 est constitué de circuits intégrés numériques du type ou exclusif. Selon un mode de réalisation préféré, le transducteur d'émission est excité par un signal produit à partir du signal de référence par une modulation à une fréquence proche de la fréquence centrale du transductueur puis par amplification. La modulation est alors réalisée par le modulateur 14 et l'amplification par l'amplificateur 15. De préférence, le signal produit par la sonde de réception 8 est amplifié par l'amplificateur 16 démodulé par le démodulateur 17 puis filtré par le filtre 18 avant d'attaquer le corrélateur 9. Le modulateur 14 et démodulateur 17 sont avantageusement commandés par un oscillateur local 19 réglé sur une fréquence voisine de la fréquence centrale du transducteur d'émission. Les transducteurs d'émission et de transmission sont conçus pour avoir sensiblement la même fréquence centrale. Lors de l'utilisation de sondes permettent une focalisation, le choix du décalage temporel entre les signaux corrélés assure la sélection en profondeur du point d'observation. De ce fait, on peut adapter les retards d'une sonde multiéléments afin de focaliser le faisceau pour la position choisie lors de la corrélation. Les transducteurs d'émission et de réception fixes et nonoélements fournissent des informations concernant une seule ligne de l'objet. Toutefois, la technique de l'invention peut avantageusement être mise en oeuvre avec un système de balayage permettant la réalisation d'une image correspondant â coupe tomographique. Ce balayage peut être réalisé par exemple par l'oscillation des sondes ou par l'utilisation de barettes émettrices et/ou réceptrices dont le balayage est assuré par un dispositif de commande électronique. Selon un mode de réalisation préféré, le signal reçu est exploité par une double démodulation. La double démodulation permet d'accéder d'une part à l'amplitude de la fonction de corrélation d'autre part à sa phase. L'amplitude est alors ut 'Osée pour la formation de l'image, c'est-à-dire la modulation de sa brillance sur une ligne de l'écran alors que la phase permet d'accéder à la vitesse de déplacement profondeur du point analysé. Un dispositif de double démodulation est reprézentée sur la figure 3 dans laquelle le signal reçu par la sonde 8 est démodulé par deux signaux en quadrature de phase. Après démodulation les signaux traversent les filtres 21 et 22 et sont corrélés par les corrélateurs 23 et 24 avec le signal de référence. L'amplitude et la phase du signal démodulé sont alors exploités par l'unité de traitement 25 avant d'être transmis à l'unité de stockage 10. L'invention concerne également un dispositif de mise en oeuvre du procédé. Ce dispositif comporte une horloge 3, un générateur de codes 2, un modulateur 14 et un amplificateur 15 fournissant le signal d'excitation de la sonde d'émission 4, une sonde de réception 8 et un amplificateur 16 exploitant le signal reçu de la sonde, un démodulateur 17 commandé comme le modulateur 14 par l'oscillateur 19, un filtre 18 et un corrélateur 9, une unité de stockage lOet une unité de d'imagerie 11. REVENDICATONS 1) Procédé d'imagerie ultrasonore du type dans lequel un signal ultrasonore est produit à partir d'un signal de référence dirigé vers un objet, la réponse de l'objet à ce signal est après traitement corrélé au signal de référence, caractérisé en ce que le signal de référence est un signal continu codé et que les transducteurs de réception et d'émission sont distincts. 2) Procédé d'imagerie selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal continu codé est pseudoaléatoire. 3) Procédé d'imagerie selon la revendication 2, caractérisé en ce que le signal pseudoaléatoire est choisi de façon à ce que a fonction d'autoccrrélation soit assimilable à une fonction de Dirac. 4) Procédé d'imagerie selon la revendication 3, caractérisé en ce que le signal pseudoaléatoire est constitué à partir de M séquences bouclées 5) Procédé d'imagerie selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la sonde d'émission est excitée par un signal produit à partir du signal de référence par une modulation à une fréquence proche de la fréquence centrale du transducteur puis par amplification. 6) Procédé d'imagerie selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le signal produit par la sonde de réception est amplifié démodulé et filtré avant sa corrélation avec le signal de référence. 7) Procédé d'imagerie selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la sonde d'émission et la sonde de réception effectue un balayage spatial permettant la réalisation de coupe tomographique de l'objet. 8) Procédé d'imagerie selon l'une quelconque des revendications i å 7, caractérisé en ce que le signal reçu subit une double démodulation permettant d'accéder à sa phase comme à son amplitude. 9) Procédé d'imagerie selon l'une quelconque des revendications 1 å 8, caractérisé en ce que l'on mesure la variation de phase du signal reçu par rapport au signal émis de manière à accéder à la vitesse d'écoulement du milieu au sein de l'objet étudié. 10) Dispositif d'imagerie ultrasonore du type comportant un générateur de codes (2) piloté par une horloge (3), un modulateur (14) et un amplificateur (15) élaborant le signal d'excitation à partir du signal de référence généré par le générateur de codes (2), une sonde d'émission (4) recevant le signal d'excitation, une sonde de réception (8), un préamplificateur (16), un démodulateur (17) et un filtre (18) destiné au traitement du signal émis en retour par la sonde de réception (8), un corrélateur (9) destiné à comparer le signal de référence au signal reçu après traitement, une unité de stockage des résultats (10) et une unité de d'imagerie (11) de ces résultats, caractérisé en ce que le générateur de codes (2) produit un signal continu codé et que les transducteurs d'émission (4) et de réception (5) sont distincts.