Brevet FR2619448A1 — publié le 19890217

PROCEDE ET DISPOSITIF DE CARACTERISATION TISSULAIRE PAR REFLEXION D'IMPULSIONS ULTRASONORES A LARGE BANDE DE FREQUENCES, TRANSPOSITION DU SPECTRE DE FREQUENCE DES ECHOS DANS UNE GAMME AUDIBLE ET DIAGNOSTIC PAR ECOUTE. Il est connu de transmettre des impulsions ultrasonores à haute fréquence porteuse à un tissu biologique et de mémori- ser le signal électrique reçu à haute fréquence par le transducteur après réflexion dans le tissu. Le spectre de cet écho a subi par rapport à celui de l'impulsion émise, des modifications significatives et son analyse de Fourier permet d'obtenir une information sur la structure du tissu (par exemple d'identifier la nature d'une tumeur) en parti- culier par comparaison avec le spectre des échos obtenus dans des tissus différents ou en des points d'observation échographique différents. L'inconvénient de ce procédé est la complexité des appareillages nécessaires pour effectuer une analyse de Fourier rapide et la difficulté d'interpré- tation visuelle des résultats. L'invention propose de transmettre en différents points du tissu à caractériser des signaux ultrasonores à haute fré- quence porteuse et d'inscrire en mémoire les signaux élec- triques à haute fréquence reçus après réflexion dans le tissu et est caractérisé par la lecture des informations ainsi mémorisées à une vitesse suffisamment faible, par rapport à la vitesse d'inscription, pour que la bande de fréquence des signaux résultants de cette lecture soit comprise dans une gamme audible et par un diagnostic par écoute desdits signaux. -2 - L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après. La figure unique du dessin annexé est le schéma de principe d'un dispositif d'échographie à transposition de fréquence conforme à un mode d'exécution préféré de l'invention. Un transducteur 1 est connecté, de façon classique, à un émetteur 2 d'impulsions à haute fréquence, lui-même commandé par une horloge 3, et à un amplificateur à haute fréquence 4 de réception des échos. A la sortie de cet amplificateur est connecté un convertis- seur analogique-numérique 5 suivi d'une mémoire 6 à la sortie de laquelle sont connectés un convertisseur numéri- que-analogique 7 et un amplificateur 8 qui attaque un haut- parleur 9 ou des écouteurs. La mémoire est adressée, pour l'acquisition, par un compteur 10 piloté par une horloge 11 et, pour la lecture, par un compteur 12 piloté par l'horloge 11 à travers un diviseur de fréquence 13. Les signaux d'adressage engendrés par les compteurs 10 et 12 sont transmis à l'entrée de commande d'adressage de la mémoire 6 par un multiplexeur d'adressage écriture-lecture 14 dont une entrée est directement reliée à la sortie du compteur 10 et une autre entrée est reliée à la sortie du compteur 12 par l'intermédiaire d'un dispositif 15 sélecteur d'une zone d'adressage, suivi d'un additionneur 16 agencé pour ajouter à la sortie numérique du dispositif 15 un nombre variable fixé par un organe 17. Le dispositif 15 est lui-même commandé par un organe de réglage 18. L'horloge 10 pilote par ailleurs le convertisseur 5, tandis que l'horloge 3 commande le déclenchement du compteur 9 pour l'acquisition. Un commutateur 19 commande le positionnement du multiplexeur 14 et de la mémoire 6 alternativement en écriture ou en -3- lecture, de façon telle que l'inscription en mémoire se fasse pendant la durée d'une ligne de balayage et la lecture pendant la durée de balayage des 5 000 ou 10 000 lignes suivantes, comme on l'expliquera dans la suite. De préférence, le dispositif qui vient d'être décrit est associé à un échographe standard, par exemple à balayage sectoriel, qui comprend les organes 1 à 4 et une mémoire supplémentaire tampon d'image 21 reliée à la sortie de l'amplificateur 4 par l'intermédiaire d'un détecteur 28 et d'un convertisseur analogique-numérique 20. La mémoire 21 restitue l'information qui y est stockée à un convertisseur numérique-analogique 22, lequel attaque l'électrode de commande de luminosité d'un tube cathodique 23. De manière connue en soi, un organe de commande 24 fournit les signaux d'adressage d'écriture et de lecture de la mémoire et les signaux de commande de balayage de l'écran du tube cathodique. L'adressage d'écriture se fait à la cadence de balayage du faisceau ultrasonore, l'appareil d'échographie fournissant, de manière connue en soi, les informations e et d qui correspondent, dans le cas d'un balayage sectoriel, respec- tivement à la position angulaire instantanée du faisceau et à la distance de la surface émissive du transducteur à la surface réfléchissante, à un circuit 25 qui les convertit en adresses de mémoire. Un circuit 26, relié à l'entrée lectu- re-écriture de la mémoire 21, assure la cadence d'alternance souhaitée entre la lecture et l'écriture. Les adresses de lecture fournies par l'additionneur 16 sont comparées aux adresses de lecture fournies par le circuit 24 dans un comparateur 27. En cas de coincidence, ce dernier envoie un signal de surbrillance au tube cathodique 23. La réalisation pratique de tous les circuits qui viennent d'être décrits est à la portée de l'homme de l'art. S - 4 - On va maintenant décrire le fonctionnement du dispositif. On supposera que le contenu de la mémoire 21 est de 256 x 512 mots, pour la visualisation de 256 lignes de 512 points sur l'écran du tube 23. Le fonctionnement de l'écho- graphe classique 1-2-3-4-20 à 26 est bien connu: l'image complète de l'organe testé, lequel subit un balayage angu- laire du faisceau d'ultrasons, est stockée dans la mémoire 21 pendant les périodes d'acquisition et visualisée sur l'écran pendant les périodes de lecture. On supposera que la haute fréquence d'émission est 5 MHz et que le sondage s'effectue jusqu'à une profondeur de 150 mm par exemple. Les échos ultrasonores comporteront des composantes pouvant aller au maximum jusqu'à une fréquence de 10 MHz et, pour mettre en mémoire de telles composantes, la fréquence d'échantillonnage devra être de 20 MHz (fréquence de l'hor- loge 11, beaucoup plus élevée que celle de l'horloge 3, qui est par exemple comprise entre 2 et 8 KHz). En prenant une mémoire 6 de 212 = 4096 mots par exemple, on peut y stocker l'information à haute fréquence reçue pendant les 204,8 ls qui suivent l'impulsion d'émission, ce qui correspond à peu près à la profondeur désirée, donc à une ligne complète de balayage. Le diviseur 13 divise la fréquence de l'horloge 11 par un taux compris entre 5 000 et 10 000 par exemple, si bien que le spectre de fréquences du signal de sortie de la mémoire sera ramené à 1 à 2 Kz ou 0,5 à 1 Kz suivant le taux de division. De telles fréquences sont audibles et l'oreille humaine est parfaitement capable d'apprécier, de façon qualitative, de très faibles modifications d'un spectre de fréquences audi- bles. - L'ensemble 15-18 peut être réalisé simplement sous la forme d'un commutateur à plusieurs positions qui met à la masse une ou plusieurs des sorties de poids fort du compteur 12, de façon à obtenir seulement les 128,256 ou 512 premières adresses. Dans l'exemple décrit, on positionnera cet ensem- ble sur 512, de façon que la portion de ligne lue en mémoire 6 ait le même nombre de mots que le contenu d'une ligne complète de la mémoire 21. L'addition, à chaque adresse ainsi sélectionnée, d'un nombre fixé par l'organe 17, permet de positionner à volonté la fenêtre d'adressage sélectionnée dans l'une quelconque de huit tranches de la mémoire 6, contenant chacune l'informa- tion correspondant à 1/8 de ligne. Pour une position donnée de la fenêtre d'adressage, le comparateur 27 compare en permanence les adresses de lecture des mémoires 6 et 21 et déclenche ainsi la surbrillance d'un huitième de ligne sur l'écran. L'organe 19, à la fin du balayage d'une ligne, commute la mémoire 6 en lecture et la lecture dure par exemple autant que le balayage des 10 000 lignes suivantes, soit deux secondes environ. A la fin de la lecture, l'organe 19, qui reçoit une information de la valeur de e, attend que le balayage ait atteint la ligne qui suit celle précédemment lue pour recommuter la mémoire 6 en écriture. La réalisation de ce circuit 13 est à la portée de l'homme de l'art et d'autres modes d'exploitation de l'appa- reil pourraient être envisagés. Il va de soi que diverses modifications pourront être appor- tées au dispositif illustré, sans s'écarter de l'esprit de l'invention; 26 1 9448 - 6- Revendications 1. Procédé de caractérisation tissulaire consistant à transmettre des impulsions ultrasonores à haute fréquence porteuse au tissu biologique à caractériser, à mémoriser les signaux électriques à haute fréquence réfléchis au sein du tissu et à effectuer l'examen des déformations subies par le spectre de fréquences transmis et réfléchi, caractérisé par une transposition de fréquence qui ramène le spectre réfléchi dans la gamme des fréquences audibles et par l'écoute du spectre transposé. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comportant des moyens (1-2-3) de trans- mettre au tissu des impulsions ultrasonores à haute fréquen- ce porteuse, des moyens moyens (5-6-10-11-14) de mémoriser lesdits signaux électri- ques avec une fréquence d'échantillonnage suffisante pour que l'information à haute fréquence qu'ils contiennent soit correctement enregistrée, caractérisé par des moyens (11 à 19) de lire l'information mémorisée à une cadence inférieure à la fréquence d'échan- tillonnage et telle que le spectre haute fréquence soit transposé dans la gamme des fréquences audibles et par des moyens (7-8-9) de convertir le spectre transposé en un signal sonore. 3. Dispositif selon la revendication 2, comportant en outre un organe détecteur (28) desdits signaux électriques à haute fréquence, des moyens (20-21-24-25-26) de mémoriser les signaux détectés correspondant à une image complète d'une région d'un tissu obtenue par balayage du faisceau ultrasonore transmis et des moyens (22-23-24) de visualisation de l'image mémorisée, caractérisé en ce que lesdits moyens (5-6-11-14) de mémori- ser les signaux à haute fréquence sont agencés pour mémori- ser l'information correspondant à une ligne de balayage, que -7 - lesdits moyens (11 à 19) de lire l'information mémorisée sont agencés pour lire une zone d'adressage sélectionnée de largeur et de position réglables correspondant à une portion déterminée de la ligne de balayage, et que lesdits moyens (20-21-24-25-26) de mémorisation d'une image complète comprennent un comparateur (27) des adresses de ladite zone sélectionnée et des adresses de lecture de l'image, tandis que les moyens de visualisation comprennent des moyens de visualiser en surbrillance la portion de ligne qui corres- pond à la coincidence desdites adresses.