Brevet FR2629997A1 — publié le 19891020

"DISPOSITIF DE MESURE PAR CORRELATION DE LA VITESSE D'ORGANES EN MOUVEMENT ET D'ECOULEMENTS SANGUINS". La présente invention concerne un dispositif de mesure de la vitesse d'organes en mouvement et d'écoulements sanguins, comportant, d'une part, un circuit d'intercorrélation délivrant à partir de deux lignes échographiques successives des valeurs de fonctions de corrélation, et, d'autre part, un circuit de multiplexage- interpolation fournissant à partir desdites valeurs des fonctions de corrélation une estimée de la vitesse et la valeur du pic de corrélation correspondant. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine de l'exploration échographique d'organes en mouvement, tels que les parois du coeur, et d'écoulements sanguins dans les vaisseaux. Le problème technique général à résoudre par tout dispositif de mesure de la vitesse d'organes en mouvement et d'écoulements sanguins est d'obtenir une estimation aussi exacte que possible de la vitesse axiale du mouvement étudié afin de réaliser, à l'aide de dispositifs de visualisation, des images précises des organes et des écoulements sanguins soumis à une exploration échographique ultrasonore. Depuis plusieurs années, diverses solutions à ce problème technique ont été proposées. En ce sens, la demande de brevet français né 2 590 790 décrit un dispositif de mesure de la vitesse d'organes en mouvement et d'écoulements sanguins conforme au préambule qui utilise le fait que les signaux ultrasonores successifs rétrodiffusés par une cible en mouvement, lorsque l'émission est récurrente à la période de récurrence T, sont reliés par l'équation suivante: Sn+1(t) = Sn(t-t) 2629'997 -2- Ceci signifie que le signal n+1 est la réplique du signal n précédent à un décalage temporel t près. Ce dernier représente le temps supplémentaire nécessaire à l'onde ultrasonore pour parcourir le trajet transducteur-cible-transducteur, d'un tir à l'autre. Autrement dit: T = 2VT/C o V est la vitesse de la cible et C la vitesse du son. On voit qu'une mesure de T permet de mesurer la vitesse V cherchée. La fonction d'intercorrélation entre Sn(t) et Sn+1(t) définie par: to+W Cn,n+l(to,u)=Jto Sn+1(t+u)Sn(t)dt vérifie Cn,n+l(to+u)=Cnn(to,u-T) Le temps to est lié à la profondeur d'exploration z par to=2z/C. La fonction Cnn(tO,u) est une fonction d'autocorrélation, et, de ce fait, est maximale pour u=o. Ainsi, une mesure du décalage temporel T, et donc de la vitesse V, peut se faire en cherchant pour quel paramètre u la fonction Cnn+1(to,u) est maximale. A cet effet, la fonction d'intercorrélation est échantillonné, à un pas d'échantillonnage At, entre umin=-IAt et Umax=IAt par pas de 1 de façon à obtenir 2I+1 valeurs de fonctions de corrélation. La valeur maximum de ces 2I+1 valeurs correspondant à u=uo permet de mesurer T en utilisant l'égalité T=uo. Afin de s'affranchir des erreurs inhérentes à l'échantillonnage dans la détermination du maximum de la fonction de corrélation, il est possible d'utiliser un circuit de multiplexage-interpolation fournissant à partir des valeurs des fonctions de corrélation une estimée plus précise de la vitesse et la valeur du pic de corrélation correspondant. La -3- demande de brevet français n 2 590 790 donne un exemple de ce type de traitement du signal échographique dans lequel la corrélation entre signaux est-une corrélation dite "1 bit" en ce sens que les signaux Sn+1 et Sn utilisés précédemment sont réduits au signe du signal ultrasonore. On sait que dans ce cas, le pic de la fonction de corrélation est de forme triangulaire isocèle. La connaissance de cette forme permet à partir du point le plus haut et de ses deux voisins de reconstituer complètement, par interpolation linéaire, le pic de corrélation et donc de déterminer avec précision l'emplacement de uo. Cette méthode connue de mesure des vitesses, reposant sur l'analyse du décalage temporel, présente de sérieux avantages sur d'autres méthodes fondées, par exemple, sur le décalage de fréquence ou de phase. En particulier, elle permet d'utiliser des signaux d'émission à bande large, produisant une bonne résolution axiale de la mesure. De même, compte tenu du fait que la méthode de mesure par corrélation ne subit pas de phénomène de repliement, il est possible de mesurer des vitesses au-delà du seuil généralement imposé par les instruments usuels. Toutefois, la méthode exposée ci-dessus présente l'inconvénient de rendre possible une erreur, liée à l'échantillonnage, dans la détermination de la position du pic de corrélation. En effet, il peut se produire que le point le plus haut de la fonction de corrélation échantillonnée n'appartient pas au pic de corrélation recherché. Cette situation peut survenir lorsqu'on mesure des flux complexes, comportant des gradients de vitesse importants qui tendent à faire baisser le pic de corrélation. Cette erreur se traduit par des discontinuités brutales dans la reconstitution du profil de la vitesse V en fonction de la profondeur z d'exploration. Aussi, le problème technique à résoudre par l'objet de la présente demande est de réaliser un dispositif de mesure de la vitesse d'organes en mouvement et d'écoulements 2629997.. -4- sanguins, comportant, d'une part, un circuit d'intercorrélation fonctionnant avec un pas d'échantillonnage At, et délivrant, à partir de deux lignes échographiques successives décalées de kAt (k= -I, -I+1,...,I) , 21+1 valeurs de fonctions de corrélation, et, d'autre part, un circuit de multiplexage-interpolation fournissant à partir desdites valeurs des fonctions de corrélation, une estimée de ladite vitesse et la valeur du pic de corrélation correspondant, dispositif grâce auquel on pourrait déterminer sans ambiguïté la position du maximum du pic de corrélation en éliminant les artéfacts dus aux forts gradients de vitesse. La solution à ce problème technique consiste, selon la présente invention en ce que lesdits circuits d'intercorrélation et de multiplexageinterpolation fournissent ladite estimée de vitesse et ladite valeur du pic de corrélation à l'intérieur de chacune de N zones définies dans l'intervalle des décalages temporels [-IAt, +IAt], et en ce qu'il comporte également un détecteur de passage par zéro qui définit M segments limités par les valeurs des profondeurs d'exploration pour lesquelles l'estimée de la vitesse passe par zéro dans l'ensemble des N zones, tandis qu'une mémoire enregistre les valeurs cumulées Pij du pic de corrélation correspondant à la ième zone (i=1,...,N) et au jème segment (j=1,...,M), et qu'une unité de détection reconstitue le profil de vitesse cherché en retenant pour chaque segment j le profil de vitesse dans la zone i pour laquelle Pij est maximum. Ainsi, l'invention consiste essentiellement à "suivre" le pic de corrélation à travers tous les chemins possibles représentés par les N zones et les M segments, le critère de choix étant la valeur cumulée du pic de corrélation sur tous les dessins. Le chemin retenu est celui qui correspond à la plus grande valeur. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut 2629997. être réalisée. La figure 1 est un diagramme du dispositif de mesure selon l'invention. La figure 2 est une courbe donnant la fonction de corrélation en fonction de l'échantillonnage dans le cas d'une corrélation 1 bit, ainsi que la structure en zones. La figure 3 donne, pour chaque zone, les variations de la vitesse estimée en fonction de la profondeur d'exploration, ainsi que la structure en segments. La figure 4 montre un résultat expérimental obtenu par la Demanderesse. La figure 5 donne la structure de la mémoire correspondant au résultat de la figure 4. La figure 1 montre, sous forme shématique, un dispositif de mesure de la vitesse d'organes en mouvement et d'écoulements sanguins. Ce dispositif fait partie d'un appareil d'exploration par échographie ultrasonore qui comprend en outre, et non représentés sur la figure 1, au moins un transducteur ultrasonore associé à un étage d'émission périodique d'un signal impulsionnel de fréquence de récurrence déterminée F=1/T et à un étage de réception des signaux échographiques renvoyés vers le transducteur et de traitement des signaux reçus. La demande de brevet français n 2 590 790 donne une description très détaillée de ces différents étages. L'étage de réception et de traitement comporte, notamment, une ligne à retard d'une période de récurrence T qui permet de recevoir en même temps deux signaux échographiques consécutifs Sn(t) et Sn+1(t). Comme on peut le voir à la figure 1, ces deux signaux Sn et Sn+1 sont traités par un circuit d'intercorrélation 100 fonctionnant avec un pas d'échantillonnage At. Des lignes à retard 101k décalent le signal Sn(t) de la quantité uk=kat, le nombre entier k prenant les valeurs -I, -I+1,...,-1,0,1,...,-1,I. Puis, des corrélateurs 102k au nombre de 2I+1 fournissent 2I+1 valeurs de fonctions de corrélation, soit - 6 - {Cn,n+1 (to,uk)}ke[-I,I] Les corrélateurs 102k peuvent être, par exemple, des corrélateurs '1bit'. Et, dans ce cas, la figure 2 montre l'allure de la fonction de corrélation qui, comme on peut le voir, est constituée de pics de corrélation ayant la forme de triangles isocèles. La courbe de la figure 2 correspond à une valeur du nombre I égale à 5, ce qui représente 11 points de corrélation. Cette situation se présente, par exemple, pour une fréquence d'émission de 5KHz et une fréquence d'échantil- lonnage de 20MHz. L'ensemble des 2I+1 valeurs de fonctions de corré- lation issues du circuit d'intercorrélation 100 parviennent ensuite à un circuit de multiplexage-interpolation 200. Ce circuit 200 réalise une partition des points de corrélation en les groupant dans N zones Zi (i=1,. ,N) La figure 2 montre une telle partition en 3 zones Z1, Z2 et Z3 comprenant chacune 3 points de corrélation. A l'intérieur de chaque zone..DTD: Zi, le circuit 200 fournit une valeur de l'estimée de vites- se Vi et du pic de corrélation Pi. Ces valeurs étant fonc- tion du temps to, donc de la profondeur d'exploration, elles seront notées Vi(z) et Pi(z). Dans le cas de la corréla- tion 1 bit (figure 2), le calcul de Vi(z) et de Pi(z) peut se faire par interpolation linéaire construite sur le point le plus haut de chaque zone et des 2 voisins, le sommet du trian- gle isocèle ainsi reconstruit correspondant au couple Vi(z), Pi(z). Cette méthode d'interpolation est décrite dans le brevet français n' 2 590 790. Les N profils de vitesses Vi(z) peuvent être por- tés graphiquement en fonction z, comme le montre la figure 3. On constate sur cette figure que les profils Vi(z) subissent des passages par 0 correspondant à l'absence de pic de corré- lation dans la zone Zi considérée, c'est le cas par exemple, pour la zone Z2 sur la figure 2. Ces passages par zéro Zl, Z2,...,Zj,...sont détectés par un détecteur de passage par zéro 300 et permettent de définir M segments Aj(j-1,...,M) 2629997- 7- le long de l'axe z. Dans l'exemple de la figure 3, le nombre - de segments est M=7. Les M segments Aj étant ainsi définis, il est possible à l'intérieur de chacun de ces segments de cumuler pour chaque zone Zi les valeurs Pi(z) du pic de corrélation de façon & définir un nombre Pij qui peut s'écrire: Pij=E Pi(z) Taj Les NxM valeurs des Pij sont rangées dans une mémoire 400 que vient lire une unité de détection 500 de la façon suivante: pour chaque segment aj, on cherche pour quelle zone Zi le paramètre Pij est maximum. Alors, la portion du profil V(z) total cherché, à l'intérieur du segment Ai, est précisément Vi(z). Les Vi(z) sont stockés dans une mémoire, la reconstitution s'effectue en allant rechercher ces valeurs lorsque Pij est maximum. Ceci peut se traduire par la relation V(z) = E Vi(z) PijMax Dans l'exemple expérimentalement obtenu par la Demanderesse et montré à la figure 4, la mémoire 400 avait la structure donnée à la figure 5. Elle comportait 3x6=18 valeurs cumulées de pics de corrélation. Les valeurs maximales pour chaque segment Aj sont marquées d'une croix. Le profil V(z) cherché est donc donné par: V2(z) pour les segments A1, &2 puis par VI(z) pour A3, A4, A5 et, enfin, à nouveau par V2(z) pour A6. 2629997. 8 - REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de la vitesse d'organes en mouvement et d'écoulements sanguins, comportant, d'une part, un circuit d'intercorrélation (100) fonctionnant avec un pas d'échantillonnage At, et délivrant, à partir de deux lignes échographiques successives décalées de kAt (k=-I,-I+1,...,I), 2I+1 valeurs de fonctions de corrélation, et, d'autre part, un circuit de multiplexage-interpolation (200) fournissant à partir desdites valeurs des fonctions de corrélation, une estimée de ladite vitesse et la valeur du pic de corrélation correspondant, caractériséen ce que lesdits circuits d'intercorrélation (100) et de multiplexage-interpolation (200) fournissent ladite estimée de vitesse et ladite valeur du pic de corrélation à l'intérieur de chacune de N zones définies dans l'intervalle des décalages temporels [-IAt,+IAt], et en ce qu'il comporte également un détecteur de passage par zéro (300) qui définit M segments limités par les valeurs des profondeurs d'exploration pour lesquelles l'estimée de la vitesse passe par zéro dans l'ensemble des N zones, tandis qu'une mémoire (400) enregistre les valeurs cumulées Pijdu pic de corrélation correspondant à la ième zone (i=1,...,N) et au jème segment (j=1,...,M), et qu'une unité de détection (500) reconstitue le profil de vitesse cherché en retenant pour chaque segment j le profil de vitesse dans la zone i pour laquelle Pij est maximum. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit d'intercorrélation (100) comporte des corrélateurs 1 bit et en ce que ledit circuit de multiplexage-interpolation (200) effectue une interpolation linéaire.