Brevet FR2651990A1 — publié le 19910322

La présente invention concerne une sonde pour échographie en trois dimensions, comportant un transducteur piézoélectrique émettant et recevant un faisceau ultrasonore dans une direction donnée perpendiculaire au plan dudit transducteur. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine de l'exploration des milieux biologiques en échographie ultrasonore médicale. Une méthode actuellement utilisée pour obtenir des informations en trois dimensions à partir d'une sonde conforme au préambule consiste à réaliser des coupes successives du milieu soumis à exploration, selon les modalités de l'échographie dite de type B dont une présentation est faite dans l'article "Les ultrasons dans le diagnostic médical" de G.B. Devey et P.N.T. Wells paru dans le n09 Juillet 1978 p.68 de la revue Pour la Sciences (Edition française de Scientific American). Dans ce mode connu d'imagerie ultrasonore, la sonde, montée sur un bras articulé, est déplacée lentement à la main par l'opérateur autour de l'abdomen du patient, par exemple, dans un même plan sous des angles différents.Un dispositif électrique lié au bras articulé repère automatiquement les coordonnées du transducteur dans le plan de coupe, ainsi que la direction du faisceau ultrasonore. La position et l'énergie des échos reçus pour chaque inclinaison constituent des informations stockées dans un convertisseur qui peut être la mémoire d'un minicalculateur. A la fin du balayage, l'information pour toutes les directions est traitée dans le convertisseur et affichée pour représenter une coupe du corps. L'échographie en trois dimensions du type B précédemment décrite présente toutefois comme principal inconvénient d'être une méthode lente conduisant à des temps d'acquisition très longs. C'est pour cette raison que l'on a pensé à substituer au balayage manuel un balayage mécanique automatique ou électronique susceptible d'augmenter le nombre de mesures par unité de temps. Différentes solutions en ce sens ont été proposées telles que les sondes oscillantes, tournantes ou utilisant un réseau de transducteurs. Ces dispositifs améliorent, certes, la cadence des informations enregistrées, mais par ailleurs, ils peuvent présenter un encombrement important et une ergonomie peu satisfaisante. Aussi, le problème technique à résoudre par l'objet de la présente invention est de réaliser une sonde échographique conforme au préambule qui serait du type à balayage automatique et dont les dimensions ne seraient pas plus grandes que celles de la sonde manuelle connue. La solution au problème technique posé consiste, selon la présente invention, en ce que la sonde comprend deux moteurs qui font tourner le transducteur piézoélectrique autour de deux axes de rotation concourants respectifs, de manière que ladite direction donnée du faisceau ultrasonore balaye tout l'espace d'exploration. Ainsi, la sonde selon l'invention se présente exactement comme la sonde utilisée en échographie de type B à balayage manuelle, c'est à dire sous un encombrement réduit, en faveur duquel la disposition visant à placer les axes de rotation de façon à ce qu'ils soient concourants, apporte une contribution déterminante, alors que, d'autre part, elle assure un double balayage automatique du volume exploratoire dans une mise en oeuvre très aisée pour le praticien et donc d'ergonomie maximale. Dans un mode de réalisation préféré, au lieu d'utiliser un simple transducteur piézoélectrique monoélément comme dans l'état de la technique, il est prévu que le transducteur piézoélectrique est un transducteur annulaire. Comme on le verra plus loin, cette caractéristique présente l'avantage de conduire à une résolution axiale améliorée et à une résolution latérale et une résolution azimutale de la sonde beaucoup plus grandes et identiques, ce qui permet d'avoir une résolution uniforme dans un plan perpendiculaire au plan de balayage de la sonde. Enfin, le codage des divers mouvements de rotation de la sonde en vue de mémoriser les différentes orientations de l'axe du faisceau ultrasonore est réalisé de façon directe et très simple lorsqu'au moins un desdits moteurs est un moteur pas à pas. 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 être réalisée. La figure 1 est une vue en perspective d'un premier mode de réalisation d'une sonde selon l'invention. La figure 2 est une vue en perspective d'un deuxième mode de réalisation d'une sonde selon l'invention. La figure 1 montre, en perspective, une sonde échographique en trois dimensions, comportant un transducteur piézoélectrique 10 émettant et recevant un faisceau ultrasonore dans une direction donnée Oz perpendiculaire au plan dudit transducteur. La position d'origine au repos du transducteur 10 est représentée par le cercle 20 en pointillé, OX et OY étant les axes de référence du plan du transducteur, et OZ étant le troisième axe perpendiculaire à OX et OY. Comme l'indique la figure 1, la sonde comprend deux moteurs M1 et M2 qui font tourner le transducteur piézoélectrique 10 autour de deux axes de rotation concourants OY et OX' respectifs. Dans le cas de la figure 1, le premier moteur MI effectue une rotation du transducteur 10 d'un angle La figure 2 montre un autre exemple de balayage dans lequel le premier moteur Mi effectue une rotation du transducteur piézoélectrique 10 d'un angle s autour de l'axe OX, tandis que le deuxième moteur M2 fait tourner l'axe Oz du faisceau ultrasonore d'un angle ç autour de l'axe OZ concourantavec OX. La figure 2 illustre le cas où le moteur M2 tourne beaucoup plus vite que le moteur Ml et dans lequel l'axe Oz décrit un cône C de demi-angle au sommet 8. ~ variant de O à 90", l'axe Oz balaye tout l'espace d'exploration par cônes C successifs. Si, au contraire le moteur M1 tourne beaucoup plus vite que le moteur M2, l'axe Oz décrit une série de plans tournant autour de OZ. L'avantage de balayage par plan selon l'un ou l'autre mode de réalisation est de pouvoir obtenir une image en deux dimensions en arrêtant un des moteurs. Comme on peut le voir aux figures 1 et 2, le transducteur piézoélectrique 10 est un transducteur annulaire, en ce sens qu'il est constitué d'éléments piézoélectriques distincts 11, 12, 13 ayant la forme de couronnes circulaires concentriques. En émission, on applique de façon classique une loi de retard convenable entre les excitations électriques des différents éléments piézoélectriques de façon à créer une focalisation du faisceau ultrasonore en un point F situé sur l'axe Oz. En réception des échos renvoyés par le milieu d'ex exploration, on peut appliquer la même loi de retard aux circuits piézoélectriques, ce qui correspond à enregistrer la réponse à la sollicitation ultrasonore au même point F, ou encore faire varier la loi de retard en réception afin de balayer la réponse du milieu le long de l'axe Oz. D'une façon générale, la focalisation du faisceau ultrasonore a pour effet d'améliorer sensiblement et de rendre identiques les résolutions latérale et azimutale de la sonde selon l'invention, comparativement à la sonde connue formée d'un seul élément piézoélectrique. Afin d'obtenir un certain nombre de positions de la sonde lors d'un balayage, on peut choisir pour moteurs M1 et M2 des moteurs à courant continu qui exigent pour leur part la présence d'organes de repérage supplémentaires comme des roues codeuses à capteur optique par exemple, solidaires de l'arbre des moteurs, mais il y a avantage à ce qu'au moins un des mo temps soit un moteur pas à pas dont l'utilisation est beaucoup plus facile. REVENDICATIONS 1. Sonde pour échographie en trois dimensions, comportant un transducteur piézoélectrique (10) émettant et recevant un faisceau ultrasonore dans une direction donnée (Oz) perpendiculaire au plan dudit transducteur, caractérisée en ce qu'elle comprend deux moteurs (M1,M2) qui font tourner le transducteur piézoélectrique (10) autour de deux axes de rotation concourants (OY,OX' ; OXtOZ) respectifs, de manière que ladite direction donnée (Oz) du faisceau ultrasonore balaye tout 'espace d'exploration. 2. Sonde selon la revendication I, caractérisée en ce que, OX et OY étant les axes de référence du plan dudit transducteur (10) dans sa position au repos, et OZ étant le troi sième axe de référence perpendiculaire à OX et OY, un premier moteur (M1) effectue une rotation du transducteur piézoélectrique d'un angle 3. Sonde selon la revendication 1, caractérisée en ce que, OX et OY étant les axes de référence du plan dudit transducteur (10) dans sa position au repos, et OZ étant le troisième axe de référence perpendiculaire à OX et OY, un premier moteur (M1) effectue une rotation du transducteur piézoélectrique d'un angle 8 autour de l'axe OX, tandis qu'un deuxième moteur (M2) fait tourner l'axe (Oz) du faisceau ultrasonore d'un angle ç autour de l'axe OZ. 4. Sonde selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le transducteur piézoélectrique (10) est un transducteur annulaire. 5. Sonde selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'au moins un desdits moteurs (M1,M2) est un moteur pas à pas.