Brevet FR3063003A1 — publié le 20180824

PROCEDE D'ECHOGRAPHIE OCULAIRE A TRANSDUCTEURS ANNULAIRES DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention appartient au domaine de l'ophtalmologie. Plus précisément, l'invention concerne un procédé d'échographie ophtalmique au moyen de transducteurs annulaires. L'échographie ophtalmique consiste en l'acquisition d'image d'un oeil au moyen d'une sonde ultrasonore émettant un faisceau d'ultrasons. La sonde ultrasonore est positionnée à proximité d'un oeil, typiquement en étant placée au contact de l'oeil et émet des ultrasons se propageant dans l'oeil. Ces ultrasons traversent les structures internes de l'oeil, telles que le cristallin, le corps vitré ou la rétine, et sont en partie réfléchis par ces structures. Les ultrasons réfléchis sont captés et enregistrés par la sonde pour donner des images de l'oeil. La propagation des ondes ultrasonores dépend non seulement de leur fréquence, mais beaucoup de la configuration spatiale de la sonde ultrasonore qui les émet. L'acquisition d'images ultrasonores exploitables pour la plus grande part d'un oeil obéit à de nombreuses contraintes avec les transducteurs traditionnels. Par exemple, pour examiner un oeil complet et son orbite avec une sonde ultrasonore mécaniquement oscillante et obtenir la meilleure image possible, il est nécessaire d'émettre des ondes dans des fréquences allant de 10 à 25 Mhz, afin de pouvoir atteindre une profondeur de plus de 45mm dans l'oeil (entre 45 et 60 mm). Il faut également faire varier l'angle d'émission entre 45 à 60°, de focaliser le transducteur à environ 25 mm (entre 18 et 27 mm) juste avant ou sur la rétine (qui constitue la cible privilégiée), et s'assurer une fréquence d' image de 8hz minimum ( entre 8 et 16hz) pour visualiser les mouvements du vitrée. En utilisant un transducteur mono-élément courbe d'un diamètre de 9 mm (diamètre maximal pour avoir 50°de débattement), on peut par exemple obtenir à la distance focale naturelle donné par la courbure du transducteur, à une fréquence d'ultrasons de 20 MHz (avec une bande passante de 10 à 30 Mhz) une résolution totale longitudinal de 75 [Inn, et une résolution latérale totale possible de 200 [Inn. Toutefois, l'image devient rapidement floue avec la profondeur puisque la profondeur de champ 3063003 2 à 6 dB n'est alors que de 2,5 mm, ce qui signifie que seule une petite zone autour de la rétine présentera un rapport signal sur bruit et une résolution optimum. Par ailleurs, conformément au théorème de Shannon, il est nécessaire d'échantillonner d'au minimum 2 fois la fréquence la plus haute de la bande passante à traiter 5 (30 MHz pour un transducteur de fréquence central de 20Mhz), soit à 60 MHz et de générer suffisamment de ligne afin d'être au moins à 2,5 fois la résolution latérale totale à la distance focale soit 360 lignes minimum pour 50°. Concernant l'émission ultrasonore elle-même, il est nécessaire d'attendre la fin du 10 signal écho (i.e. les ultrasons réfléchis) d'une ligne échographique pour en renvoyer une autre, afin d'éviter les échos parasites d'une ligne sur l'autre. On a alors une ligne échographique au mieux toute les 90 las pour une profondeur de 60nnnn, ce qui se traduit par une vitesse de sonde maximum de 13hz environ. Toutefois, en acceptant certains compromis sur la qualité des images échographiques acquises, il 15 est possible d'arriver à des fréquences d'image allant jusqu'à 20 Hz. Afin de permettre une résolution et une pénétration dans l'oeil supérieure, il a été proposé d'utiliser un transducteur annulaire, c'est-à-dire un transducteur comprenant une pluralité d'éléments transducteurs organisés en anneaux concentriques formant 20 des anneaux transducteurs. L'utilisation d'un transducteur annulaire permet d'augmenter la profondeur de champs pour avoir une image globale de l'oeil la meilleure possible quelle que soit sa géométrie (petit, grand, ovale...). En reprenant la configuration de l'exemple de transducteur mono-élément évoqué 25 plus haut (ondes ultrasonores à 20 MHz et un diamètre de 9 mm), on peut obtenir avec un transducteur à cinq anneaux ultrasonores courbe une profondeur de champ à 6 dB de 18 mm, soit une amélioration d'un facteur 7 environ. L'utilisation d'un transducteur de ce type améliore donc considérablement la qualité de l'image vitréenne et rétinienne de l'oeil. De plus, il améliore également le rapport signal sur 30 bruit sur toute la profondeur de champs. Par ailleurs, des ondes ultrasonores à des fréquences plus élevées allant de 35 à 50 MHz peuvent être utilisées pour augmenter la précision lors d'un examen du pôle antérieur global d'un oeil. Un transducteur mono-élément courbe classique, focalisé 35 à une profondeur de 10 mm environ, permet alors d'examiner jusqu'à 16 mm de 3063003 3 profondeur. La profondeur de champ obtenue est alors d'environ 1 mm, ce qui est très peu satisfaisant. En utilisant un transducteur annulaire à cinq anneaux, on arrive à une profondeur de champs de 8 mm ce qui rend l'image meilleure dans sa globalité et l'utilisation de cette configuration beaucoup plus simple du fait de sa moindre 5 sensibilité à l'ajustement en profondeur qui doit être réalisé par l'opérateur. Utiliser plusieurs anneaux concentriques requiert cependant de coordonner émission et réception des signaux de mesure entre ces anneaux. Deux approches ont jusqu'ici été employées. 10 Une première approche s'apparente au fonctionnement des transducteurs à commande de phase (ou "phased array" en anglais. On émet sur l'ensemble des anneaux transducteurs avec un délai d'émission calculé entre chaque anneau transducteur pour que les ondes ultrasonores échographiques arrivent en phase à une 15 certaine profondeur. On additionne ensuite en temps réel les lignes échographiques obtenues par la réception des échos ultrasonores par l'ensemble des anneaux transducteurs. On obtient ainsi une image de grande qualité autour de la profondeur visée, et la rapidité est comparable à celle d'un transducteur mono-élément. Toutefois, lorsqu'il est souhaitable d'obtenir une image globale de qualité d'un oeil, 20 plusieurs profondeurs doivent être ciblées. Il est donc nécessaire de faire plusieurs passages en modifiant les délais d'émission affectant chaque anneau transducteur pour atteindre différentes profondeurs. Il en résulte un temps d'acquisition très long puisque la fréquence d'acquisition se voit divisée par le nombre de profondeurs différentes à analyser pour reconstituer l'image globale. 25 Une seconde approche s'apparente au fonctionnement des radars. Un seul anneau transducteur est excité et émet des ondes ultrasonores. En revanche, les signaux de tous les anneaux transducteurs, résultant de la réception par ces anneaux transducteurs des ondes ultrasonores réfléchies, sont récupérés et recalés (pour 30 compenser la différence de marche entre anneaux transducteurs). Afin d'obtenir l'image finale, il est toutefois nécessaire d'utiliser tous les anneaux transducteurs en émission, ce qui nécessite donc autant d'itérations émission-réception que le nombre d'anneaux transducteurs. Ainsi, dans un exemple avec cinq anneaux transducteurs, cela signifie de procéder à cinq émissions successives, avec cinq réceptions par 35 émissions, soit un total de 25 lignes échographiques partielles qui doivent être 3063003 4 traitées pour donner une ligne échographique globale. Par conséquent, cette approche requiert cinq fois plus de temps qu'avec un transducteur mono-élément. Or, la rapidité est importante en échographie ophtalmique afin de pouvoir observer les mouvements du corps vitré. 5 Par ailleurs, cette approche demande un post-traitement important en raison des nombreuses lignes échographiques partielles, ce qui implique un temps de calcul non négligeable, pouvant nécessiter une gestion des décalages par tranche. De plus, chaque émission ne se faisant que sur un anneau transducteur, le résultat final du 10 rapport signal sur bruit à la distance focale est similaire à celui d'un transducteur mono-élément mais inférieur de 6 dB à la méthode précédente. La demande de brevet US 2013/0093901 Al emploie cette approche, et afin d'accélérer l'acquisition d'image, propose de ne pas employer certaines lignes, ce qui conduit à une moindre qualité d'image en résolution, sensibilité et pénétration. 15 PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention a pour but de proposer un procédé d'échographie oculaire utilisant une sonde ultrasonore à plusieurs anneaux transducteurs permettant d'acquérir des 20 images de bonne qualité et rapidement. A cet effet, il est proposé un procédé d'échographie oculaire utilisant une sonde ultrasonore comportant une pluralité d'éléments transducteurs organisés en au moins n anneaux concentriques formant n anneaux transducteurs , les anneaux 25 transducteurs étant regroupés en k groupes d'anneaux regroupant entre 1 et n-1 anneaux transducteurs, avec 1 sk 3), et de préférence supérieur à quatre (i.e. n>4). Les éléments transducteurs sont par exemple piézoélectriques, configurés pour émettre des ultrasons se propageant dans l'oeil. Ces ultrasons ont typiquement une fréquence comprise entre 10 et 100 MHz. Il est à noter ici que l'anneau transducteur central 2e 30 est plein, et constitue de ce fait un disque transducteur. L'anneau transducteur central 2e pourrait aussi bien être creux, c'est-à-dire avec un centre vide comme les autres anneaux transducteurs périphériques 2a, 2b, 2c et 2d. Les différents anneaux transducteurs étant concentriques, il est nécessaire que les anneaux transducteurs périphériques 2a, 2b, 2c et 2d soient creux pour qu'ils puissent être imbriqués les uns 3063003 8 dans les autres. Il n'y a pas cette nécessité l'anneau transducteur central 2e, qui peut donc être plein. La focale naturelle de la une sonde ultrasonore 1 est donnée par la courbure des 5 éléments transducteurs ou par l'ajout de lentille en regard de sa face d'émission. Pour l'examen oculaire cette courbure peut varier de plat à un rayon de courbure de 9 mm par exemple. Le plus grand anneau transducteur 2a présente un diamètre extérieur compris entre 3 et 10 mm, par exemple 9mm, et présente une largeur de 0,05 mm. Le plus petit anneau transducteur 2e présente un diamètre extérieur 10 compris entre 0,1 et 0,3 mm par exemple 0,2mm. Les anneaux transducteurs 2 sont séparés par une distance comprise entre 0,02 et 0,1 mm par exemple 0,05. De préférence, afin que les anneaux transducteurs présentent entre eux une puissance équivalente, on peut chercher à ce que leurs surfaces respectives soient de taille similaires, et idéalement identiques. A cet effet, la largeur des anneaux 15 transducteurs décroît avec leur distance au centre commun. Pour la mise en oeuvre du procédé d'échographie ophtalmique, la sonde ultrasonore 1 est positionnée par rapport à un oeil, afin de pouvoir émettre et recevoir des ondes ultrasonores se propageant à l'intérieur de cet oeil. La sonde ultrasonore 1 peut être 20 mise au contact de l'oeil, c'est-à-dire accolée à la cornée ou à la sclérotique, éventuellement recouverte d'un gel. On peut également prévoir la présence d'une poche de liquide tel que de l'eau entre la sonde ultrasonore 1 et l'oeil, cette proche pouvant typiquement être formée par une membrane fermée définitivement sur la sonde ultrasonore 1. La sonde ultrasonore 1 peut également être immergée dans un 25 liquide contenu dans une cupule ouverte contre l'oeil, le liquide servant de milieu de propagation intermédiaire entre la sonde ultrasonore 1 et l'oeil. Une fois positionnée, la sonde ultrasonore 1 est commandée pour émettre et recevoir des ondes ultrasonores. Chaque anneau transducteur 2 est commandé 30 individuellement, et en réponse à une excitation (un signal de tension électrique), un anneau transducteur 2 émet des ondes ultrasonores à une fréquence d'émission. La fréquence d'émission est comprise entre 10 et 100 MHz. Dans l'exemple qui suit, une fréquence d'émission de 20 MHz sera décrite. 3063003 9 Dans le cadre du procédé, les anneaux transducteurs 2 sont regroupés en k groupes d'anneaux regroupant entre 2 et n anneaux transducteurs, avec 1sk REVENDICATIONS1. Procédé d'échographie oculaire utilisant une sonde ultrasonore (1) comportant une pluralité d'éléments transducteurs organisés en au moins n anneaux concentriques formant n anneaux transducteurs (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2e), les anneaux transducteurs étant regroupés en k groupes d'anneaux regroupant entre 1 et n-1 anneaux transducteurs, avec 1sk 2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel dans chaque cycle, les itérations sont effectuées dans le même ordre. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le signal de mesure d'un anneau transducteur résulte de la numérisation du signal de réception généré par cet anneau transducteur lors de la réception par ledit anneau 3063003 21 transducteur d'ondes ultrasonores réfléchies résultant de l'émission d'ondes ultrasonores par un groupe d'anneaux transducteurs, un signal de mesure se définissant comme une suite chronologique de points discrets auxquels sont associées des valeurs correspondantes, 5 et dans lequel la combinaison de signaux de mesure pour donner une ligne échographique lors d'une itération consiste à additionner les valeurs associées à des points discrets synchrones desdits signaux de mesure. 4. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la combinaison de signaux 10 de mesure pour donner une ligne échographique lors d'une itération est restreinte à une sélection de points discrets, lesdits points discrets étant sélectionnés de sorte à opérer un décalage chronologique entre les signaux de mesure compensant les différences de chemin acoustique résultant de la géométrie du transducteur, le synchronisme des points discrets prenant en compte ce décalage. 15 5. Procédé selon l'une des deux revendications précédentes, dans lequel des points discrets sont ajoutés au signal de mesure en faisant la convolution dudit signal de mesure avec un sinus cardinal glissant de sorte qu'une période entre les points discrets soit inférieure à l'inverse d'au moins dix fois la fréquence d'émission. 20 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel une ligne échographique se définit comme une suite chronologique de points discrets auxquels sont associées des valeurs correspondantes, et dans lequel la combinaison de lignes échographiques pour donner une ligne affichable consiste à additionner les valeurs 25 associées à des points discrets synchrones desdites lignes échographiques. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les anneaux transducteurs sont regroupés en k groupes d'anneaux regroupant entre 2 et n-1 anneaux transducteurs, avec 1 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel n= 5, la sonde ultrasonore (1) comprenant cinq anneaux transducteurs (2). 9. Produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de 35 programme enregistrées sur un support non-volatile utilisable dans un ordinateur 3063003 22 pour l'exécution des étapes de traitement du procédé selon l'une des revendications précédentes, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur. 10. Système d'échographie comprenant une sonde ultrasonore (1) comportant une 5 pluralité d'éléments transducteurs organisés en au moins n anneaux concentriques formant n anneaux transducteurs (2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2e), une unité de traitement de ladite sonde ultrasonore et un écran, ladite unité de traitement étant configurée pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, les anneaux transducteurs étant regroupés en k groupes d'anneaux 10 regroupant entre 1 et n-1 anneaux transducteurs, avec 1sk