Brevet FR3133304A1 — publié le 20230915

L’invention concerne un procédé d’analyse d’un milieu à partir d’un réseau de transducteurs (T 1 -T n ), ledit procédé comprenant : l’acquisition (100) de deux signaux de réception associés chacun à un couple respectif d’ondes émise et reçue selon des directions d’émission et de réception, la déformation (200) des deux signaux de réception pour obtenir deux signaux déformés, ladite étape de déformation comprenant, pour chaque signal de réception, une composition dudit signal de réception avec une fonction affine dépendant d’une demi-différence angulaire entre les directions d’émission et de réception du couple associé audit signal de réception, l’estimation (300) locale de la vitesse du son d’une région d’intérêt du milieu à partir de la comparaison des deux signaux déformés. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1 PROCEDE ET DISPOSITIF D’ESTIMATION LOCALE DE LA VITESSE DU SON DANS UNE REGION D’INTERET D’UN MILIEU DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne le domaine technique général de l’analyse d’un milieu par propagation d’ondes, et notamment d’ondes sonores ou ultrasonores, ou électromagnétiques. Plus précisément, la présente invention concerne un procédé et un dispositif pour l’estimation locale de la vitesse du son dans une région d’intérêt d’un objet cible, ou d’un milieu diffus tel qu’un tissu biologique, humain ou animal. Dans la suite, la présente invention sera décrite en référence à l’imagerie médicale par ultrasons, étant entendu que les enseignements décrits ici peuvent être utilisés dans d’autres types d’applications (ultrasons non médicaux, SONAR, RADAR, etc.) utilisant des ondes dont l’amplitude, la fréquence et la phase sont contrôlables (i.e. ondes cohérentes). ARRIERE PLAN DE L'INVENTION La stéatose hépatique est une maladie caractérisée par une accumulation excessive de graisses hépatiques (i.e. graisse à l'intérieur du foie). Elle peut évoluer en fibrose puis en cirrhose hépatique. Une technique basée sur l’imagerie par résonance magnétique (IRM) peut être utilisée pour détecter la stéatose chez un patient. En effet, l’IRM permet de mesurer la fraction de matières grasses en densité protonique comme un biomarqueur de la teneur en graisses hépatiques. Cependant, l'IRM n'est pas largement disponible et est onéreuse. C’est pourquoi des techniques à base d'ultrasons ont été développées pour quantifier les graisses hépatiques. Plus précisément, une sonde d'imagerie adaptée pour émettre des ondes ultrasonores et détecter des ondes rétrodiffusées est utilisée pour acquérir des signaux correspondant auxdites ondes rétrodiffusées. Ces signaux sont ensuite transmis à une unité de traitement pour évaluer la vitesse du son dans le foie afin de déterminer l'accumulation de graisse à l'intérieur du foie. En effet, la vitesse du son à l'intérieur d'un tissu varie en fonction de la quantité de graisse qu’il contient. Notamment, un foie en stéatose a une vitesse du son légèrement inférieure (typiquement 1460 m/s) à celle d'un foie sain (typiquement 1580 m/s). Toutefois, cette diminution de la vitesse du son étant faible (variation de 5 à 10% de la vitesse du son entre un foie sain et un foie en stéatose), il peut être difficile d’identifier une vitesse du son caractéristique d’une stéatose hépatique. C’est pourquoi la vitesse du son doit être estimée aussi précisément que possible pour détecter une stéatose hépatique. Or, le foie est situé à l'intérieur du corps. Il est donc recouvert de peau, de graisse et de muscles. Ces différents tissus – situés entre la sonde et le foie – peuvent perturber l’estimation de la vitesse du son dans le foie. A l’heure actuelle, la plupart des techniques développées à base d’ultrasons ne permettent pas une mesure locale de la vitesse du son dans le foie. Ainsi, la vitesse du son estimée avec de telles techniques correspond à la vitesse du son entre la surface supérieure de la peau et le foie. Le diagnostic établi par le praticien est alors fortement dépendant de son expérience du dispositif utilisé, puisque la vitesse du son estimée par le dispositif ne correspond pas à la vitesse du son locale dans le foie. C’est pourquoi d’autres solutions à base d’ultrasons ont été développées pour estimer la vitesse du son locale dans le foie. Le document WO 2020/070104 décrit par exemple un procédé d’estimation de la vitesse du son locale dans le foie comprenant les étapes suivantes : déterminer sur une image morphologique une position d'au moins une interface dans le milieu, l'interface divisant le milieu en une région intermédiaire et une région cible – à savoir le foie du patient – dans le sens de la profondeur, déterminer une première vitesse du son de la région intermédiaire sur la base de signaux détectés par la sonde, et déterminer la vitesse cible du son à l'intérieur de la région cible – à savoir le foie du patient – sur la base d'au moins certains des signaux détectés et en tenant compte la position de l'interface et la première vitesse du son déterminée. Ainsi dans ces solutions, la vitesse du son dans les tissus situés entre la sonde et le foie (i.e. peau, graisse et muscle) est calculée pour en déduire la vitesse du son locale dans le foie. Une autre solution est décrite dans le document WO 2015/091519 qui concerne un procédé de détermination d’une vitesse du son locale dans un objet. Ce procédé comprend les étapes suivantes : transmettre : une première impulsion d'ultrasons dans une première direction, une deuxième impulsion d'ultrasons dans une deuxième direction différente de la première direction, détecter : des premiers échos correspondant à la rétrodiffusion de la première impulsion d’ultrasons dans l’objet, des deuxièmes échos correspondant à la rétrodiffusion de la deuxième impulsion d’ultrasons dans l’objet, reconstruire : à partir des premiers échos détectés, une première image de premiers échos locaux associée, à partir des deuxièmes échos détectés, une deuxième image de deuxièmes échos locaux associée, lesdites images se situant dans un plan d’image s’étendant dans les première et deuxième directions, déterminer, à partir des première et deuxième images, un déphasage d’écho local correspondant à une différence dans une durée d'écho entre un premier écho local et un deuxième écho local correspondant, par rapport au cas d'une vitesse de son constante supposée dans l’objet, déterminer la vitesse locale du son dans l'objet pour au moins une région du plan d'image dans l'objet à partir du déphasage d’écho local déterminé à l’étape précédente. Une telle solution, si elle permet une estimation précise de la vitesse du son locale dans le foie, nécessite l’acquisition de nombreux signaux ainsi que la mise en œuvre de nombreux calculs qui sont coûteux en termes de ressources matérielles et logicielles. Ces solutions ne sont pas directes, au sens où elles nécessitent l’obtention d’une information représentative de la vitesse du son intégrée (ou vitesse du son moyenne à travers l’ensemble des tissus traversés par l’onde ultrasonore), puis appliquent un algorithme permettant de retrouver la vitesse du son locale dans la région d’intérêt, tel que le foie du patient. Un but de la présente invention est de proposer un procédé et un dispositif d’analyse permettant d’estimer directement la vitesse du son locale d’une région d’intérêt telle que le foie d’un patient. Plus précisément, un but de la présente invention est de proposer un procédé et un dispositif d’analyse ne nécessitant pas de calculer la vitesse du son dans les tissus intermédiaires situés entre une sonde d’acquisition et une région d’intérêt pour estimer la vitesse du son dans cette région d’intérêt. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION A cet effet, l’invention propose un procédé d’analyse d’un milieu à partir d’un réseau de transducteurs, ledit procédé comprenant : l’acquisition d’au moins deux signaux de réception associés chacun à un couple respectif d’ondes émise et reçue, lesdits au moins deux signaux de réception comprenant : un premier signal de réception associé à un premier couple d’ondes émise et reçue selon des premières directions d’émission et de réception, un deuxième signal de réception associé à un deuxième couple d’ondes émise et reçue selon des deuxièmes directions d’émission et de réception, les premières directions d’émission et de réception étant différentes des deuxièmes directions d’émission et de réception, l’étape d’acquisition incluant, pour chaque signal de réception, les sous-étapes suivantes : la génération dans un milieu diffusant, par des transducteurs du réseau, d’une onde émise ayant une direction d’émission souhaitée, la réception, par des transducteurs du réseau, de signaux réverbérés et leurs combinaisons pour obtenir un signal de réception temporel représentatif d’une onde reçue réfléchie par le milieu diffusant selon une direction de réception souhaitée, la déformation desdits au moins deux signaux de réception par composition avec une fonction affine respective : le premier signal de réception étant déformé par composition avec une première fonction affine pour obtenir un premier signal déformé, la première fonction affine dépendant des premières directions d’émission et de réception, le deuxième signal de réception étant déformé par composition avec une deuxième fonction affine, différente de la première fonction affine, pour obtenir un deuxième signal déformé, la deuxième fonction affine dépendant des deuxièmes directions d’émission et de réception, l’estimation locale de la vitesse du son dans une région d’intérêt du milieu à partir de la comparaison des premier et deuxième signaux déformés. Ainsi, le procédé selon l’invention se distingue de l’art antérieur en ce qu’il permet d’obtenir une carte et/ou une mesure locale de vitesse du son dans une région d’intérêt de façon directe et avec les avantages suivants : le procédé fournit une mesure locale dans une région d’intérêt (carte ou valeur), il nécessite très peu d’émissions ultrasonores (typiquement entre deux et seize) en comparaison des autres techniques de mesure locale (typiquement plus de cent), il nécessite une quantité de calcul très limitée contrairement aux autres techniques de mesure locale non directes qui demandent d’inverser des matrices ou de stocker de grandes matrices pré-inversées et de les appliquer, il nécessite une quantité de données issues de la sonde ultrasonore très limitée (fonctionne dès deux signaux là où les autres méthodes utilisent en général 100 * 128 signaux). Des aspects préférés mais non limitatifs de l’invention sont les suivants. L’étape d’estimation peut comprendre les sous-étapes suivantes : détermination d’un coefficient de transformation entre les premier et deuxième signaux déformés, ledit coefficient de transformation étant représentatif d’une différence d’échelle temporelle entre les premier et deuxième signaux déformés, obtention de la vitesse du son dans la région d’intérêt du milieu à partir du coefficient de transformation. L’étape d’estimation peut comprendre une sous-étape de calcul d’un signal résultant représentatif d’une corrélation moyenne entre les premier et deuxième signaux déformés. La corrélation moyenne peut être obtenue par au moins une des méthodes suivantes : moyennage sur différentes profondeurs dans la région d’intérêt, moyennage sur différents milieux de même vitesse du son, moyennage sur des signaux obtenus avec différentes stratégies d’émission ou de réception, moyennage sur différents signaux obtenus en perturbant des lois de retards appliquées au réseau de transducteurs en émission ou en réception. Le coefficient de transformation peut être déterminé par dérivation d’une phase du signal résultant représentatif de la corrélation moyenne entre les premier et deuxième signaux déformés. Le coefficient de transformation D peut être déterminé à partir de la formule suivante : Où : correspond à la corrélation moyenne des premier et deuxième signaux déformés ŝ et ŝ’, est l’opérateur de dérivation temporelle de la phase. La sous-étape d’obtention de la vitesse du son dans la région d’intérêt peut inclure la résolution de la formule suivante : Où : « c r » est la vitesse du son dans la région d’intérêt, « c th » est une vitesse du son théorique utilisée pour calculer les première et deuxième fonctions affines lors de l’étape de déformation, « D » est le coefficient de transformation, « » est une pulsation centrale des signaux s et s’ à la profondeur considérée, « » est une demi-différence angulaire entre les premières directions d’émission et de réception du premier couple d’ondes émise et reçue, « » est une demi-différence angulaire entre les deuxièmes directions d’émission et de réception du deuxième couple d’ondes émise et reçue. Chaque fonction affine peut être du type : f(t) = At + B, Où : « A » est un coefficient directeur dépendant de la demi-différence angulaire entre la direction d’émission et la direction de réception du couple d’ondes émise et reçue associé au signal de réception, et « B » est un facteur d’alignement des signaux de réception à une profondeur souhaitée correspondant à la profondeur de la région d’intérêt. Le procédé peut comprendre une étape de détermination du facteur d’alignement « B » , ladite étape de détermination comprenant les sous-étapes consistant à : acquérir deux signaux primaires associés chacun à un couple respectif d’ondes émise et reçue selon des directions d’émission et de réception, chaque signal primaire représentant une amplitude en fonction d’une variable de temps, élargir temporellement chaque signal primaire par application d’un facteur à la variable de temps pour obtenir un signal primaire élargi, le facteur dépendant de la demi-différence angulaire entre la direction d’émission et la direction de réception du couple associé au signal primaire, corréler les signaux primaires élargis, déduire de la phase de la corrélation un indice de décalage B optimal. Pour chaque signal de réception, la sous-étape de combinaison des signaux réverbérés peut comprendre la sommation des signaux réverbérés selon une loi de retard respective, lesdites lois de retard respectives étant définies de sorte que les bissectrices des directions des ondes d’émission et de réception de chaque couple d’ondes émise et reçue sont confondues. Le procédé peut comprendre en outre une étape d’estimation de la pulsation centrale des signaux s et s’ à la profondeur considérée, ladite étape d’estimation comprenant les sous-étapes suivantes : estimation de la pulsation centrale du premier signal de réception s à partir de son autocorrélation, estimation de la pulsation centrale du deuxième signal de réception à partir de son autocorrélation, estimation d’une pulsation centrale finale à partir de la moyenne des pulsations centrales de chacun des signaux de réception. D'autres avantages et caractéristiques du procédé et du dispositif d’analyse selon l’invention ressortiront mieux de la description qui va suivre de plusieurs variantes d’exécution, données à titre d'exemples non limitatifs, à partir des dessins annexés sur lesquels : est une représentation schématique d’un procédé d’analyse permettant d’estimer une vitesse du son, est une représentation schématique d’un dispositif d’imagerie par ultrasons incluant une sonde d’acquisition et une (ou plusieurs) unité(s) de calcul , est une représentation schématique d’ondes plane, spirale et divergentes émises par des réseaux de transducteurs plan et courbe, est une représentation schématique illustrant le principe d’émission d’une onde plane à partir d’un réseau de transducteurs, est une représentation schématique d’ondes émise et réverbérée par un milieu pour trois instants différents, est une représentation schématique illustrant deux couples d’angles d'émission et de réception, illustrent des exemples d’émission et de réception de couples d’ondes d’émission et de réception, est une représentation schématique en coupe d’un milieu à imager, est un graphique illustrant une phase d’une corrélation entre deux signaux de réception associés à des couples d’ondes ultrasonores d’émission et de réception différents (couple (10°, -10°) et couple (0°, 0°)) en fonction du temps, est un graphique illustrant un facteur de dilatation en fonction du temps, est un graphique illustrant une vitesse du son en fonction du temps, illustre schématiquement la propagation d’une onde d’émission d’angle non nul au niveau d’une interface entre deux couches d’un milieu à imager. Procédé d’analyse d’un milieu à partir d’un réseau de transducteurs (T1-Tn), caractérisé en ce que ledit procédé comprend : l’acquisition (100) d’au moins deux signaux de réception associés chacun à un couple respectif d’ondes émise et reçue, lesdits au moins deux signaux de réception comprenant : un premier signal de réception associé à un premier couple d’ondes émise et reçue selon des premières directions d’émission et de réception, un deuxième signal de réception associé à un deuxième couple d’ondes émise et reçue selon des deuxièmes directions d’émission et de réception, les premières directions d’émission et de réception étant différentes des deuxièmes directions d’émission et de réception, l’étape d’acquisition incluant, pour chaque signal de réception, les sous-étapes suivantes : la génération dans un milieu diffusant, par des transducteurs (T1-Tn) du réseau, d’une onde émise ayant une direction d’émission souhaitée, la réception, par des transducteurs (T1-Tn) du réseau, de signaux réverbérés et leurs combinaisons pour obtenir un signal de réception temporel représentatif d’une onde reçue réfléchie par le milieu diffusant selon une direction de réception souhaitée, la déformation (200) desdits au moins deux signaux de réception par composition avec une fonction affine respective : le premier signal de réception étant déformé par composition avec une première fonction affine pour obtenir un premier signal déformé, la première fonction affine dépendant des premières directions d’émission et de réception, le deuxième signal de réception étant déformé par composition avec une deuxième fonction affine, différente de la première fonction affine, pour obtenir un deuxième signal déformé, la deuxième fonction affine dépendant des deuxièmes directions d’émission et de réception, l’estimation (300) locale de la vitesse du son dans une région d’intérêt du milieu à partir de la comparaison des premier et deuxième signaux déformés. Procédé d’analyse selon la revendication 1, dans lequel l’étape d’estimation comprend les sous-étapes suivantes : détermination d’un coefficient de transformation entre les premier et deuxième signaux déformés, ledit coefficient de transformation étant représentatif d’une différence d’échelle temporelle entre les premier et deuxième signaux déformés, obtention de la vitesse du son dans la région d’intérêt du milieu à partir du coefficient de transformation. Procédé d’analyse selon la revendication 2, dans lequel l’étape d’estimation comprend une sous-étape de calcul d’un signal résultant représentatif d’une corrélation moyenne entre les premier et deuxième signaux déformés. Procédé d’analyse selon la revendication 3, dans lequel la corrélation moyenne est obtenue par au moins une des méthodes suivantes : moyennage sur différentes profondeurs dans la région d’intérêt, moyennage sur différents milieux de même vitesse du son, moyennage sur des signaux obtenus avec différentes stratégies d’émission ou de réception, moyennage sur différents signaux obtenus en perturbant des lois de retards appliquées au réseau de transducteurs en émission ou en réception. Procédé d’analyse selon l’une des revendications 3 ou 4, dans lequel le coefficient de transformation est déterminé par dérivation d’une phase du signal résultant représentatif de la corrélation moyenne entre les premier et deuxième signaux déformés. Procédé d’analyse selon la revendication 5, dans lequel le coefficient de transformation D est déterminé à partir de la formule suivante : où : correspond à la corrélation moyenne des premier et deuxième signaux déformés ŝ et ŝ’, est l’opérateur de dérivation temporelle de la phase. Procédé d’analyse selon l’une quelconque des revendications 2 à 6, dans lequel la sous-étape d’obtention de la vitesse du son dans la région d’intérêt inclut la résolution de la formule suivante : , où : « c r » est la vitesse du son dans la région d’intérêt, « c th » est une vitesse du son théorique utilisée pour calculer les première et deuxième fonctions affines lors de l’étape de déformation, « D » est le coefficient de transformation, « » est une pulsation centrale de signaux s et s’ à la profondeur considérée, « » est une demi-différence angulaire entre les premières directions d’émission et de réception du premier couple d’ondes émise et reçue, « » est une demi-différence angulaire entre les deuxièmes directions d’émission et de réception du deuxième couple d’ondes émise et reçue. Procédé d’analyse selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel chaque fonction affine est du type : f(t) = At + B, où : « A » est un coefficient directeur dépendant de la demi-différence angulaire entre la direction d’émission et la direction de réception du couple d’ondes émise et reçue associé au signal de réception, et « B » est un facteur d’alignement des signaux de réception à une profondeur souhaitée correspondant à la profondeur de la région d’intérêt. Procédé d’analyse selon la revendication 8, lequel comprend une étape de détermination du facteur d’alignement « B » , ladite étape de détermination comprenant les sous-étapes consistant à : acquérir deux signaux primaires associés chacun à un couple respectif d’ondes émise et reçue selon des directions d’émission et de réception, chaque signal primaire représentant une amplitude en fonction d’une variable de temps, élargir temporellement chaque signal primaire par application d’un facteur à la variable de temps pour obtenir un signal primaire élargi, le facteur dépendant de la demi-différence angulaire entre la direction d’émission et la direction de réception du couple associé au signal primaire, corréler les signaux primaires élargis, déduire de la phase de la corrélation un indice de décalage « B » optimal. Procédé d’analyse selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel pour chaque signal de réception, la sous-étape de combinaison des signaux réverbérés comprend la sommation des signaux réverbérés selon une loi de retard respective, et dans lequel lesdites lois de retard respectives sont définies de sorte que les bissectrices des directions des ondes d’émission et de réception de chaque couple d’ondes émise et reçue sont confondues. Procédé selon la revendication 7, lequel comprend en outre une étape d’estimation de la pulsation centrale des signaux s et s’ à la profondeur considérée, ladite étape d’estimation comprenant les sous-étapes suivantes : estimation de la pulsation centrale du premier signal de réception s à partir de son autocorrélation, estimation de la pulsation centrale du deuxième signal de réception à partir de son autocorrélation, estimation d’une pulsation centrale finale à partir de la moyenne des pulsations centrales de chacun des signaux de réception.