Brevet FR3147090A1 — publié le 20241004

Dispositif d'imagerie ultrasonore La présente description concerne un dispositif d’imagerie ultrasonore (200) comportant un ensemble de transducteurs ultrasonores (101), une couche de couplage acoustique (105) revêtant ledit ensemble de transducteurs ultrasonores (101), et un système d’aspiration (203) adapté à exercer une force d’aspiration tendant à plaquer contre une surface supérieure de la couche de couplage (105) un objet à imager (111) disposé en vis à vis de la couche de couplage acoustique (105). Figure pour l'abrégé : Fig. 2B Dispositif d'imagerie ultrasonore La présente description concerne le domaine des dispositifs d'imagerie ultrasonore, et vise plus particulièrement des dispositifs d'acquisition d'empreintes de peau et/ou des dispositifs d'imagerie microvasculaire à base de transducteurs ultrasonores. Un dispositif d'imagerie ultrasonore comprend classiquement une pluralité de transducteurs ultrasonores, et un circuit électronique de commande connecté aux transducteurs. En fonctionnement, l'ensemble des transducteurs est disposé face à un objet ou corps dont on souhaite acquérir une image. Le circuit électronique de commande est configuré pour appliquer des signaux électriques d'excitation aux transducteurs, de façon à provoquer l'émission d'ondes ultrasonores par les transducteurs, en direction du corps à analyser. Les ondes ultrasonores émises par les transducteurs sont réfléchies par le corps à analyser (par sa structure interne et/ou superficielle), puis reviennent vers les transducteurs qui les convertissent à nouveau en signaux électriques. Ces signaux électriques de réponse sont lus par le circuit électronique de commande, et peuvent être mémorisés et analysés pour en déduire des informations sur le corps étudié. Il serait souhaitable d'améliorer au moins en partie certains aspects des dispositifs d'imagerie ultrasonore connus. Pour cela, un mode de réalisation prévoit un dispositif d’imagerie ultrasonore comportant un ensemble de transducteurs ultrasonores, une couche de couplage acoustique revêtant l’ensemble de transducteurs ultrasonores, et un système d’aspiration adapté à exercer une force d’aspiration tendant à plaquer contre une surface supérieure de la couche de couplage un objet à imager disposé en vis à vis de la couche de couplage acoustique. Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend un boîtier de protection comprenant une plaque supérieure située au-dessus de la couche de couplage acoustique, de façon qu’une cavité sépare une face inférieure de la plaque supérieure du boîtier de la face supérieure de la couche de couplage acoustique. Selon un mode de réalisation, la plaque supérieure présente une ouverture traversante destinée à être placée en vis à vis de l’objet à imager. Selon un mode de réalisation, l’ouverture traversante est située en vis à vis de l’ensemble de transducteurs ultrasonores. Selon un mode de réalisation, le système d’aspiration est relié à ladite cavité par un conduit hermétique. Selon un mode de réalisation, le système d’aspiration est configuré pour appliquer un vide au moins partiel dans la cavité pendant une phase d’acquisition d’une image ultrasonore, de façon à plaquer l’objet à imager contre la face supérieure de la couche de couplage acoustique. Selon un mode de réalisation, la couche de couplage acoustique est en un matériau polymère. Selon un mode de réalisation, le système d’aspiration comprend une pompe à vide. Un mode de réalisation prévoit l’utilisation d’un dispositif d’imagerie ultrasonore tel que défini ci-dessus, pour l’acquisition d’images biométriques. Un mode de réalisation prévoit l’utilisation d’un dispositif d’imagerie ultrasonore tel que défini ci-dessus, pour l’acquisition d’images médicales. Un mode de réalisation prévoit l’utilisation d’un dispositif d’imagerie ultrasonore tel que défini ci-dessus, pour des applications de contrôle non destructif par ultrasons. Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la est une vue en coupe représentant de façon schématique un exemple d’un dispositif d’imagerie ultrasonore ; les figures 2A et 2B sont des vues en coupe représentant de façon schématique un exemple d’un dispositif d’imagerie ultrasonore selon un mode de réalisation. De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques. Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, la réalisation des transducteurs ultrasonores et des circuits électroniques de commande des dispositifs décrits n'a pas été détaillée, les modes de réalisation décrits étant compatibles avec les réalisations usuelles de ces éléments. En outre, les diverses applications que peuvent avoir les dispositifs décrits n'ont pas été détaillées, les modes de réalisation décrits étant compatibles avec toutes ou la plupart des applications usuelles des dispositifs d'imagerie ultrasonore, et en particulier des applications d'imagerie de parties du corps humain ou animal. Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés (en anglais "coupled") entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments. Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence sauf précision contraire à l'orientation des figures. Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près. La est une vue en coupe représentant de façon schématique un exemple d’un dispositif d’imagerie ultrasonore 100, par exemple pour des applications de biométrie. Le dispositif 100 de la comprend un ensemble 101 de transducteurs ultrasonores (non détaillés sur la figure), par exemple disposés en matrice, en barrette, ou selon toute autre disposition. Les transducteurs de l'ensemble 101 sont par exemple des transducteurs de type CMUT (transducteurs ultrasonores capacitifs à membrane), des transducteurs de type PMUT (transducteurs piézoélectriques à membrane), des transducteurs à cristal, ou tout autre type de transducteurs ultrasonores, par exemple des transducteurs piézoélectriques ou piézocomposites, ou des transducteurs monocristal ("single crystal" en anglais). Les transducteurs de l'ensemble 101 sont par exemple intégrés dans une puce monolithique, par exemple formée dans et sur un substrat semiconducteur, par exemple un substrat en silicium, ou encore dans et sur un substrat isolant, par exemple un substrat en verre (non détaillé sur la figure). Dans l'exemple représenté, l'ensemble de transducteurs 101 est monté sur une carte de circuits imprimés 103. La carte de circuits imprimés 103 comprend par exemple un support en un matériau électriquement isolant, par exemple en plastique, et un ensemble de plages et pistes métalliques d'interconnexion (non détaillées sur la figure) formées sur au moins une face du support. Dans cet exemple, l'ensemble 101 de transducteurs ultrasonores est fixé et connecté électriquement à la face supérieure de la carte de circuits imprimés 103. Le dispositif 100 de la peut en outre comprendre un ou plusieurs circuits électroniques (non représentés) d'alimentation et de contrôle de l’ensemble 101 de transducteurs ultrasonores. Les circuits électroniques d’alimentation et de contrôle sont par exemple fixés et connectés électriquement à une face de la carte de circuit imprimés 103. Les circuits électroniques d’alimentation et de contrôle comprennent par exemple des circuits d'émission adaptés à fournir des signaux électriques d'excitation aux transducteurs ultrasonores de façon à provoquer l'émission d'ondes ultrasonores par les transducteurs, et des circuits de réception adaptés à lire des signaux électriques de réponse générés par les transducteurs ultrasonores de l'ensemble 101 sous l'effet d'une onde ultrasonore reçue en provenance de l'objet à imager. Le dispositif 100 de la comprend en outre une couche de couplage 105, par exemple en un matériau polymère, par exemple électriquement isolant, revêtant la face supérieure de l'ensemble 101 de transducteurs ultrasonores. A titre d'exemple, la couche 105 est disposée sur et en contact avec la face supérieure de l'ensemble 101 de transducteurs ultrasonores. A titre de variante, la couche 105 est fixée sur la face supérieure de l'ensemble 101 de transducteurs par l'intermédiaire d'une couche adhésive, non représentée. A titre d’exemple, la couche de couplage 105 s'étend de façon continue sur toute la surface supérieure de l’ensemble 101 de transducteurs ultrasonores. Dans l’exemple représenté, la couche de couplage s’étend en outre latéralement au-delà des bords de l’ensemble 101 de transducteurs élémentaires, et recouvre ainsi également les flancs de l’ensemble 101. L'épaisseur de la couche de couplage 105 est par exemple comprise entre 100 µm et 10 mm, par exemple entre 500 µm et 2 mm. La face supérieure de la couche 105 définit une surface de contact sur laquelle vient se poser un objet à imager, par exemple un ou plusieurs doigts d'un utilisateur, la paume d'un utilisateur, ou tout autre partie du corps humain ou animal que l'on souhaite imager. La couche 105 a une fonction de couplage ultrasonore entre les transducteurs de l'ensemble 101 et l'objet à imager. En particulier, la couche 105 est de préférence relativement souple et déformable pour éviter la présence de lames d'air entre les transducteurs de l'ensemble 101 et l'objet à imager. De plus, la couche 105 a de préférence une impédance acoustique adaptée à celle de l'objet à imager, par exemple une impédance acoustique sensiblement égale à l'impédance acoustique de la peau. Ainsi, la couche 105 permet de maximiser le transfert d'énergie acoustique entre les transducteurs ultrasonores et l'objet à analyser. La couche 105 peut en outre avoir une fonction de protection du dispositif et en particulier des transducteurs ultrasonores de l'ensemble 101. En particulier, la couche 105 présente de préférence une tenue mécanique relativement élevée pour ne pas se dégrader avec le temps et au contact des objets à imager. Dans l’exemple de la , la couche de couplage acoustique 105 et l’ensemble 101 de transducteurs sont encapsulés dans un boîtier de protection 107, par exemple en un matériau rigide, par exemple un matériau métallique ou un matériau électriquement isolant de type plastique. Le boîtier de protection 107 comprend une ouverture traversante ou fenêtre 109 à en vis à vis de l’ensemble de transducteurs ultrasonores, laissant libre accès à la face supérieure de la couche de couplage acoustique 105. En fonctionnement, l’objet à imager est placé en contact avec la face supérieure de la couche de couplage acoustique 105 en vis à vis de l’ouverture 109. Dans l’exemple représenté sur la , l’objet à imager est un doigt 111. L’ouverture 109 a par exemple sensiblement les mêmes dimensions que celles d’une portion du doigt, par exemple une extrémité du doigt, que l’on cherche à imager. En pratique, pour éviter la présence d’une lame d’air entre la surface du doigt et la couche de couplage 105, et pour limiter les risques de mouvements du doigt, les utilisateurs ont tendance à appliquer une pression relativement importante sur la couche de couplage 105 avec leur doigt pendant toute la durée d’une phase d’acquisition d’une image ultrasonore. Des expériences réalisées par les inventeurs ont montré que, pour certaines applications, par exemple pour des applications d'imagerie microvasculaire, la qualité des images acquises peut être dégradée du fait de la pression exercée par l’utilisateur pendant l’acquisition. Par exemple, l'imagerie de faibles flux sanguins et de vaisseaux microscopiques 113 situés aux extrémités des doigts de la main et du pied est difficile à réaliser car ces vaisseaux peuvent subir une compression, et donc une diminution du flux sanguin. Les figures 2A et 2B sont des vues en coupe représentant de façon schématique un exemple d’un dispositif d’imagerie ultrasonore 200 selon un mode de réalisation. Le dispositif 200 comprend des éléments communs avec le dispositif 100 de la . Ces éléments ne seront pas détaillés à nouveau. Seules les différences avec le dispositif 100 de la seront détaillées ci-après. Le dispositif 200 se distingue du dispositif 100 de la essentiellement en ce qu’il comprend un système d’aspiration motorisé adapté à exercer une force d’aspiration tendant à plaquer l’objet à imager contre la surface supérieure de la couche de couplage 105. Ainsi, l’utilisateur n’a pas à exercer lui-même une pression manuelle pour plaquer l’objet à imager contre la surface de la couche de couplage 105. Ceci permet de limiter les risques de compression excessive de l’objet, conduisant à dégrader la qualité des images ultrasonores acquises. En particulier, pour des applications d’imagerie microvasculaire, ceci permet d’éviter une compression indésirable des vaisseaux à imager. Dans l’exemple des figures 2A et 2B, le boîtier de protection 107 comprend une plaque supérieure 107a disposée au-dessus de la face supérieure de la couche de couplage acoustique 105. Dans cet exemple, le boîtier 107 est agencé de façon qu’une lame d’air ou cavité 201 sépare la face supérieure de la couche de couplage acoustique 105 de la face inférieure de plaque supérieure 107a du boîtier. La lame d’air ou cavité 201 peut avoir une épaisseur relativement faible, par exemple comprise entre 0,1 mm et 10 mm, par exemple entre 0,5 mm et 5 mm. Lorsque l’utilisateur pose son doigt sur le dispositif, ce dernier vient en appui sur et en contact avec la face supérieure de la plaque 107a. Une partie centrale du doigt, correspondant à la partie à imager, obture l’ouverture 109 et se trouve ainsi en vis à vis de la face supérieure de la couche de couplage 105, séparée de la face supérieure de la couche 105 uniquement par la cavité 201. La lame d’air ou cavité 201 est reliée à un système d’aspiration 203 (non détaillé sur la figure), par l’intermédiaire d’un conduit hermétique (non détaillé sur la figure). A titre d’exemple, la lame d’air ou cavité 201 est reliée à l’atmosphère extérieure au boîtier 107 uniquement par l’intermédiaire de l’ouverture 109 et du système d’aspiration 203. Le système d’aspiration 203 est par exemple une pompe à vide, ou tout autre système d’aspiration motorisé. La prévision d’une lame d’air d’épaisseur relativement faible permet avantageusement de limiter l’encombrement lié au système d’aspiration. La illustre une configuration dans laquelle le système d’aspiration motorisé 203 est inactif. Dans ce cas, le doigt repose sur la plaque supérieure 107a du boîtier de protection, la partie à imager du doigt obturant totalement ou partiellement l’ouverture 109. On notera que, dans cette configuration, la partie du doigt à imager n’est pas en contact avec la face supérieure de la couche de couplage acoustique 105 mais est séparée de cette dernière par la lame d’air 201. Du fait de la présence d’une lame d’air entre le doigt et la couche de couplage acoustique 105, cette configuration n’est pas favorable à l’acquisition d’une image ultrasonore. La illustre une configuration dans laquelle le système d’aspiration motorisé 203 est actif. Dans ce cas, un vide au moins partiel est créé dans la cavité 201, conduisant à aspirer la partie du doigt à imager vers l’intérieur de la cavité. Sous l’effet de l’aspiration, la partie du doigt à imager se trouve plaquée contre la face supérieure de la couche de couplage acoustique 105. Une image ultrasonore du doigt peut alors être acquise. L’aspiration appliquée pendant la phase d’acquisition présente plusieurs avantages. Elle permet en particulier de maintenir le doigt, ou, plus généralement, tout objet ou organe à imager, en position en vis à vis de l’ensemble 101 de transducteurs ultrasonores, en contact avec la face supérieure de la couche de couplage 105, via une force d’aspiration calibrée et contrôlée automatiquement via un système motorisé. Ceci permet par exemple de maintenir le capteur en place de façon autonome pendant l’acquisition, sans avoir à prévoir un système de maintien spécifique, humain ou mécanique. Ceci permet en outre d’éviter des micromouvements de la zone à imager, susceptibles de dégrader la qualité des images acquises. Ceci permet par ailleurs d’éviter les risques d’application d’une pression manuelle excessive par l’utilisateur, pouvant conduire à déformer ou comprimer l’objet à imager et ainsi dégrader la qualité de l’image acquise. Dans le cas d’une application d’imagerie microvasculaire, un avantage est d’éviter que les vaisseaux sanguins de la portion du doigt à imager ne subissent une compression pouvant nuire à la qualité de l’image acquise. Au contraire, l’aspiration peut entrainer une dilatation localisée au niveau de la portion du doigt à imager, améliorant la qualité de l’image. Par rapport au dispositif 100 de la , la solution proposée permet en outre d’augmenter la surface de contact entre le doigt et la couche de couplage acoustique 105. Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. La personne du métier comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d’autres variantes apparaîtront à la personne du métier. En particulier, les modes de réalisation décrits ne se limitent pas à l’exemple d’agencement du système d’aspiration 203 et du boîtier de protection 107 du dispositif représenté sur les figures 2A et 2B. Plus généralement, la personne du métier saura adapter l’agencement du système d’aspiration 203 et du boîtier de protection 107 en fonction de l’application considérée et du type d’objet à imager. En outre, les modes de réalisation décrits ne se limitent pas à l’exemple d’application mentionné ci-dessus à des dispositifs d’imagerie microvasculaire. A titre de variante, le système d’aspiration proposé peut être appliqué à des dispositifs d’acquisition d’empreintes digitales, pour faciliter le placement et le maintient en position du doigt pendant l’acquisition. Par ailleurs, les modes de réalisation décrits ne sont pas limités à des applications biométriques mais peuvent être adaptés à tout système d’imagerie ultrasonore de portions du corps humain ou animal, par exemple pour des applications médicales. En outre, les modes de réalisation décrits peuvent être appliqués à des dispositifs d’imagerie ultrasonore d’objets non vivants, par exemple pour des applications de contrôle non destructifs par ultrasons. La prévision du système d’aspiration motorisé permet alors de faciliter le placement et le maintient en position du dispositif d’acquisition en vis à vis de l’objet à imager. Enfin, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de la personne du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus. Dispositif d’imagerie ultrasonore (200) comportant un ensemble de transducteurs ultrasonores (101), une couche de couplage acoustique (105) revêtant ledit ensemble de transducteurs ultrasonores (101), et un système d’aspiration (203) adapté à exercer une force d’aspiration tendant à plaquer contre une surface supérieure de la couche de couplage (105) un objet à imager (111) disposé en vis à vis de la couche de couplage acoustique (105). Dispositif d’imagerie ultrasonore (200) selon la revendication 1, comprenant un boîtier de protection (107) comprenant une plaque supérieure (107a) située au-dessus de la couche de couplage acoustique (105), de façon qu’une cavité (201) sépare une face inférieure de la plaque supérieure (107a) du boîtier (107) de la face supérieure de la couche de couplage acoustique (105). Dispositif d’imagerie ultrasonore (200) selon la revendication 2, dans lequel ladite plaque supérieure (107a) présente une ouverture traversante (109) destinée à être placée en vis à vis de l’objet (111) à imager. Dispositif d’imagerie ultrasonore (200) selon la revendication 3, dans lequel ladite ouverture traversante (109) est située en vis à vis de l’ensemble (101) de transducteurs ultrasonores. Dispositif d’imagerie ultrasonore (200) selon l’une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel le système d’aspiration (203) est relié à ladite cavité (201) par un conduit hermétique. Dispositif d’imagerie ultrasonore (200) selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel le système d’aspiration (203) est configuré pour appliquer un vide au moins partiel dans la cavité pendant une phase d’acquisition d’une image ultrasonore, de façon à plaquer l’objet à imager (111) contre la face supérieure de la couche de couplage acoustique (105). Dispositif d’imagerie ultrasonore (200) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la couche de couplage acoustique (105) est en un matériau polymère. Dispositif d’imagerie ultrasonore (200) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le système d’aspiration comprend une pompe à vide. Utilisation d’un dispositif d’imagerie ultrasonore (200) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, pour l’acquisition d’images biométriques. Utilisation d’un dispositif d’imagerie ultrasonore (200) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, pour l’acquisition d’images médicales. Utilisation d’un dispositif d’imagerie ultrasonore (200) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, pour des applications de contrôle non destructif par ultrasons.