EP0069677B2 - Dispositif d'échographie ultrasonore à balayage sectoriel - Google Patents
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- EP0069677B2 EP0069677B2 EP82401291A EP82401291A EP0069677B2 EP 0069677 B2 EP0069677 B2 EP 0069677B2 EP 82401291 A EP82401291 A EP 82401291A EP 82401291 A EP82401291 A EP 82401291A EP 0069677 B2 EP0069677 B2 EP 0069677B2
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- transducers
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- delays
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- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
- G10K11/26—Sound-focusing or directing, e.g. scanning
- G10K11/34—Sound-focusing or directing, e.g. scanning using electrical steering of transducer arrays, e.g. beam steering
- G10K11/341—Circuits therefor
- G10K11/345—Circuits therefor using energy switching from one active element to another
Definitions
- the present invention relates to an ultrasonic pulse ultrasound probe and a device using such a probe and it finds a particularly important application in the medical field.
- Ultrasound B Deep exploration of an organ or anatomical structure (ultrasound B) frequently involves scanning.
- Ultrasound ultrasound devices have already been produced which provide both focusing and linear or sectoral scanning.
- sector scanning has the great advantage of authorizing the exploration of internal anatomical structures from a very small surface in contact with the skin. It allows in particular to visualize the functioning of the heart muscle using a probe placed so that the ultrasound beam passes between two successive ribs.
- the scanning can be carried out electronically or mechanically.
- fully satisfactory devices are known with linear scanning, using a bar comprising a number N of elementary transducers (certificate of addition already mentioned FR-B-2 355 288), the scanning is carried out by moving with each shot the group n of transducers used simultaneously with a distribution of delays or phases ensuring focusing at the required distance.
- the angular scanning by modification of the phase distribution applied to a group of transducers used for all directions leads to very complicated and high cost electronic technology.
- mechanical sector scanning devices using a rotary exploration head, they have the disadvantage of being generally much less reliable mechanically than purely electronic devices with fixed exploration head.
- Ultrasound devices are known in particular (FR-B-2 355 288, FR-A-2 292 978 FR-A-2 472 753) comprising a probe having a linear network of transducers and switching means providing focusing and scanning electronically.
- FR-B-2 355 288, FR-A-2 292 978 FR-A-2 472 753 comprising a probe having a linear network of transducers and switching means providing focusing and scanning electronically.
- FR-B-2 355 288, FR-A-2 292 978 FR-A-2 472 753 comprising a probe having a linear network of transducers and switching means providing focusing and scanning electronically.
- the present invention aims to provide a probe and an ultrasound ultrasound device which responds better than those previously known to the requirements of practice, in particular in that it makes it possible to carry out sectoral scanning in a simple and natural manner, associated with a focusing which can easily be carried out at a variable distance, that is to say of the type commonly called “pursuit”.
- the invention provides in particular a probe according to claim 1.
- the probe and the device defined above have many advantages: they have a great flexibility of operation, since they lend themselves perfectly to dynamic focusing; owing to the fact that the transducers are in the immediate vicinity of the medium to be explored, the density of the lines of exploration will exhibit less variation between surface and deep zones than in the case of flat or concavity probes facing the medium. Focusing by geometric or electronic means remains possible in the direction perpendicular to the plane of the line on which the transducers are distributed. The electronic means of implementation remain very simple, because the angular scanning is carried out automatically according to a sector having for center the axis of distribution of the elementary transducers. The electronics of the device make it possible to work successively with very different probes, in particular as regards the radius of the circle on which the transducers are distributed and the spacing of the transducers.
- This arrangement makes it possible to limit the number of first multiplexers to n, whatever the number N of transducers of the probe, which notably reduces the cost and makes it possible to adopt multiplexers having a high number of channels without however resulting in an excessive cost. It is thus easy to adopt a number a of channels and delays at least equal to 16, this number making it possible to fulfill the quality criteria required for medical applications.
- N and n they can be 160 and 40 respectively (figures which are rarely exceeded to constitute a lens).
- Each of the second multiplexers advantageously comprises a transmission element, ensuring the direct connection between said access and a transducer, and a reception element, ensuring the connection via a preamplifier between the transducer and the access of the first multiplexer and in that said elements are controlled by means synchronized with the transmission means so as to block the transmission element during the reception period and vice versa.
- the switching means can be limited to an address generator causing the implementation of a particular game.
- the switching means can also be provided to implement any one of several storage memories of different delay distributions at will.
- the invention requires carrying out a similar focusing using a probe of the kind shown in FIG. 1, comprising N elementary transducers 121, ..., 12 i ...., 12 N of which it will be assumed that n are used with each shot (n being equal to 7 in the illustrated case.
- the focusing at distance f0 of the ultrasonic energy radiated by the transducers distributed over a circle of radius R can be ensured by attacking the n transducers, from a source of common impulse, by means of appropriate delay members.
- FIG 1 there is shown schematically, downstream of a pulse amplifier 10 constituting the source of energy on transmission, a set of three delay lines 111, 112 and 113 providing increasing and suitable delays.
- the excitation pulse is applied directly to the two outermost transducers; via Figure 111 to the two adjdent transducers; via line 112 to the transducers framing the central transducer; and, via line 113, to the central transducer.
- the same delay combination allows focusing on reception, after which switching means (not shown) involve a group of n transducers offset from the first group to carry out the scanning.
- the distance F once determined. the distribution of delays to be adopted can be established by applying conventional formulas.
- This variation can be simulated approximately with a small number of delays.
- FIG. 2 shows, in dashed lines, the theoretical distribution of delays which would have to be achieved between the transducers as a function of their distance x from the center of the group for a parabolic law.
- the solid line curve shows the simulation of the law of variation with sampling at several levels of delays each separated by a constant interval ⁇ .
- the central transducer and the transducers of order 2, 3 and 4 on each side must receive the signal with maximum delay, the transducers of order 5 and 6 must receive it with a delay decreased by ⁇ , and so on.
- each metallized strip belonging to an elementary transducer can have a circular shape whose radius corresponds to the distance between the ceramic and the point N.
- Another solution consists in placing, in front of the elementary transducers, a lens, as illustrated in FIG. 4.
- the common ceramic may have the shape of a portion of cylinder.
- the lens will be convex if the speed of sound in its constituent material (for example hard synthetic elastomer) is lower than the speed of sound in tissue.
- This circuit is designed to be associated with a system of N transducers 121, ..., 12 i , ..., 12 N , excitable by pulse. It causes the excitation of n transducers 12 i at each exploration, with a determined distribution of delays: it applies for example the excitation signal with a maximum delay to the transducers of order 1, 2, 3 and 4. It causes a delay of ⁇ on the signal before application to transducers of order 5 and 6, and so on.
- the electronics which will now be described make it possible to use a number of transmit and receive multiplexers equal to n, therefore being able to be very much less than the total number N of transducers: it is thus possible, at a given cost, to use multiplexers with higher number of channels, sufficient to have a fine sampling, therefore a high focusing precision, and low side lobes.
- the electronics shown in Figure 5 are intended to be associated with a probe comprising N elementary transducers such as 12 i each associated with a switching circuit 80.
- Each of the first multiplexers 34 is used in association with several transducers offset by n. For example, the same multiplexer 34 will be associated with the transducers 12 i , 12 i + n , 12 i + 2n , 12 i + 3n in the embodiment envisaged.
- This first network of multiplexers which makes it possible to select one of the a delay channels supplied by the transmission means, which include a pilot clock 38, a generator 39 and a register 15, is connected to the corresponding transducers by a second network multiplexers, intended to address the transducers.
- Each of these second multiplexers comprises a transmission element 81 making it possible to establish a direct connection between the input-output access of the first corresponding multiplexer 34 and the circuit 80 of a transducer. It also includes a reception element 82 allowing the reception signal to pass in the other direction, towards the access of the associated multiplexer 34, through a preamplifier 33.
- the latter can be particularly neat, given that its cost will have little influence on that of the whole device, because it will suffice n preamplifiers for N transducers.
- the circuits directly associated with the transducers can be of simple constitution. They may in particular comprise a single active component on emission, constituted for example by a V MOS transistor which has the advantage of very quickly switching a high power, supplied by a voltage source -V, under the action of a low intensity control signal from the second multiplexer.
- the selection of the channel connected by the first network of multiplexers to the transducers is carried out on the basis of information carried by shift registers 35 which, in the case of the use of sixteen channels, may be registers with four times four binary elements.
- the clock 87 controlling the registers 35 will give a clock tick before each transmission and a stroke after each transmission.
- An initialization system is provided so that the clock 87 emits a sufficient number of strokes to position the information, taken from a storage means 37, in the first n registers 35.
- the first shot will be centered on the twentieth transducer of the bar.
- exploration can be started without waiting to have loaded the entire "lens" into the registers.
- the second network of multiplexers is associated with a common command generator 88 which, for each shot, issues a common command 89 which releases the element 81 for a short period of time tightly framing the group of logic control and transmission signals. element 82 during the additional time.
- the selection of the transducers supplied by the second network of multiplexers is ensured by information with two binary elements conveyed by shift registers 90 in cascade. This information with two binary elements is produced for each frame by a counter 91 which divides the number of clock strokes by 40. The advance is ensured by a clock (not shown) which provides one stroke for four clock strokes 87
- the other elementary electronics circuits can be relatively conventional and include a delay correction reception circuit 62 (constituted for example by a multiple tap delay line) and a processing circuit. of the signal 25 attacking a display or storage system 57.
- the device according to the invention is directly transposable from any existing system with electronic focusing and scanning, at the cost of a simple modification of the law of variation of the delay or of the phase shift; it uses a reduced number of different delays or phase shifts; sector scanning is obtained in a perfectly natural way thanks to the shape of the probe.
- the difference in density of the scanning lines between the surface area and the deep area of the organ to be explored is reduced, because there is no convergence of a beam at the point of entry into the organ.
- the acoustic field produced by the device according to the invention does not depend on the angle of observation relative to the median plane.
- experience shows that the convex shape of the probe does not constitute a handicap for good contact with the skin.
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Description
- La présente invention a pour objet une sonde d'échographie impulsionnelle ultrasonore et un dispositif utilisant une telle sonde et elle trouve une application particulièrement importante dans le domaine médical.
- On connaît déjà de très nombreux dispositifs d'échographie ultrasonore permettant d'explorer un organe ou une structure anatomique interne. Parmi ces dispositifs, beaucoup assurent une focalisation à une profondeur déterminée, correspondant à une zone à examiner, à l'émission et/ou à la réception. Cette focalisation est assurée par voie électronique ou optique. Dans le premier cas, on utilise généralement des lignes à retard ou des éléments de déphasage (certificat d'addition FR-B-2 355 288). On arrive ainsi, en n'utilisant que quelques éléments fournissant des déphasages ou des retards discrets, à approcher une répartition qui correspondrait à une focalisation rigoureuse.
- L'exploration en profondeur d'un organe ou d'une structure anatomique (échographie B) implique fréquemment un balayage. On a déjà réalisé des dispositifs d'échographie ultrasonore qui assurent à la fois une focalisation et un balayage linéaire ou sectoriel. Dans le cas d'applications médicales, le balayage sectoriel a le gros avantage d'autoriser l'exploration de structures anatomiques internes à partir d'une très faible surface de contact avec la peau. Il permet en particulier de visualiser le fonctionnement du muscle cardiaque à l'aide d'une sonde placée de façon que le faisceau ultrasonore passe entre deux côtes successives.
- Le balayage peut être effectué par voie électronique ou par voie mécanique. En particulier, on connaît des dispositifs pleinement satisfaisants à balayage linéaire, utilisant une barrette comportant un nombre N de transducteurs élémentaires (certificat d'addition déjà mentionné FR-B-2 355 288), le balayage s'effectue en déplaçant à chaque tir le groupe n de transducteurs utilisés simultanément avec une répartition de retards ou de phases assurant la focalisation à la distance requise. Par contre, le balayage angulaire par modification de la répartition des phases appliqué à un groupe de transducteurs utilisés pour toutes les directions (brevet US 4 070 905) conduit à une technologie électronique très compliquée et de coût élevé. Quant aux dispositifs à balayage sectoriel mécanique, utilisant une tête d'exploration rotative, ils ont l'inconvénient d'être en général beaucoup moins fiables sur le plan mécanique que les dispositifs purement électroniques à tête d'exploration fixe.
- On connaît en particulier des dispositifs d'échographie (FR-B-2 355 288, FR-A-2 292 978 FR-A-2 472 753) comportant une sonde ayant un réseau linéaire de transducteurs et des moyens de commutation réalisant une focalisation et un balayage par voie électronique. Mais ils ne suggèrent nullement de s'écarter de la disposition classique de balayage sectoriel, utilisant une sonde dont les transducteurs sont disposés sur une surface cylindrique dont la concavité est dirigée vers l'organe à explorer.
- Cette solution présente divers inconvénients. Elle conduit à une sonde volumineuse et complexe et se prête mal à une focalisation par voie électronique.
- La présente invention vise à fournir une sonde et un dispositif d'échographie ultrasonore répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'elle permet de réaliser un balayage sectoriel de façon simple et naturelle, associé à une focalisation qui peut aisément être réalisée à distance variable, c'est-à-dire du type couramment dénommé «poursuite».
- Dans ce but, l'invention propose notamment une sonde selon la revendication 1.
- Il s'agit là d'une disposition qui s'oppose totalement à celle où les transducteurs sont disposés suivant une ligne dont la concavité est tournée vers l'organe à explorer. On pourrait croire que, dans ce dernier cas, la disposition des transducteurs conduit à une focalisation quasi automatique. En fait, il y a bien au contraire une divergence obligatoire, du fait que le faisceau ultrasonore ne pénètre dans l'organe à explorer qu'au-delà de sa zone de focalisation, que la géométrie même de la sonde impose de ne pas faire varier (FR-A-2 334 117).
- La sonde et le dispositif définis ci-dessus présentent de nombreux avantages: ils ont une grande souplesse de fonctionnement, puisqu'ils se prêtent parfaitement à une focalisation dynamique; du fait que les transducteurs sont à proximité immédiate du milieu à explorer, la densité des lignes d'exploration présentera une moindre variation entre zone superficielles et zones profondes que dans le cas des sondes planes ou à concavité tournée vers le milieu. La focalisation par des moyens géométriques ou électroniques reste possible dans le sens perpendiculaire au plan de la ligne sur laquelle sont répartis les transducteurs. Les moyens électroniques de mise en oeuvre restent très simples, du fait que le balayage angulaire s'effectue automatiquement suivant un secteur ayant pour centre l'axe de répartition des transducteurs élémentaires. L'électronique du dispositif permet de travailler successivement avec des sondes très différentes, notamment en ce qui concerne le rayon du cercle sur lequel sont répartis les transducteurs et l'écartement des transducteurs.
- On peut remarquer au passage que l'on connaît des systèmes d'écoute sous-marine comportant des hydrophones répartis suivant une courbe, et permettant une exploration angulaire. Mais il s'agit là d'une technologie extrêmement différente de celle envisagée ici, où les hydrophones sont entourés par le milieu à explorer et travaillent dans des conditions totalement différentes. (DE-A-2 064 588 et FR-A-1 569 897).
- Il apparaît en fait que la solution proposée par l'invention a jusqu'ici été écartée par l'homme de l'art du fait qu'en apparence elle va à l'encontre de la focalisation qui est recherchée pour assurer une bonne définition latérale, la répartition suivant une surface convexe tendant à fournir ou à recueillir l'énergie dans un faisceau d'autant plus divergent que les transducteurs élémentaires sont répartis suivant un cercle de faible rayon. L'inventeur a dû, pour arriver à la solution proposée, prendre le contrepied d'une telle attitude en étendant à une telle répartition de transducteurs élémentaires les techniques de focalisation utilisées notamment dans le cas de barrettes planes de transducteurs.
- Cette similitude des techniques de focalisation fait que la même électronique peut, au prix de modifications simples de composants ou de logiciel, être indifféremment utilisée avec une sonde classique à balayage linéaire ou avec une sonde à balayage sectoriel du genre défini plus haut, ce qui constitue un avantage décisif sur les dispositifs classiques. En effet, pour un coût presque inchangé, on double pratiquement les possibilités d'application d'un dispositif.
- Les moyens commutateurs comprennent avantageusement :
- des moyens de retard fournissant, sur a voies différentes, à partir d'une même impulsion provenant des moyens d'émission, a impulsions ayant des retards différents,
- n premiers multiplexeurs permettant chacun de relier temporairement une des a voies à un accès d'entrée-sortie du multiplexeur,
- et n seconds multiplexeurs dont chacun est interposé entre l'accès d'un premier multiplexeur correspondant et plusieurs des N transducteurs qui sont décalés de n, chaque second multiplexeur permettant de relier un des transducteurs aux premiers multiplexeurs pendant le temps nécessaire à une émission et à la réception correspondante.
- Cette disposition permet de limiter le nombre des premiers multiplexeurs à n, quel que soit le nombre N de transducteurs de la sonde, ce qui réduit notablement le coût et permet d'adopter des multiplexeurs présentant un nombre a élevé de voies sans pour autant aboutir à un coût excessif. On peut ainsi adopter facilement un nombre a de voies et de retards au moins égal à 16, ce nombre permettant de remplir les critères de qualité requis pour les applications médicales. Quant aux nombres N et n, ils peuvent respectivement être de 160 et de 40 (chiffres qui sont rarement dépassés pour constituer une lentille).
- Chacun des deuxièmes multiplexeurs comporte avantageusement un élément d'émission, assurant la liaison directe entre ledit accès et un transducteur, et un élément de réception, assurant la liaison par l'intermédiaire d'un préamplificateur entre le transducteur et l'accès du premier multiplexeur et en ce que lesdits éléments sont commandés par des moyens synchronisés avec les moyens d'émission de façon à bloquer l'élément d'émission pendant la période de réception et réciproquement.
- Grâce à cette disposition, on utilise des trajets différents à l'émission et à la réception, de sorte que l'on peut donner au préamplificateur un gain élevé sans risquer de réagir sur l'émission. Les signaux reçus à faible niveau sont ainsi portés à un niveau suffisant très tôt dans des préamplificateurs qui peuvent être de qualité et à très faible bruit sans incidence excessive sur le coût, puisque leur nombre est réduit par rapport à celui des transducteurs.
- On peut prévoir dans le dispositif plusieurs jeux de seconds multiplexeurs et d'éléments d'émission et de réception adaptés à des types différents de sondes, ainsi que des moyens de commutation. Ces derniers permettent de mettre en oeuvre l'un ou l'autre des jeux suivant la sonde utilisée. Les moyens commutateurs peuvent se limiter à un générateur d'adresse provoquant la mise en oeuvre d'un jeu particulier. Les moyens commutateurs peuvent également être prévus pour mettre en oeuvre à volonté l'une quelconque de plusieurs mémoires de stockage de répartitions différentes de retard.
- L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels:
- la figure 1 montre la disposition de principe de n transducteurs élémentaires dans une sonde de mise en oeuvre de l'invention,
- la figure 2 est un diagramme montrant la répartition des retards constants à réaliser sur les transducteurs répartis à intervalles angulaires égaux pour assurer la focalisation à une distance déterminée,
- la figure 3 est une vue en perspective montrant une constitution possible de tête permettant de réaliser une double focalisation avec balayage sectoriel,
- la figure 4 est une vue schématique en coupe de la tête montrant une seconde disposition permettant de réaliser une focalisation dans un plan perpendiculaire au plan de balayage,
- la figure 5 est un schéma de principe d'un circuit permettant de mettre en oeuvre l'invention, en association avec une sonde du genre montré en figure 3.
- Comme l'indique déjà la demande de certificat d'addition publiée sous le FR-B-2 355 288, déjà mentionnée, et la demande de brevet n° FR-A-2 492 982 auxquelles on pourra se reporter, on peut réaliser une focalisation à l'émission ou à la réception au droit du groupe de n transducteurs répartis suivant une direction x′-x à une distance f₀ d'un segment de droite sur lequel sont répartis les n transducteurs élémentaires, en utilisant une répartition de retards entre les transducteurs en fonction de l'abscisse x à partir du centre 0 du groupe de transducteurs.
- L'invention exige de réaliser une focalisation similaire à l'aide d'une sonde du genre montré en figure 1, comportant N transducteurs élémentaires 12₁,..., 12i...., 12N dont on supposera que n sont utilisés à chaque tir (n étant égal à 7 dans le cas illustré. La focalisation à distance f₀ de l'énergie ultrasonore rayonnée par les transducteurs répartis sur un cercle de rayon R peut être assurée en attaquant les n transducteurs, à partir d'une source d'impulsion commune, par l'intermédiaire d'organes de retard appropriés. Les retards à utiliser sont sensiblement les mêmes que ceux nécessaires pour focaliser l'énergie de transducteurs répartis suivant une barrette linéaire à distance F, F étant reliée R et à f₀ par la formule :
- Sur la figure 1, on a représenté schématiquement, en aval d'un amplificateur d'impulsion 10 constituant la source d'énergie à l'émission, un jeu de trois lignes à retard 11₁, 11₂ et 11₃ fournissant des retards croissants et convenables. L'impulsion d'excitation est appliquée directement aux deux transducteurs situés le plus à l'extérieur; par l'intermédiaire de la figure 11₁ aux deux transducteurs ajdacents; par l'intermédiaire de la ligne 11₂ aux transducteurs encadrant le transducteur central; et, par l'intermédiaire de la ligne 11₃, au transducteur central.
- La même combinaison de retard permet une focalisation à la réception, après quoi des moyens de commutation (non représentés) font intervenir un groupe de n transducteurs décalés du premier groupe pour réaliser le balayage.
- La distance F une fois déterminée. la répartition des retards à adopter peut être établie par application de formules classiques.
-
- Cette variation peut être simulée de façon approchée avec un petit nombre de retards.
- De façon similaire, on peut réaliser une focalisation à l'émission ou à la réception en affectant aux transducteurs élémentaires 12i des retards échelonnés suivant une loi qui se rapprochera de la loi théorique correspondant à une répartition cylindrique. La figure 2 montre, en tirets, la répartition théorique de retards qui serait à réaliser entre les transducteurs en fonction de leur distance x à partir du centre du groupe pour une loi parabolique. La courbe en trait plein montre la simulation de la loi de variation avec un échantillonnage à plusieurs niveaux de retards séparés chacun d'un intervalle constant τ. Dans le mode de réalisation illustré en figure 2, on voit que le transducteur central et les transducteurs d'ordre 2, 3 et 4 de chaque côté devront recevoir le signal avec un retard maximum, les transducteurs d'ordre 5 et 6 devront le recevoir avec un retard diminué de τ, et ainsi de suite.
- Avant de passer à la description d'un circuit particulier permettant de mettre en oeuvre l'invention, il faut souligner que la disposition convexe des transducteurs élémentaires montrée en figure 1 laisse toute liberté en ce qui concerne la focalisation dans un plan perpendiculaire au plan du balayage. Dans le mode de réalisation de la tête montrée en figure 3, cette focalisation est assurée en un point N (qui peut être différent du point M de focalisation dans l'autre plan) en donnant à la génératrice de la céramique piézoélectrique 14 commune à tous les transducteurs une forme concave. En particulier, chaque bande métallisée appartenant à un transducteur élémentaire peut avoir une forme circulaire dont le rayon correspond à la distance entre la céramique et le point N.
- Une autre solution consiste à placer, devant les transducteurs élémentaires, une lentille, comme illustré sur la figure 4. Dans le cas, la céramique commune peut avoir la forme d'une portion de cylindre. La lentille sera convexe si la vitesse du son dans son matériau constitutif (par exemple élastomère de synthèse dur) est inférieure à la vitesse du son dans les tissus.
- On décrira maintenant, en faisant référence à la figure 5, un circuit permettant de réaliser une focalisation électronique à distance F, à l'aide d'un échelonnement de retard à l'émission et à la réception du genre montré en figure 2, ainsi qu'un balayage. Ce circuit est prévu pour être associé à un système de N transducteurs 12₁, ..., 12i,..., 12N, excitables par impulsion. Il provoque à chaque exploration l'excitation de n transducteurs 12i, avec une répartition de retards déterminée: il applique par exemple le signal d'excitation avec un retard maximum aux transducteurs d'ordre 1, 2, 3 et 4. Il provoque un retard de τ sur le signal avant application aux transducteurs d'ordre 5 et 6, et ainsi de suite.
- L'électronique qui sera maintenant décrite permet d'utiliser un nombre de multiplexeurs d'émission et de réception égal à n, donc pouvant être très largement inférieur au nombre total N de transducteurs: on peut ainsi, à coût donné, utiliser des multiplexeurs à nombre de voies supérieur, suffisant pour avoir un échantillonnage fin, donc une précision de focalisation élevée, et des lobes latéraux peu importants.
- L'électronique montrée en figure 5 est destinée à être associée à une sonde comportant N transducteurs élémentaires tels que 12i associés chacun à un circuit d'aiguillage 80.
- L'électronique comporte un premier réseau de multiplexeurs 34 en nombre n égal, non pas au nombre total N des transducteurs de la barrette, mais au nombre des n transducteurs intervenant lors d'un tir, c'est-à-dire constituant une lentille électronique. Dans la pratique, on ne dépassera jamais n = 40 pour une barrette de N = 160 éléments, soit le quart du réseau total. Chacun des premiers multiplexeurs 34 est utilisé en association avec plusieurs transducteurs décalés de n. Par exemple, un même multiplexeur 34 sera associé aux transducteurs 12i, 12i+n, 12i+2n, 12i+3n dans le mode de réalisation envisagé. Ce premier réseau de multiplexeurs, qui permet de sélectionner l'une des a voies de retard alimentées par les moyens d'émission, qui comprennent une horloge pilote 38, un générateur 39 et un registre 15, est relié aux transducteurs correspondants par un second réseau de multiplexeurs, destinés à effectuer l'adressage des transducteurs. Chacun de ces seconds multiplexeurs comprend un élément d'émission 81 permettant d'établir une liaison directe entre l'accès d'entrée-sortie du premier multiplexeur correspondant 34 et le circuit 80 d'un transducteur. Il comporte également un élément de réception 82 permettant au signal de réception de transiter dans l'autre sens, vers l'accès du multiplexeur 34 associé, à travers un préamplificateur 33. Ce dernier peut être particulièrement soigné, étant donné que son coût influera peu sur celui de l'ensemble du dispositif, car il suffira de n préamplificateurs pour N transducteurs.
- Quant aux circuits directement associés aux transducteurs, ils peuvent être de constitution simple. Ils peuvent notamment comporter un seul composant actif à l'émission, constitué par exemple par un transistor V MOS qui présente l'avantage de commuter très rapidement une puissance élevée, fournie par une source à tension -V, sous l'action d'un signal de commande de faible intensité provenant du second multiplexeur.
- La sélection de la voie reliée par le premier réseau de multiplexeurs aux transducteurs s'effectue à partir d'une information véhiculée par des registres à décalage 35 qui, dans le cas de l'utilisation de seize voies, pourront être des registres à quatre fois quatre éléments binaires.
- Chacun des registres 35 est affecté à un premier multiplexeur à a = seize voies 34; un second registre est affecté à chaque multiplexeur, de sorte que l'ensemble des commutations est réalisé par un nombre de circuits élémentaires 84 (cadre en traits mixtes sur la figure 5) égal à n = = 40 seulement. Il faut remarquer que le passage d'un groupe de n = 40 transducteurs au groupe suivant s'effectue progressivement par recirculation de l'information dans les registres 35, comme indiqué par la ligne à plusieurs voies 85, et un recirculateur 86, constitué par un sélecteur sur la figure 5.
- En prévoyant, pour chaque registre, quatre jeux de quatre éléments binaires, on peut effectuer le balayage suivant un nombre de lignes d'émission et de réception double du nombre de transducteurs, en prévoyant les quatre configurations successives suivantes:
- 1. Configuration de lentille d'émission à nombre pair de transducteurs (40 par exemple).
- 2. Lentille de réception correspondant à la lentille d'émission à 40 transducteurs.
- 3. Configuration de lentille d'émission décalée d'un demi-transducteur par rapport à la précédente, utilisant un nombre impair de transducteurs (par exemple 39).
- 4. Configuration de lentille de réception correspondant à la configuration d'émission à nombre impair de transduteurs.
- L'horloge 87 commandant les registres 35 donnera un coup d'horloge avant chaque émission et un coup après chaque émission. Un système d'initialisation est prévu pour que l'horloge 87 émette un nombre de coups suffisant pour positionner l'information, prélevée dans un moyen de mémorisation 37, dans les n premiers registres 35.
- Dans ce cas particulier, le premier tir sera centré sur le vingtième transducteur de la barrette. On peut toutefois commencer l'exploration sans attentre d'avoir chargé dans les registres la totalité de «la lentille».
- Le second réseau de multiplexeurs est associé à un générateur 88 de commande commune qui, pour chaque tir, émet une commande commune 89 qui débloque l'élément 81 pendant un court laps de temps encadrant étroitement le groupe de signaux logiques de commande d'émission et l'élément 82 pendant le temps complémentaire. La sélection des transducteurs alimentés par le second réseau de multiplexeurs est assurée par une information à deux éléments binaires véhiculée par des registres à décalage 90 en cascade. Cette information à deux éléments binaires est fabriquée pour chaque trame par un compteur 91 qui divise le nombre de coups d'horloge par 40. L'avance est assurée par une horloge (non représentée) qui fournit un coup pour quatre coups d'horloge 87. Les autres circuits élémentaires de l'électronique dont le synoptique est montré en figure 5 peuvent être relativement classiques et comporter un circuit de réception à correction des retards 62 (constitué par exemple par une ligne à retard à prises multiples) et un circuit de traitement du signal 25 attaquant un système de visualisation ou de mémorisation 57.
- On voit que le dispositif suivant l'invention est directement transposable à partir de n'importe quel système existant à focalisation et balayage électronique, au prix d'une simple modification de la loi de variation du retard ou du déphasage; il utilise un nombre réduit de retards ou de déphasages différents; le balayage sectoriel est obtenu de façon parfaitement naturelle grâce à la forme de la sonde. La différence de densité des lignes de balayage entre la zone superficielle et la zone profonde de l'organe à explorer est réduite, du fait qu'il n'y a pas convergence d'un faisceau au niveau du point d'entrée dans l'organe. Contrairement à ce qui se passe dans les dispositifs à balayage sectoriel électronique à l'aide d'une barrette de transducteurs plane existant antérieurement, le champ acoustique produit par le dispositif suivant l'invention ne dépend pas de l'angle d'observation par rapport au plan médian. Enfin, I'expérience montre que la forme convexe de la sonde ne constitue aucunement un handicap pour un bon contact avec la peau.
Claims (4)
- Dispositif d'échographie ultrasonore utilisé en contact avec la peau pour l'exploration d'un organe ou d'une structure anatomique interne, comprenant :- une sonde ayant un réseau linéaire de N transducteurs élémentaires identiques (12₁, ..., 12N) répartis à intervalles égaux le long d'une ligne de balayage circulaire dont la convexité est tournée vers ledit organe ou structure anatomique à explorer ;- des moyens de retard (15) permettant de fournir, sur a voies différentes, à partir d'une même impulsion émise par des moyens d'émission, à impulsions retardées de temps τ et multiples de τ ;- des moyens (37) pour stocker au moins une répartition de retards, parmi les a retards, sur n transducteurs successifs (n étant inférieur à N), ces retards étant égaux aux différences entre temps de parcours relatifs aux divers transducteurs tels qu'ils correspondent à une exploration à distance déterminée ;- des moyens commutateurs (34,35,82) permettant de relier temporairement un groupe de n transducteurs aux moyens de retard ou à des moyens de réception (62) des signaux avec des retards correspondant à ladite répartition stockée et de décaler le groupe de n transducteurs de façon à réaliser un balayage sectoriel autour de l'axe de ladite ligne circulaire qui est situé hors dudit organe ou structure anatomique à explorer ;- ladite répartition de retards étant prévue pour assurer une exploration sur le rayon correspondant au point médian du groupe de n transducteurs considéré, à une distance déterminée à l'intérieur de l'organe ou structure anatomique à explorer et à l'extérieur de la ligne circulaire, et- lesdits moyens commutateurs ayant
n premiers multiplexeurs (34) permettant chacun de relier temporairement une des a voies à un accès d'entrée-sortie du multiplexeur, et
n seconds multiplexeurs (81,82) dont chacun est interposé entre l'accès d'un premier multiplexeur correspondant et plusieurs des N transducteurs, qui sont décalés de n, chaque second multiplexeur permettant de relier un seul transducteur au premier multiplexeur correspondant pendant le temps nécessaire à une émission et à la réception correspondante. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des deuxièmes multiplexeurs comporte un élément d'émission (81), assurant la liaison directe entre ledit accès et un transducteur, et un élément de réception (82) assurant la liaison par l'intermédiaire d'un préamplificateur (33) entre le transducteur et l'accès du premier multiplexeur (34) et en ce que lesdits éléments sont commandés par des moyens (88,89) synchronisés avec les moyens d'émission de façon à bloquer l'élément d'émission pendant la période de réception et réciproquement.
- Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens destinés à relier les transducteurs commandent des amplificateurs associés chacun à un transducteur (12i), à partir de l'impulsion apparue sur la voie appropriée, sélectionnée par les moyens de mémorisation (37).
- Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'elle comporte un seul jeu de n premiers multiplexeurs et plusieurs jeux de seconds multiplexeurs et d'éléments d'émission réception, chacun adapté à un type différent de sonde, et des moyens de commutation électroniques permettant de mettre en oeuvre l'un ou l'autre desdits jeux suivant la sonde utilisée.
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