EP0160580B1 - Sonde d'échographie à disque piézoélectrique oscillant solidaire d'une membrane déformable formant lentille de focalisation - Google Patents

Sonde d'échographie à disque piézoélectrique oscillant solidaire d'une membrane déformable formant lentille de focalisation Download PDF

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EP0160580B1
EP0160580B1 EP19850400328 EP85400328A EP0160580B1 EP 0160580 B1 EP0160580 B1 EP 0160580B1 EP 19850400328 EP19850400328 EP 19850400328 EP 85400328 A EP85400328 A EP 85400328A EP 0160580 B1 EP0160580 B1 EP 0160580B1
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EP
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lens
liquid
membrane
piezoelectric element
transducer
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EP19850400328
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Jacques Dory
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EDAP International SA
Original Assignee
EDAP International SA
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods 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
    • G10K11/18Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
    • G10K11/26Sound-focusing or directing, e.g. scanning
    • G10K11/35Sound-focusing or directing, e.g. scanning using mechanical steering of transducers or their beams
    • G10K11/352Sound-focusing or directing, e.g. scanning using mechanical steering of transducers or their beams by moving the transducer
    • G10K11/355Arcuate movement
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00Methods 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
    • G10K11/18Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
    • G10K11/26Sound-focusing or directing, e.g. scanning
    • G10K11/30Sound-focusing or directing, e.g. scanning using refraction, e.g. acoustic lenses

Definitions

  • the invention relates to ultrasound probes comprising a transducer composed of a housing containing a coupling liquid and provided with a window for the passage of an ultrasonic beam, in which a piezoelectric element is immersed, preferably in the form of disc, an electric motor and a mechanical link transforming the rotation of the motor shaft into an oscillating movement of the piezoelectric element.
  • probes are used in medical ultrasound devices where the ultrasonic beam generated by the piezoelectric element performs relatively rapid planar angular scanning.
  • French patent applications No. 80.16717 filed July 29, 1980 for "Sector scanning ultrasound probe comprising two coupling liquids” (corresponds to EP-A-45 265) and No. 80.16718 filed July 29, 1980 for "Probe of mechanical sector scanning ultrasound "(FR-A-2 487 665) probes of this type have been described, comprising a particularly simple and advantageous mechanical connection. Although the invention will preferably apply to probes comprising this special mechanical connection, it should be understood that its application could be more general.
  • the invention aims to overcome this drawback by constituting the lens, in a manner known per se, by means of a deformable membrane secured to the movable piezoelectric element to constitute with it a chamber containing a refractive index liquid. for the acoustic waves different from that of the coupling liquid, and by having a flexible mobile portion comprising the pipe which connects said mobile chamber to a fixed reservoir of liquid, itself associated with means for varying the volume of the liquid which 'it contains.
  • FIG. 1 the combination of a plane transducer adjustable in inclination and in azimuth with a fixed lens.
  • the lens is produced on one face of the plane transducer itself.
  • the curvature of the lens is varied by bringing a variable volume of liquid by means of a fixed pipe 7.
  • the plane-lens transducer assembly rotates about an axis, but the way in which the liquid supply pipe for adjustment is then carried out to allow this rotation is not not described at all.
  • the membrane 11 which constitutes the ultrasound exit window is flat and does not constitute a lens.
  • the lens is arranged in a plane perpendicular to the axis of rotation and the scanning is therefore carried out in a plane parallel to the ultrasonic exit window.
  • the scanning is helical and the lens is fixed. In fact, it is mainly an adjustment which is provided rather than a sweeping movement.
  • the present invention applies exclusively to the case of a sectoral scanning ultrasound probe.
  • Mechanical sector scanning ultrasound probes well known per se, are very simple to produce and it is particularly advantageous to be able to give them the possibilities of focusing adjustments.
  • the relatively rapid oscillation of the transducer disc does not exclude the possibility of forming a lens on said disc itself, this requires finding a practical means of varying the curvature of the membrane of said lens, although this it oscillates quickly.
  • FIG. 1 illustrates an adjustment means, but where this means is associated with a fixed lens.
  • the invention according to the single claim combines such a means with the characteristic that the ultrasonic transmission window is itself hemispherical and thus forming a second lens (which is very advantageous when it is desired to obtain very precise focusing), the axis of oscillation of the transducer disc is offset from the plane of the disc, so as to pass it through the center of the hemisphere. It is indeed only in this way that the focal point of the assembly of the two lenses remains the same during the oscillation of the disc.
  • the cylindrical housing 1 which contains a coupling liquid is closed by a spherical membrane 2 transparent to ultrasound and relatively rigid.
  • a piezoelectric ceramic disc 3 is mounted so as to oscillate around an axis XX 'passing through the center of the sphere 2 and perpendicular to the plane of the figure.
  • Such an arrangement can be obtained by means of a device of the type described in the aforementioned French patent, and which is shown diagrammatically in FIG. 2.
  • the drive shaft 31 drives, by means of a rod 32 which rotates in a plane perpendicular to the shaft 31, an inclined link 33 whose opposite end, located on the axis of the shaft 31, cooperates with a yoke 34 in the center of it.
  • the yoke 34 is also connected to the ends of a first diameter of a disc 35 (which has been shown hollowed out in the form of a cross to lighten it).
  • the disc 35 oscillates around a second diameter perpendicular to the first, bearings being provided at the ends of this second diameter to define a fixed axis XX 'of oscillation.
  • a rod 36 mounted perpendicular to the surface of the disc 35 in its center, carries at its opposite end the disc 3 which will undergo an oscillating movement around the axis XX 'offset from its plane.
  • the disc 3 carries on its face opposite the membrane 2 a flexible membrane 4 and the chamber in the form of a spherical cap thus defined is connected by a flexible pipe 5 (advantageously made of plastic) which moves in the hemisphere 2.
  • the movable pipe 5 is connected to a fixed pipe 6 which passes through the cylindrical casing 1 and leads, outside of the latter, to a bellows 7 containing a liquid whose index, with respect to the acoustic waves, is different from that of the coupling liquid.
  • a lens 4 has thus been formed.
  • the coupling liquid itself has a higher index than that of the tissues examined, so that the hemisphere 2 forms a converging lens.
  • the relative position of the surfaces of the two lenses located close to one another and facing each other remains constant, so that the focal point of the assembly is located at a constant distance from the center of the sphere and the ultrasonic emission surface.
  • Such a device is easy and completely reliable in its operation, even when the transducer oscillates at a relatively high frequency.
  • window 2 water as coupling liquid, without departing from the spirit of the invention.
  • Window 2 is not necessarily spherical when it does not form a lens.

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Description

  • L'invention se rapporte aux sondes d'échographie comportant un transducteur composé d'un boîtier contenant un liquide de couplage et muni d'une fenêtre de passage d'un faisceau ultrasonore, dans lequel sont immergés un élément piézoélectrique, de préférence en forme de disque, un organe moteur électrique et une liaison mécanique transformant la rotation de l'arbre du moteur en mouvement oscillant de l'élément piézoélectrique.
  • Ces sondes sont utilisées dans les appareils d'échographie médicale où le faisceau ultrasonore engendré par l'élément piézoélectrique effectue un balayage angulaire plan relativement rapide. Dans les demandes de brevet français n° 80.16717 déposée le 29 juillet 1980 pour "Sonde d'échographie à balayge sectoriel comportant deux liquides de couplage" (corresponde à EP-A-45 265) et n° 80.16718 déposée le 29juillet 1980 pour "Sonde d'échographie à balayage sectoriel mécanique" (FR-A-2 487 665), on a décrit des sondes de ce genre, comportant une liaison mécanique particulièrement simple et avantageuse. Bien que l'invention s'appliquera de préférence aux sondes comportant cette liaison mécanique spéciale, il doit être bien compris que son application pourrait être plus générale.
  • Dans certaines applications, il est souhaitable de pouvoir focaliser le faisceau ultrasonore émis par la sonde à distance variable et avec une précision aussi grande que possible, pour obtenir la "mise au point" dans une zone d'examen particulière. Il est connu, à cet effet, de fermer la fenêtre de passage susvisée au moyen d'une membrane convexe formant lentille acoustique lorsque le liquide contenu dans le boîtier présente, en ce qui concerne la vitesse de propagation des ultrasons, des propriétés différentes de celles de l'eau qui constitue l'élément principal des tissus observés. On peut évidemment obtenir une focalisation variable en faisant varier la courbure de la membrane par différents moyens.
  • L'inconvénient de cette solution antérieure est que la distance focale varie légèrement au cours du balayage ; ce qui sera une cause d'astigmatisme.
  • L'invention vise à s'affranchir de cet inconvénient en constituant la lentille, de façon connue en soi, au moyen d'une membrane déformable solidarisée à l'élément piézoélectrique mobile pour constituer avec lui une chambre contenant un liquide d'indice de réfraction pour les ondes acoustiques différent de celui du liquide de couplage, et en faisant comporter une portion mobile souple à la canalisation qui relie ladite chambre mobile à un réservoir fixe de liquide, lui-même associé à des moyens de faire varier le volume du liquide qu'il contient.
  • On a déjà proposé, selon WO-A-82 04 157, figure 1, la combinaison d'un transducteur plan réglable en inclinaison et en azimut avec une lentille fixe. Selon la figure 3, la lentille est réalisée sur une face du transducteur plan lui-même. Selon la figure 1, on fait varier la courbure de la lentille en amenant un volume variable de liquide au moyen d'une conduite fixe 7.
  • Dans le mode d'exécution de la figure 4, l'ensemble transducteur plan-lentille tourne autour d'un axe, mais la manière dont la conduite d'amenée du liquide en vue du réglage est alors réalisée pour autoriser cette rotation n'est nullement décrite.
  • Dans tous les cas de figure, la membrane 11 qui constitue la fenêtre de sortie des ultrasons est plane et ne constitue pas une lentille.
  • Ce document antérieur ne décrit aucun moyen pratique de faire osciller la lentille autour d'un axe pour effectuer un balayage sectoriel. Selon la figure 4, la lentille est disposée dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation et le balayage s'effectue donc dans un plan parallèle à la fenêtre de sortie des ultrasons. Selon la figure 1, le balayage est hélicoïdal et la lentille est fixe. En fait, c'est surtout un réglage qui est prévu plutôt qu'un mouvement de balayage.
  • La présente invention s'applique exclusivement au cas d'une sonde d'échographie à balayage sectoriel. Les sondes d'échographie à balayage sectoriel mécanique, bien connues en soi, sont très simples à réaliser et il est particulièrement intéressant de pouvoir leur conférer les possibilités de focalisation réglages. Or si l'oscillation relativement rapide du disque transducteur n'exclut pas que l'on forme une lentille sur ledit disque lui-même, cela oblige à trouver un moyen pratique de faire varier la courbure de la membrane de ladite lentille bien que celle-ci oscille rapidement. Un tel moyen n'est pas décrit dans le document cité, où seule la figure 1 illustre un moyen de réglage, mais où ce moyen est associé à une lentille fixe.
  • L'invention selon la seule revendication combine un tel moyen à la caractéristique selon laquelle la fenêtre de transmission des ultrasons étant elle-même hémisphérique et formant ainsi une seconde lentille (ce qui est très avantageux lorsqu'on désire obtenir une focalisation très précise), l'axe d'oscillation du disque transducteur est décalé par rapport au plan du disque, de façon à le faire passer par le centre de la demi-sphère. C'est en effet seulement de cette façon que le point focal de l'ensemble des deux lentilles reste le même au cours de l'oscillation du disque.
  • D'autres particularités, ainsi que les avantages de l'invention, apparaîtront clairement à la lumière de la description ci après.
  • Au dessin annexé :
    • La figure 1 illustre schématiquement un mode d'exécution préféré de l'invention, et,
    • La figure 2 représente une forme d'exécution du dispositif qui fait osciller le traducteur.
  • Le boîtier cylindrique 1 qui contient un liquide de couplage est fermé par une membrane sphérique 2 transparente aux ultrasons et relativement rigide.
  • Un disque en céramique piézoélectrique 3 est monté de manière à osciller autour d'un axe XX' passant par le centre de la sphère 2 et perpendiculaire au plan de la figure. Un tel montage peut être obtenu au moyen d'un dispositif du genre décrit dans le brevet français susvisé, et qui est représenté schématiquement à la figure 2.
  • L'arbre moteur 31 entraîne, par l'intermédiaire d'une tige 32 qui tourne dans un plan perpendiculaire à l'arbre 31, une biellette inclinée 33 dont l'extrémité opposée, située sur l'axe de l'arbre 31, coopère avec une chape 34 au centre de celle-ci. La chape 34 est par ailleurs reliée aux extrémités d'un premier diamètre d'un disque 35 (que l'on a représenté évidé en forme de croix pour l'alléger). Comme on l'a expliqué dans le brevet susvisé, le disque 35 oscille autour d'un second diamètre perpendiculaire au premier, des paliers étant prévus aux extrémités de ce second diamètre pour définir un axe fixe XX' d'oscillation.
  • Une tige 36, montée perpendiculaire à la surface du disque 35 en son centre, porte à son extrémité opposée le disque 3 qui va subir un mouvement oscillant autour de l'axe XX' décalé par rapport à son plan.
  • Le disque 3 porte sur sa face en regard à la membrane 2 une membrane souple 4 et la chambre en forme de calotte sphérique ainsi définie est reliée par une canalisation souple 5 (avantageusement en matière plastique) qui se déplace dans la demi-sphère 2. La canalisation mobile 5 est raccordée à une canalisation fixe 6 qui traverse le boîtier cylindrique 1 et aboutit, à l'extérieur de ce dernier, à un soufflet 7 contenant un liquide dont l'indice, vis-à-vis des ondes acoustiques, est différent de celui du liquide de couplage.
  • On a ainsi constitué une lentille 4. Pour faire varier le rayon de courbure de celle-ci, on a prévu de faire varier le volume du soufflet 7 au moyen d'un pointeau 8 monté à vis dans un alésage fileté 9, lui même monté dans un boîtier 10 et subissant aussi une translation perpendiculaire aux bases du soufflet.
  • Dans le mode d'exécution décrit, le liquide de couplage à lui même un indice supérieur à celui des tissus examinés, si bien que la demi-sphère 2 forme lentille convergente. Au cours de l'oscillation du transducteur 3 la position relative des surfaces des deux lentilles situées à proximité l'une de l'autre et en regard l'une de l'autre reste constante, si bien que le foyer de l'ensemble est situé à distance constante du centre de la sphère et de la surface d'émission des ultrasons.
  • Un tel dispositif est facile et tout à fait fiable dans son fonctionnement, même lorsque le transducteur oscille à une fréquence relativement élevée.
  • Il va de soi que divers autres montages du transducteur oscillant pourront être imaginés et que l'on pourra utiliser, pour la fenêtre 2, de l'eau comme liquide de couplage, sans s'écarter de l'esprit de l'invention. La fenêtre 2 n'est pas nécessairement sphérique lorsqu'elle ne forme pas lentille.

Claims (1)

  1. Sonde d'échographie comportant un transducteur composé d'un boîtier (1) contenant un liquide de couplage et muni d'une fenêtre (2) de passage d'un faisceau ultrasonore dans lequel sont immergés un élément piézoélectrique (3) en forme de disque, un organe moteur électrique et une transmission mécanique (32 à 36) entre l'arbre (31) du moteur et l'élément piézoélectrique, une membrane déformable (4) solidarisée à l'élément piézoélectrique mobile (3) constituant avec lui une chambre contenant un liquide d'indice de réfraction pour les ondes acoustiques différent de celui du liquide de couplage et formant ainsi une première lentille, ladite chambre étant reliée, au moyen d'une canalisation, à un réservoir fixe (7) de liquide associé à des moyens (8) de faire varier le volume du liquide qu'il contient, pour que la première lentille soit déformable, caractérisée en ce que le liquide de couplage a un indice différent de celui de l'eau vis-à-vis des ondes acoustiques et la fenêtre (2) est constituée par une membrane hémisphérique relativement rigide, de façon a constituer une seconde lentille non déformable, que le mouvement de l'élément piézoélectrique est une oscillation autour d'un axe (XX') passant par le centre de la demi-sphère que forme la membrane et décalé par rapport au plan du disque, de manière que la membrane déformable (4) soit située à proximité de ladite membrane hémisphérique et en regard de celle-ci, et que la canalisation contient une portion mobile souple (5-6) qui autorise le mouvement oscillant de la première lentille.
EP19850400328 1984-04-04 1985-02-22 Sonde d'échographie à disque piézoélectrique oscillant solidaire d'une membrane déformable formant lentille de focalisation Expired EP0160580B1 (fr)

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FR8405296A FR2562747B1 (fr) 1984-04-04 1984-04-04 Sonde d'echograhie a disque piezoelectrique oscillant solidaire d'une membrane deformable formant lentille de focalisation

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EP0160580A1 EP0160580A1 (fr) 1985-11-06
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DE3568885D1 (en) 1989-04-20
JPS6141441A (ja) 1986-02-27
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