EP4188620A1 - Dispositif et procédé d'alimentation d'un transducteur ultrasonore - Google Patents

Dispositif et procédé d'alimentation d'un transducteur ultrasonore

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EP4188620A1
EP4188620A1 EP21752485.9A EP21752485A EP4188620A1 EP 4188620 A1 EP4188620 A1 EP 4188620A1 EP 21752485 A EP21752485 A EP 21752485A EP 4188620 A1 EP4188620 A1 EP 4188620A1
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EP
European Patent Office
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signal
ultrasonic
control
digital
control signal
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Pending
Application number
EP21752485.9A
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German (de)
English (en)
Inventor
Ming Zhang
Nicolas Llaser
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite Paris Saclay
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite Paris Saclay
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Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Universite Paris Saclay filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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Pending legal-status Critical Current

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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/56—Details of data transmission or power supply
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
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    • B06B1/0223—Driving circuits for generating signals continuous in time
    • B06B1/0238—Driving circuits for generating signals continuous in time of a single frequency, e.g. a sine-wave
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N7/00—Ultrasound therapy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
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    • G—PHYSICS
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M3/00—Conversion of analogue values to or from differential modulation
    • H03M3/30—Delta-sigma modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M3/00—Conversion of analogue values to or from differential modulation
    • H03M3/30—Delta-sigma modulation
    • H03M3/50—Digital/analogue converters using delta-sigma modulation as an intermediate step

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for powering an ultrasonic transducer. It also relates to an ultrasonic device comprising such a power supply device, and an ultrasonic system comprising such an ultrasonic device.
  • the field of the invention is the field of ultrasonic devices and in particular the field of powering ultrasonic transducers, and in particular ultrasonic transducers for medical use.
  • Ultrasonic transducers are widely used in the medical field, in particular for medical imaging, for example for ultrasound, but also for medical therapy. To do this, the transducers are typically arranged in a matrix, also called an “ultrasonic head”, in order to emit focused and high-power ultrasound in the area to be imaged or treated. Each ultrasonic transducer is supplied with a sinusoidal signal at a given frequency so as to generate an ultrasonic signal of said frequency.
  • the ultrasonic head comprises, for each ultrasonic transducer, an individual control chain.
  • the latter makes it possible to modify, individually for each transducer, the amplitude of the ultrasonic signal emitted by said transducer, but also its frequency and its phase.
  • the characteristics of the ultrasonic wave emitted by each transducer of the matrix can be modified.
  • An object of the present invention is to remedy at least one of the aforementioned drawbacks.
  • Another object of the present invention is to provide a device for supplying an ultrasonic transducer that is more efficient in terms of performance.
  • Another object of the present invention is to propose a device for supplying an ultrasonic transducer supplying a sinusoidal supply signal of better quality.
  • Another object of the present invention is to provide a device for supplying an ultrasonic transducer that is less bulky.
  • a power supply device for an ultrasonic transducer comprising a power interface configured to supply an analog power signal, called a power supply signal, to said ultrasonic transducer , characterized in that it further comprises a sigma-delta modulator configured to carry out a sigma-delta modulation of a sinusoidal signal, called control signal, and supply a digital signal, called control signal, to control said power interface.
  • the invention proposes to control the power interface supplying the sinusoidal power supply signal to the ultrasonic transducer by a sigma-delta modulator through a sinusoidal signal modulated in sigma-delta.
  • the device according to the invention makes it possible to supply the ultrasonic transducer with a supply signal of better quality, and with improved efficiency compared to known command chains.
  • the sigma-delta modulator makes it possible to supply a sigma-delta modulated sinusoidal signal making it possible to control a simple power interface and at lower cost.
  • the transducer supply signal contains harmonics located in the high frequencies outside its passband.
  • the sigma-delta modulator can be realized in the form of a digital component so that the size of the power supply device is smaller, compared to currently known analog control chains.
  • the use of a sigma-delta modulator makes it possible to avoid the use of a filter dedicated to the suppression of harmonics, which further reduces the size of the power supply device according to the invention.
  • the reduction in the size of the power supply device according to the invention makes it possible to reduce the size of the ultrasonic head compared to current ultrasonic heads, or to increase the number of transducers of the ultrasonic head with constant size.
  • the sigma-delta modulator can be of any order.
  • the sigma-delta modulator can be of the 4th order.
  • the sigma-delta modulator may include a mono-bit output quantizer so that the control signal is modulated on one bit.
  • the power interface can for example be a half H-bridge controlled by the sigma-delta modulated control signal.
  • the sigma-delta modulator can include a multi-bit output quantizer so that the control signal is modulated over several bits.
  • the power interface can for example be a group of switches, each connected to a particular fixed voltage, controlled by the sigma-delta modulated control signal.
  • the control signal is on two bits, four switches and their voltage source are necessary.
  • the power interface is adapted to the number of bits of the control signal.
  • control signal can be a digital sinusoidal signal, that is to say a sinusoidal signal in digital form, in other words a sinusoidal signal represented in digital form traditionally encoded in “n” bits in complement to 2.
  • the power supply device may further comprise a digital generator configured to generate said control signal, according to any combination of at least one of the following parameters:
  • Such a generator can be an electronic chip, or any other digital component programmed to generate, in digital form, an analog signal as a function of input data representing at least one of the listed parameters.
  • the power supply device may comprise a digital control interface providing any combination of at least one of the following parameters:
  • Such a digital control interface may be, or may include, a digital communication interface provided to receive data representing at least one of the parameters listed, from an external control device.
  • such a digital control interface may be, or include, a calculation intelligence making it possible to deduce at least one of the parameters listed as a function of other data supplied to it, such as for example power data, a focus distance, etc.
  • the digital control interface can be provided to achieve wireless communication with the external control device.
  • the digital control interface can be provided to carry out a wired communication, with the external control device, through a digital communication bus.
  • the power supply device according to the invention can be integrated, in part or in whole, in at least one digital component, such as an electronic chip or a processor, in particular a programmable one.
  • all the elements of the power supply device according to the invention can be integrated into a digital component, such as an electronic chip or a processor, in particular programmable.
  • the sigma-delta modulator can be integrated into a digital component, such as an electronic chip or a processor, in particular programmable, with the digital signal generator, and/or the digital control interface.
  • an ultrasonic device comprising:
  • a supply device for supplying said at least one ultrasonic transducer.
  • the ultrasonic transducer can be a transducer of any type.
  • the ultrasonic transducer can be an ultrasonic transducer used for medical applications, in particular for medical imaging such as echography, or medical treatment such as ecotherapy, or even for aesthetic applications.
  • an ultrasonic head comprising several ultrasonic devices according to the invention, in parallel.
  • each ultrasonic transducer is associated with a power supply device which is dedicated to it so that each ultrasonic transducer can be controlled individually.
  • the characteristics of the ultrasonic wave generated by each ultrasonic transducer of the ultrasonic head according to the invention can be modified individually.
  • the amplitude, the frequency and the phase of the ultrasonic wave emitted by each ultrasonic transducer of the ultrasonic head can be modified for each ultrasonic transducer individually.
  • the ultrasonic head according to the invention can be used for medical imaging, in particular for echographic imaging.
  • the ultrasonic head according to the invention can be used for medical therapy.
  • the ultrasonic head according to the invention can be used for aesthetic treatment.
  • an ultrasound system comprising:
  • At least one digital control device for the ultrasonic devices of said ultrasonic head At least one digital control device for the ultrasonic devices of said ultrasonic head.
  • the ultrasonic system may comprise for at least one, and in particular each, ultrasonic device of the ultrasonic head, an individual digital control device dedicated to said ultrasonic device.
  • each ultrasonic device of the ultrasonic head receives the data concerning the ultrasonic wave to be generated from the digital control device dedicated to it.
  • the ultrasonic system according to the invention may comprise a digital control device common to several, and in particular to all, ultrasonic devices.
  • each ultrasonic device receives the data concerning the ultrasonic wave to be generated from said common digital control device.
  • the common digital control device can be connected to the ultrasonic devices by a wired digital communication bus.
  • said common digital control device can be connected to said ultrasonic devices by a wireless connection, for example of the Wifi or Bluetooth type, and more generally a radio frequency wireless connection.
  • said common digital control device can be connected to said ultrasonic devices by an optical connection.
  • the data defining the ultrasonic wave to be generated by each ultrasonic device can be sent to the digital control interface of said ultrasonic device.
  • the system according to the invention can be a medical imaging system.
  • the system according to the invention can be an echographic imaging system.
  • the system can comprise, in known manner, means for processing echographic waves to generate at least one echographic image.
  • the system according to the invention can be a medical therapy system.
  • the system according to the invention can be an ecotherapy system.
  • the system according to the invention can be an aesthetic treatment system.
  • a use of the system according to the invention is proposed for the aesthetic treatment of at least one zone of the body of a human or animal being.
  • control - sigma-delta modulation of a sinusoidal signal, called control, to provide a signal, called control;
  • the method according to the invention can comprise, in terms of method, any combination of at least one characteristic described above, and which are not repeated here for the sake of brevity.
  • FIGURE 1 is a schematic representation of a non-limiting embodiment of a device for supplying an ultrasonic transducer
  • FIGURE 2 is a schematic representation of a non-limiting example of exemplary signals in the device of FIGURE 1;
  • FIGURE 3 is a schematic representation of a non-limiting exemplary embodiment of an ultrasonic device according to the invention.
  • FIGURE 4 is a schematic representation of a non-limiting embodiment of an ultrasonic head according to the invention.
  • FIGURE 5 is a schematic representation of a non-limiting exemplary embodiment of an ultrasound system according to the invention
  • - FIGURE 6 is a schematic representation of another non-limiting embodiment of an ultrasound system according to the invention.
  • FIGURE 1 is a schematic representation of a non-limiting exemplary embodiment of a power supply device according to the invention.
  • the device 100 represented in FIGURE 1, is intended to supply an ultrasonic transducer, for example in an ultrasonic transducer of an ultrasonic head for medical use.
  • the power supply device 100 comprises a digital sinusoidal signal generator 102 which generates a digital sinusoidal signal, that is to say a sinusoidal signal represented in digital form, and referred to below as the pilot signal.
  • This digital generator 102 can be any digital electronic component programmed or designed to deliver, in digital form, the sinusoidal control signal, according to the parameters relating to the sinusoidal signal to be generated.
  • the parameters given to the digital generator 102 can include:
  • the digital generator 102 therefore supplies a digital signal representing a sinusoidal signal, and called the control signal.
  • the phase and the frequency of the pilot signal correspond respectively to the frequency and to the phase of the ultrasonic wave to be generated.
  • Device 100 further comprises a Sigma-Delta converter 104, also called SD converter hereafter.
  • the SD converter 104 receives the control signal and carries out a sigma-delta conversion of said control signal to supply a signal, called the control signal.
  • the control signal supplied by the SD converter 104 is a sigma-delta representation of the control signal which itself is a digital signal representing a sinusoidal signal.
  • the SD converter 104 can be of any order.
  • SD converter 104 may include a single-bit or multi-bit output quantizer.
  • the power supply device 100 comprises a power interface 106 designed to deliver a power signal supplying an ultrasonic transducer.
  • the power supply signal delivered by the power interface 106 is a high voltage sinusoidal signal, for example between 10V and 100V, and with a power of a few watts.
  • the ultrasonic transducer transforms this power signal into an ultrasonic wave whose frequency is equal to the frequency of the power signal.
  • the power interface 106 is controlled by the control signal supplied by the SD converter 104. In other words, the control signal 106 adjusts the operation of the power interface 106 so that the latter supplies the power supply signal.
  • the power interface 106 can be a half H-bridge or an H-bridge or even a group of switches, controlled by the control signal supplied by the SD converter. In this case, the power interface 106 comprises, in known manner, a DC voltage source, or receives a DC voltage from an external source.
  • the control signal supplied by the SD converter 104 controls the operation of the power interface 106 which supplies, at output, a modulated sinusoidal supply voltage SD.
  • the power supply device 100 comprises a control interface 108, upstream of the digital generator 102.
  • the control interface is arranged to supply the digital generator 102 the characteristics of the sinusoidal signal to be generated, namely the frequency F, and/or the phase cp, and/or the amplitude A.
  • the command interface 108 can be provided to receive at least one of these characteristics from an external device with which it is in communication.
  • control interface 108 can be programmed to deduce at least one of these characteristics according to other data, such as a focusing distance of the ultrasonic wave to be generated or a power value of the ultrasonic wave to be generated, for example.
  • control interface is optional and the characteristics of the sinusoidal signal can be communicated directly to the digital generator 102.
  • Each of the modules 102-108 can be realized digitally.
  • at least the SD converter 104 is implemented digitally.
  • each of the modules 102-108 is shown individually. Of course, at least two of these modules can be integrated into the same digital component, such as a chip or a processor.
  • the SD converter 104 and the digital generator 102 can be integrated into the same digital component.
  • FIGURE 2 is a schematic representation of non-limiting examples of signals in the device of FIGURE 1.
  • the signal 202 corresponds to the curve which represents the digital signal supplied by the generator 102 to the SD modulator;
  • - signal 204 corresponds to the control signal, modulated in sigma-delta, produced by SD converter 104, which in this example has a mono-bit output, thanks to signal 202 and
  • FIGURE 3 is a schematic representation of a non-limiting exemplary embodiment of an ultrasonic device according to the invention.
  • the ultrasonic device 300 shown in FIGURE 3 comprises an ultrasonic transducer 302 powered by a power supply device according to the invention, and in particular the power supply device 100 of FIGURE 1.
  • FIGURE 4 is a schematic representation of a non-limiting embodiment of an ultrasonic head according to the invention.
  • the ultrasonic head 400 of FIGURE 4 comprises "n" ultrasonic devices 300i-300n arranged in parallel and forming an array.
  • At least two of the ultrasound devices 300i-300n may be the same or different.
  • Each ultrasonic device 300i can be identical to the ultrasonic device 300 of FIGURE 3 and includes all the elements of the device 300 with the same references supplemented by "i" as a subscript.
  • FIGURE 5 is a schematic representation of a non-limiting exemplary embodiment of an ultrasound system according to the invention.
  • the ultrasonic system 500 of FIGURE 5 comprises an ultrasonic head according to the invention, such as for example the ultrasonic head 400 of FIGURE 4.
  • the ultrasonic system 500 further comprises a control device 502, such as a computer or a tablet, and more generally any computer device, connected to each ultrasonic device 300i of the ultrasonic head 400, and in particular to the control interface 108i of said ultrasonic device.
  • a control device 502 such as a computer or a tablet, and more generally any computer device, connected to each ultrasonic device 300i of the ultrasonic head 400, and in particular to the control interface 108i of said ultrasonic device.
  • control device 502 is connected to each control interface 108i through a digital and wired 504 communication bus 504.
  • each control interface 108i can be in communication with the command 502 through a wireless link.
  • the control device 502 makes it possible to control each ultrasonic device 300i individually and independently of the other ultrasonic devices 300i with a view to changing the frequency, the phase and/or the amplitude of the ultrasonic wave emitted by each ultrasonic device 300i. This makes it possible to adjust in a simple, dynamic and reactive manner, the amplitude, the frequency and the phase of each ultrasonic wave emitted by each ultrasonic device 300i. Therefore, it is possible to easily, flexibly and responsively adjust the focal point, and the amplitude of the ultrasonic waves emitted by the 300i-300n ultrasonic devices.
  • FIGURE 6 is a schematic representation of another non-limiting embodiment of an ultrasound system according to the invention.
  • FIGURE 6 illustrates a variation of FIGURE 5, wherein the system 600, shown in FIGURE 6, has a head 602 comprised of a plurality of 'h' composite ultrasound devices 604i- 604n .
  • a same common interface 108 i controls a plurality of supply devices which each supply one and only one transducer.
  • the same common interface 108i controls a plurality of 'k' supply devices 100n to 100im, which each supply one and only one transducer 302n to 302i k .
  • the block 604 n comprises a single digital interface 108 n which directly drives the 'm' power supply devices 100 n m at 100 nm of the transducers 302 n m at 302 nm respectively.
  • the matrix then consists of a multitude of transducers, which are associated in 'h' groups comprising an identical or different number of transducers.
  • the number of transducers in a given group is small, for example in number from 2 to 16.
  • it is for example possible to gain in compactness and in the number of components at the level of the digital interfaces within the head.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif (100) d'alimentation d'un transducteur ultrasonore (302) comprenant une interface de puissance (106) configurée pour fournir un signal analogique de puissance, dit signal d'alimentation, audit transducteur ultrasonore (302), caractérisé en ce qu'il comprend en outre un modulateur sigma-delta (104) configuré pour réaliser une modulation sigma-delta d'un signal sinusoïdal, dit de pilotage, et fournir un signal numérique, dit de commande, pour commander ladite interface de puissance (106). Elle concerne également un dispositif ultrasonore (300) alimenté par un tel dispositif d'alimentation, une tête ultrasonique comprenant de tels dispositifs ultrasonores et un système ultrasonore comprenant une telle tête ultrasonique.

Description

DESCRIPTION
Titre de l'invention : Dispositif et procédé d'alimentation d'un transducteur ultrasonore
La présente invention concerne un dispositif et un procédé d'alimentation d'un transducteur ultrasonore. Elle concerne également un dispositif ultrasonore comprenant un tel dispositif d'alimentation, et un système ultrasonore comprenant un tel dispositif ultrasonore.
Le domaine de l'invention est le domaine des dispositifs ultrasonores et en particulier le domaine de l'alimentation des transducteurs ultrasonores, et en particulier des transducteurs ultrasonores à usage médical.
État de la technique
Les transducteurs ultrasonores sont largement utilisés dans le domaine médical, en particulier pour l'imagerie médicale, par exemple pour l'échographie, mais aussi pour la thérapie médicale. Pour ce faire, les transducteurs sont arrangés typiquement en matrice, également appelée « tête ultrasonique », afin d'émettre des ultrasons focalisés et à forte puissance dans la zone à imager ou à traiter. Chaque transducteur ultrasonore est alimenté par un signal sinusoïdal à une fréquence donnée de sorte à générer un signal ultrasonique de ladite fréquence.
Généralement, la tête ultrasonique comprend, pour chaque transducteur ultrasonique, une chaîne de contrôle individuelle. Cette dernière permet de modifier, individuellement pour chaque transducteur, l'amplitude du signal ultrasonore émis par ledit transducteur, mais aussi sa fréquence et sa phase. Ainsi, les caractéristiques de l'onde ultrasonore émise par chaque transducteur de la matrice peuvent être modifiées.
Cependant, les chaînes de commande connues pour transducteur ultrasonique ont des rendements dégradés. De plus, les signaux de commande sinusoïdaux fournis par les chaînes de commande connues sont de mauvaise qualité de sorte que le signal ultrasonore est dégradé. Enfin, les chaînes de commande connues sont généralement encombrantes. Un but de la présente invention est de remédier à au moins un des inconvénients précités.
Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif d'alimentation d'un transducteur ultrasonore plus efficace en terme de rendement.
Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif d'alimentation d'un transducteur ultrasonore fournissant un signal d'alimentation sinusoïdal de meilleure qualité.
Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif d'alimentation d'un transducteur ultrasonore moins encombrant.
Exoosé de l'invention
L'invention permet d'atteindre au moins l'un de ces buts par un dispositif d'alimentation d'un transducteur ultrasonore comprenant une interface de puissance configurée pour fournir un signal analogique de puissance, dit signal d'alimentation, au dit transducteur ultrasonore, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un modulateur sigma-delta configuré pour réaliser une modulation sigma-delta d'un signal sinusoïdal, dit de pilotage, et fournir un signal numérique, dit de commande, pour commander ladite interface de puissance.
Autrement dit, l'invention propose de commander l'interface de puissance fournissant le signal d'alimentation sinusoïdal au transducteur ultrasonore par un modulateur sigma-delta au travers d'un signal sinusoïdal modulé en sigma- delta.
Ainsi, le dispositif selon l'invention permet d'alimenter le transducteur ultrasonore par un signal d'alimentation de meilleure qualité, et avec un rendement amélioré par rapport aux chaînes de commandes connues. En effet, le modulateur sigma-delta permet de fournir un signal sinusoïdal modulé sigma- delta permettant de commander une interface de puissance simple et de moindre coût. Il en résulte que le signal d'alimentation du transducteur contient des harmoniques situées dans les hautes fréquences en dehors de sa bande passante. En outre, le modulateur sigma-delta peut être réalisé sous la forme d'un composant numérique de sorte que l'encombrement du dispositif d'alimentation est plus faible, comparé à des chaînes de commande analogiques actuellement connues. De plus, l'utilisation d'un modulateur sigma-delta permet d'éviter l'utilisation d'un filtre dédié à la suppression des harmoniques, ce qui diminue encore plus l'encombrement du dispositif d'alimentation selon l'invention.
La diminution de l'encombrement du dispositif d'alimentation selon l'invention permet de diminuer l'encombrement de la tête ultrasonique comparé aux têtes ultrasoniques actuelles, ou d'augmenter le nombre de transducteurs de la tête ultrasonique à encombrement constant.
Le modulateur sigma-delta peut être de n'importe quel ordre.
Par exemple, le modulateur sigma-delta peut être du 4ème ordre.
Suivant un mode de réalisation, le modulateur sigma-delta peut comprendre un quantificateur de sortie mono-bit de sorte que le signal de commande est modulé sur un bit.
Dans ce cas, l'interface de puissance peut par exemple être un demi-pont en H contrôlé par le signal de commande modulé en sigma-delta.
Suivant un mode de réalisation, le modulateur sigma-delta peut comprendre un quantificateur de sortie multi-bits de sorte que le signal de commande est modulé sur plusieurs bits.
Dans ce cas, l'interface de puissance peut par exemple être un groupe d'interrupteurs, chacun connecté à une tension fixe particulière, contrôlé par le signal de commande modulé en sigma-delta. En particulier, lorsque le signal de commande est sur deux bits, quatre interrupteurs et leur source de tension sont nécessaires. De manière générale, l'interface de puissance est adaptée au nombre de bits du signal de commande.
Avantageusement, le signal de pilotage peut être un signal sinusoïdal numérique, c'est-à-dire un signal sinusoïdal sous forme numérique, autrement dit un signal sinusoïdal représenté sous forme numérique codé traditionnellement sous « n » bits en complément à 2. Dans ce cas, le dispositif d'alimentation selon l'invention peut en outre comprendre un générateur numérique configuré pour générer ledit signal de pilotage, en fonction d'une combinaison quelconque d'au moins un des paramètres suivants :
- une fréquence dudit signal de pilotage,
- une amplitude dudit signal de pilotage,
- une phase dudit signal de pilotage.
Un tel générateur peut être une puce électronique, ou tout autre composant numérique programmé pour générer, sous forme numérique, un signal analogique en fonction de données d'entrées représentant l'un au moins des paramètres listés.
Suivant une caractéristique avantageuse, le dispositif d'alimentation selon l'invention peut comprendre une interface de commande numérique fournissant une combinaison quelconque d'au moins un des paramètres suivants :
- une donnée relative à une fréquence dudit signal de pilotage,
- une donnée relative à une amplitude dudit signal de pilotage,
- une donnée relative à une phase dudit signal de pilotage.
Une telle interface de commande numérique peut être, ou peut comprendre, une interface de communication numérique prévue pour recevoir des données représentant l'un au moins des paramètres listés, depuis un appareil de commande externe.
Alternativement, une telle interface de commande numérique peut être, ou comprendre, une intelligence de calcul permettant de déduire l'un au moins des paramètres listés en fonction d'autres données qui lui sont fournies, telles que par exemples des données de puissance, une distance de focalisation, etc.
L'interface de commande numérique peut être prévue pour réaliser une communication sans fil avec l'appareil de commande externe.
Alternativement, ou en plus, l'interface de commande numérique peut être prévue pour réaliser une communication filaire, avec l'appareil de commande externe, au travers d'un bus de communication numérique. Le dispositif d'alimentation selon l'invention peut être intégré, en partie ou en totalité, dans au moins un composant numérique, tel qu'une puce électronique ou un processeur, en particulier programmable.
En particulier, tous les éléments du dispositif d'alimentation selon l'invention, sauf l'interface de puissance, peuvent être intégrés dans un composant numérique, tel qu'une puce électronique ou un processeur, en particulier programmable.
Suivant une caractéristique avantageuse, le modulateur sigma-delta peut être intégré dans un composant numérique, tel qu'une puce électronique ou un processeur, en particulier programmable, avec le générateur de signal numérique, et/ou l'interface de commande numérique.
Suivant un autre aspect de l'invention, il est proposé un dispositif ultrasonore comprenant :
- au moins un transducteur ultrasonore, et
- un dispositif d'alimentation selon l'invention pour alimenter ledit au moins un transducteur ultrasonore.
Le transducteur ultrasonore peut être un transducteur de tout type.
En particulier, le transducteur ultrasonore peut être un transducteur ultrasonore utilisé pour des applications médicales, en particulier pour l'imagerie médicale telle que l'échographie, ou le traitement médical tel que l'écothérapie, ou encore pour des applications esthétiques.
Suivant un autre aspect de la présente invention, il est proposé une tête ultrasonique comprenant plusieurs dispositifs ultrasonores selon l'invention, en parallèle.
Dans la tête ultrasonique selon l'invention, à chaque transducteur ultrasonore est associé un dispositif d'alimentation qui lui est dédié de sorte que chaque transducteur ultrasonore peut être contrôlé individuellement. Ainsi, les caractéristiques de l'onde ultrasonore générée par chaque transducteur ultrasonore de la tête ultrasonique selon l'invention peuvent être modifiées individuellement. En particulier, l'amplitude, la fréquence et la phase de l'onde ultrasonore émise par chaque transducteur ultrasonore de la tête ultrasonique peuvent être modifiées pour chaque transducteur ultrasonore individuellement.
La tête ultrasonique selon l'invention peut être utilisée pour l'imagerie médicale, en particulier pour l'imagerie échographique.
Alternativement, ou en plus, la tête ultrasonique selon l'invention peut être utilisée pour la thérapie médicale.
Alternativement, ou en plus, la tête ultrasonique selon l'invention peut être utilisée pour le traitement esthétique.
Suivant un autre aspect de la présente invention, il est proposé un système ultrasonore comprenant :
- une tête ultrasonique selon l'invention, et
- au moins un appareil de commande numérique des dispositifs ultrasonores de ladite tête ultrasonique.
Suivant un mode de réalisation, le système ultrasonore selon l'invention peut comprendre pour au moins un, et en particulier chaque, dispositif ultrasonore de la tête ultrasonique, un appareil de commande numérique individuel dédié audit dispositif ultrasonore.
Dans ce cas, chaque dispositif ultrasonore de la tête ultrasonique reçoit les données concernant l'onde ultrasonore à générer de la part de l'appareil de commande numérique qui lui est dédié.
Suivant un autre mode de réalisation, le système ultrasonore selon l'invention peut comprendre un appareil de commande numérique commun à plusieurs, et en particulier à tous les, dispositifs ultrasonores.
Ainsi, chaque dispositif ultrasonore reçoit les données concernant l'onde ultrasonore à générer de la part dudit appareil de commande numérique commun. L'appareil de commande numérique commun peut être relié aux dispositifs ultrasonores par un bus de communication numérique filaire.
Alternativement, ledit appareil de commande numérique commun peut être relié auxdits dispositifs ultrasonores par une connexion sans fil, par exemple de type Wifi ou Bluetooth, et plus généralement une connexion sans fil radiofréquence.
Alternativement, ledit appareil de commande numérique commun peut être relié auxdits dispositifs ultrasonores par une connexion optique.
Dans tous les cas, les données définissant l'onde ultrasonore à générer par chaque dispositif ultrasonore peuvent être émises à destination de l'interface de commande numérique dudit dispositif ultrasonore.
Le système selon l'invention peut être un système d'imagerie médicale.
Le système selon l'invention peut être un système d'imagerie échographique. Dans ce cas, le système peut comprendre, de manière connue, des moyens de traitement des ondes échographiques pour générer au moins une image échographique.
Le système selon l'invention peut être un système de thérapie médicale.
En particulier, le système selon l'invention peut être un système d'écothérapie.
Le système selon l'invention peut être un système de traitement esthétique.
Suivant un autre aspect de l'invention, il est proposé une utilisation du système selon l'invention, pour l'imagerie médicale.
Suivant un autre aspect de l'invention, il est proposé une utilisation du système selon l'invention, pour le traitement esthétique d'au moins une zone du corps d'un être humain ou animal.
Suivant un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé d'alimentation d'un transducteur ultrasonore avec un signal analogique de puissance, dit signal d'alimentation, caractérisé en ce qu'il comprend les épates suivantes :
- modulation sigma-delta d'un signal sinusoïdal, dit de pilotage, pour fournir un signal, dit de commande ;
- commande d'une interface de puissance avec ledit signal de commande modulé en sigma-delta, pour fournit ledit signal d'alimentation.
Bien entendu, le procédé selon l'invention peut comprendre, en termes de procédé, une combinaison quelconque d'au moins une caractéristique décrite plus haut, et qui ne sont pas reprises ici par souci de concision.
Description des figures et modes de réalisation
D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de réalisation nullement limitatif, et des dessins annexés sur lesquels :
- la FIGURE 1 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation non limitatif d'un dispositif d'alimentation d'un transducteur ultrasonore ;
- la FIGURE 2 est une représentation schématique d'un exemple non limitatif d'exemples de signaux dans le dispositif de la FIGURE 1 ;
- la FIGURE 3 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation non limitatif d'un dispositif ultrasonore selon l'invention ;
- la FIGURE 4 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation non limitatif d'une tête ultrasonique selon l'invention ;
- la FIGURE 5 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation non limitatif d'un système ultrasonore selon l'invention ; et - la FIGURE 6 est une représentation schématique d'un autre exemple de réalisation non limitatif d'un système ultrasonore selon l'invention.
Il est bien entendu que les modes de réalisation qui seront décrits par la suite ne sont nullement limitatifs. On pourra notamment imaginer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieur. Cette sélection comprend au moins une caractéristique de préférence fonctionnelle sans détail structurel, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie est uniquement suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieure.
Sur les figures les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.
La FIGURE 1 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation non limitatif d'un dispositif d'alimentation selon l'invention.
Le dispositif 100, représenté sur la FIGURE 1, est prévu pour alimenter un transducteur ultrasonique, par exemple dans un transducteur ultrasonique d'une tête ultrasonique à usage médical.
Le dispositif d'alimentation 100 comprend un générateur numérique de signal sinusoïdal 102 qui génère un signal sinusoïdal numérique, c'est-à-dire un signal sinusoïdal représenté sous forme numérique, et appelé signal de pilotage dans la suite. Ce générateur numérique 102 peut être tout composant électronique numérique programmé ou conçu pour délivrer, sous forme numérique, le signal de pilotage sinusoïdal, en fonction des paramètres relatifs au signal sinusoïdal à générer. Par exemple, les paramètres renseignés au générateur numérique 102 peuvent comprendre :
- la fréquence F, et/ou
- la phase cp, et/ou
- l'amplitude A du signal sinusoïdal à générer.
Le générateur numérique 102 fournit donc un signal numérique représentant un signal sinusoïdal, et appelé signal de pilotage. La phase et la fréquence du signal de pilotage correspondent respectivement à la fréquence et à la phase de l'onde ultrasonore à générer.
Bien entendu, l'utilisation d'un tel générateur numérique dans le dispositif selon l'invention est optionnelle et le signal de pilotage peut être fourni par un appareil externe. Le dispositif 100 comprend en outre un convertisseur Sigma-Delta 104, également appelé convertisseur SD par la suite. Le convertisseur SD 104 reçoit le signal de pilotage et réalise une conversion sigma-delta dudit signal de pilotage pour fournir un signal, dit signal de commande. Autrement dit, le signal de commande fourni par le convertisseur SD 104 est une représentation sigma- delta du signal de pilotage qui lui-même est un signal numérique représentant un signal sinusoïdal.
Le convertisseur SD 104 peut être de n'importe quel ordre.
Le convertisseur SD 104 peut comprendre un quantificateur de sortie mono-bit ou multi-bits.
Le dispositif d'alimentation 100 comprend une interface de puissance 106 prévue pour délivrer un signal d'alimentation alimentant un transducteur ultrasonore. Le signal d'alimentation délivré par l'interface de puissance 106 est un signal sinusoïdal de tension élevée, par exemple comprise entre 10V et 100V, et avec une puissance de quelques watts. Le transducteur ultrasonore transforme ce signal d'alimentation en une onde ultrasonore dont la fréquence est égale à la fréquence du signal d'alimentation.
L'interface de puissance 106 est commandée par le signal de commande fourni par le convertisseur SD 104. Autrement dit, le signal de commande 106 vient ajuster le fonctionnement de l'interface de puissance 106 pour que ce dernier fournisse le signal d'alimentation. L'interface de puissance 106 peut être un demi-pont en H ou un pont en H ou encore un groupe de commutateurs, commandé par le signal de commande fourni par le convertisseur SD. Dans ce cas, l'interface de puissance 106 comporte, de manière connue, une source de tension continue, ou reçoit une tension continue depuis une source externe. Le signal de commande fourni par le convertisseur SD 104 commande le fonctionnement de l'interface de puissance 106 qui fournit, en sortie, une tension d'alimentation sinusoïdale modulée SD.
Dans l'exemple représenté, le dispositif d'alimentation 100 comprend une interface de commande 108, en amont du générateur numérique 102. L'interface de commande est agencée pour fournir au générateur numérique 102 les caractéristiques du signal sinusoïdal à générer, à savoir la fréquence F, et/ou la phase cp, et/ou l'amplitude A.
L'interface de commande 108 peut être prévue pour recevoir l'une au moins de ces caractéristiques depuis un appareil externe avec lequel il est en communication.
Alternativement, l'interface de commande 108 peut être programmée pour déduire l'une au moins de ces caractéristiques en fonction d'autres données, tel qu'une distance de focalisation de l'onde ultrasonore à générer ou une valeur de puissance de l'onde ultrasonore à générer, par exemple.
Bien entendu, l'utilisation d'une telle interface de commande est optionnelle et les caractéristiques du signal sinusoïdal peuvent être communiquées directement au générateur numérique 102.
Chacun des modules 102-108 peut être réalisé de manière numérique. En particulier, au moins le convertisseur SD 104 est réalisé de manière numérique.
Sur la FIGURE 1, chacun des modules 102-108 est représenté de manière individuelle. Bien entendu, au moins deux de ces modules peuvent être intégrés dans un même composant numérique, tel qu'une puce ou un processeur. En particulier, le convertisseur SD 104 et le générateur numérique 102 peuvent être intégrés dans un même composant numérique.
La FIGURE 2 est une représentation schématique d'exemples non limitatifs de signaux dans le dispositif de la FIGURE 1.
Ainsi, sur la FIGURE 2 :
- le signal 202 correspond à la courbe qui représente le signal numérique fourni par le générateur 102 au modulateur SD ;
- le signal 204 correspond au signal de commande, modulé en sigma- delta, produit par le convertisseur SD 104, qui possède dans cet exemple une sortie mono-bit, grâce au signal 202 et
- le signal 206 correspond au spectre du signal produit par l'interface 106 qui alimente le transducteur. Ce signal est dans cet exemple produit par un modulateur SD du 4ème ordre mono-bit. La FIGURE 3 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation non limitatif d'un dispositif ultrasonore selon l'invention.
Le dispositif ultrasonore 300 représenté sur la FIGURE 3 comprend un transducteur ultrasonore 302 alimenté par un dispositif d'alimentation selon l'invention, et en particulier le dispositif d'alimentation 100 de la FIGURE 1.
La FIGURE 4 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation non limitatif d'une tête ultrasonique selon l'invention.
La tête ultrasonique 400 de la FIGURE 4 comprend « n » dispositifs ultrasonores 300i-300n disposés en parallèle et formant une matrice.
Au moins deux des dispositifs ultrasonores 300i-300n peuvent être identiques ou différents.
Chaque dispositif ultrasonore 300i peut être identique au dispositif ultrasonore 300 de la FIGURE 3 et comprend tous les éléments du dispositif 300 avec les mêmes références complétées par « i » en indice.
La FIGURE 5 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation non limitatif d'un système ultrasonore selon l'invention.
Le système ultrasonore 500 de la FIGURE 5 comprend une tête ultrasonique selon l'invention, telle que par exemple la tête ultrasonique 400 de la FIGURE 4.
Le système ultrasonore 500 comprend en outre un appareil de commande 502, tel qu'un ordinateur ou une tablette, et plus généralement tout appareil informatique, relié à chaque dispositif ultrasonore 300i de la tête ultrasonique 400, et en particulier à l'interface de commande 108i dudit dispositif ultrasonore.
Dans l'exemple représenté, l'appareil de commande 502 est relié à chaque interface de commande 108i au travers d'un bus de communication 504 numérique et filaire 504. Alternativement, chaque interface de commande 108i peut être en communication avec l'appareil de commande 502 au travers d'une liaison sans fil. L'appareil de commande 502 permet de commander chaque dispositif ultrasonore 300i de manière individuelle et indépendante des autres dispositifs ultrasonores 300i en vue de changer la fréquence, la phase et/ou l'amplitude de l'onde ultrasonore émise par chaque dispositif ultrasonore 300i. Cela permet d'ajuster de manière simple, dynamique et réactive, l'amplitude, la fréquence et la phase de chaque onde ultrasonore émise par chaque dispositif ultrasonore 300i. Par conséquent, il est possible d'ajuster de manière simple, flexible et réactive le point de focalisation, et l'amplitude des ondes ultrasonores émises par les dispositifs ultrasonores300i-300n.
Ainsi, lorsque l'invention est mise en œuvre dans un dispositif d'imagerie médicale, il est possible de réaliser un suivi des organes en mouvement.
La FIGURE 6 est une représentation schématique d'un autre exemple de réalisation non limitatif d'un système ultrasonore selon l'invention.
La FIGURE 6 illustre une variante de la FIGURE 5, dans laquelle le système 600, représenté sur la FIGURE 6, présente une tête 602 composée d'une pluralité de 'h' dispositifs ultrasonores composites 604i à 604n. Au sein de chacun de ces dispositifs ultrasonores composites 604,, une même interface commune 108i commande une pluralité de dispositifs d'alimentation qui alimentent chacun un et un seul transducteur. Par exemple au sein du dispositif ultrasonore 604i, une même interface commune 108i commande une pluralité de 'k' dispositifs d'alimentation 100n à 100im, qui alimentent chacun un et un seul transducteur 302n à 302ik. De la même façon, le bloc 604n comprend une seule interface numérique 108n qui pilote directement les 'm' dispositifs d'alimentations 100ni à 100nm des transducteurs respectivement 302ni à 302nm.
Cela permet de réaliser un bloc d'interface numérique 108i à 108n, qui est chacun capable de piloter directement un groupe de plusieurs transducteurs de la matrice.
La matrice est alors constituée d'une multitude de transducteurs, qui sont associés en 'h' groupes comprenant un nombre identique ou différents de transducteurs. En général, le nombre de transducteurs dans un groupe donné est petit, par exemple en nombre de 2 à 16. Ainsi, il est par exemple possible de gagner en compacité et en nombre de composants au niveau des interfaces numériques au sein de la tête. Il est aussi possible de réaliser de façon industrielle un sous-ensemble compact et standard incluant une interface numérique et plusieurs transducteurs ; lequel sous-ensemble standard pourra être utilisé dans différentes configurations pour réaliser différents types de têtes.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples détaillés ci- dessus.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif (100) d'alimentation d'un transducteur ultrasonore (302) comprenant une interface de puissance (106) configurée pour fournir un signal analogique de puissance, dit signal d'alimentation, audit transducteur ultrasonore (302) ; caractérisé en ce qu'il comprend en outre un modulateur sigma-delta (104) configuré pour réaliser une modulation sigma-delta d'un signal sinusoïdal, dit de pilotage, et fournir un signal numérique, dit de commande, pour commander ladite interface de puissance (106).
2. Dispositif (100) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le modulateur sigma-delta (104) comprend un quantificateur de sortie mono-bit de sorte que le signal de commande est modulé sur un bit.
3. Dispositif (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le modulateur sigma-delta (104) comporte un quantificateur de sortie multi-bits de sorte que le signal de commande est modulé sur plusieurs bits.
4. Dispositif (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le signal de pilotage est un signal sinusoïdal numérique, ledit dispositif (100) comprenant en outre un générateur numérique (102) configuré pour générer ledit signal de pilotage, en fonction d'une combinaison quelconque d'au moins un des paramètres suivants :
- une fréquence dudit signal de pilotage,
- une amplitude dudit signal de pilotage,
- une phase dudit signal de pilotage.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une interface de commande (108 ;108i-108n) numérique fournissant une combinaison quelconque d'au moins un des paramètres suivants :
- une fréquence dudit signal de pilotage,
- une amplitude dudit signal de pilotage,
- une phase dudit signal de pilotage.
6. Dispositif (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est intégré, en partie ou en totalité, dans au moins un composant numérique.
7. Dispositif ultrasonore (300) comprenant :
- au moins un transducteur ultrasonore (302), et
- un dispositif d'alimentation (100), selon l'une quelconque des revendications précédentes, pour alimenter ledit au moins un transducteur ultrasonore (302).
8. Tête ultrasonique (400) comprenant plusieurs dispositifs ultrasonores (300i- 300n) selon la revendication précédente, en parallèle.
9. Système ultrasonore (500;600) comprenant :
- une tête ultrasonique (400;602) selon la revendication précédente, et - au moins un appareil de commande (502) numérique des dispositifs ultrasonores (300i-300n;604i,604n) de ladite tête ultrasonique (400).
10. Système (500;600) selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il s'agit d'un système d'imagerie, ou de thérapie, médicale.
11. Utilisation du système (500;600) selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10 pour l'imagerie médicale.
12. Procédé d'alimentation d'un transducteur ultrasonore (302) avec un signal analogique de puissance, dit signal d'alimentation, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- modulation sigma-delta d'un signal sinusoïdal, dit de pilotage, pour fournir un signal, dit de commande ;
- commande d'une interface de puissance avec ledit signal de commande modulé en sigma-delta, pour fournir ledit signal d'alimentation.
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