FR2535075A1

FR2535075A1 - Appareil d'exploration de milieux par echographie ultrasonore

Info

Publication number: FR2535075A1
Application number: FR8217550A
Authority: FR
Inventors: Michel Auphan
Original assignee: Laboratoires dElectronique et de Physique Appliquee
Current assignee: Laboratoires dElectronique Philips SAS
Priority date: 1982-10-20
Filing date: 1982-10-20
Publication date: 1984-04-27
Also published as: FR2535075B1

Abstract

APPAREIL D'EXPLORATION DE MILIEUX PAR ECHOGRAPHIE ULTRASONORE, COMPORTANT UNE MOSAIQUE 10 DE TRANSDUCTEURS ULTRASONORES ASSOCIEE A UN ETAGE D'EMISSION 20, A UN ETAGE DE RECEPTION ET DE TRAITEMENT 30 DES ECHOS ULTRASONORES CORRESPONDANT AUX OBSTACLES RENCONTRES DANS LEUR DIRECTION DE PROPAGATION PAR LES SIGNAUX EMIS, ET A UN ETAGE D'AFFICHAGE 40, CARACTERISE EN CE QUE LES TRANSDUCTEURS DE LA MOSAIQUE 10 SONT REGROUPES EN 2 SOUS-FENETRES OU L'ON EFFECTUE UNE ECHOGRAPHIE SANS CORRECTIONS D'UNE REGION DES TISSUS EXPLORES, ET EN CE QUE L'ETAGE DE RECEPTION 30 COMPREND NOTAMMENT UN DISPOSITIF DE DETERMINATION DE RETARDS CORRECTIFS A ENVOYER SUR DES DISPOSITIFS DE RETARD 61 A 68 ET DE COEFFICIENTS CORRECTEURS D'AMPLITUDE A APPLIQUER SUR DES MULTIPLIEURS 161 A 168, CE DISPOSITIF DE DETERMINATION COMPREND LUI-MEME 2-1 CIRCUITS D'INTERCORRELATION 101, 102, ETC., QUI OPERENT A L'AIDE DE N BISSECTIONS SUCCESSIVES DE L'OUVERTURE DE LA MOSAIQUE 10 APPLICATION : ECHOGRAPHES.

Description

APPAREIL D'EXPLORATION DE MILIEUX PAR ECHOGRAPHIE ULTRASONORE
La présente invention concerne un appareil d'exploration de milieux et notamment de tissus biologiques par échographie ultrasonore, comportant une mosaïque de transducteurs ultrasonores associée à un etage d'émission prévu pour assurer une émission ré- pétée de signaux ultrasonores, a un étage de réception prévu pour assurer la réception et le traitement des échos ultrasonores correspondant aux obstacles rencontres dans leur direction de propaga union par les signaux émis, et à un étage d'affichage des images ultrasonores reconstruites dans ltétage de réception.

Si la vitesse de propagation ultrasonore dans un milieu à examiner etait rigoureusement constante et si les systemes meca- niques et éleetroniques de reproduction géométriques étaient parfaits, les échos provenant des mêmes obstacles se superposeraient exactement sur l'image, quelle que soit la direction de l'axe d'es ploration. Cette condition n'est en fait jamais réalisée dans la pratique, et les variations de vitesse ultrasonore à l'intérieur du milieu examiné conduisent à des distorsions de propagation, d'au tant plus importantes que l'on travaille à plus grande ouverture, et qu'il faut donc corriger.

Selon le brevet des Etats-Unis d'MIérique nO 4252025 déposé le 30 juillet 1979 par D.E. Robinson et délivré le 24 février 1981, il est connu, dans l'étage de réception d'un échographe, d'analyser les différences de position apparentes des échos correspondant au même obstacle à l'aide d'un dispositif d'intercorrélation comparant deux signaux obtenus dans deux positions d'exploration différentes et déterminant la position réelle dans laquelle les deux signaux sont le plus en accord l'un avec l'autre. Malheureusement, aucune indication concrète n'est fournie sur la réalisation pratique d'un tel étage de réception.

Le but de l'invention est de proposer un appareil d'exploration de milieux par échographie ultrasonore dont l'étage de réception assure de façon simple mais originale la correction des défauts de propagation dus à l'hétérogénéité de la vitesse des ondes ultrasonores.

L'invention concerne à cet effet un appareil tel que défini en introduction et caractérisé en ce que les transducteurs de la mosaïque sont regroupés en 2n sous-fenêtres constituées chacune d'un groupe de transducteurs élémentaires adjacents et prévues pour que soit effectuée dans chacune d'elles une échographie sans correction d'une région des tissus explorés, en ce que l'étage de réception comprend successivement, à la suite d'un dispositif de focalisation synthétique et de balayage prévu an sortie de la mosaque, 2n voies en parallèle comprenant chacune d'une part un dispositif de retard ajustable et une mémoire de stockage de ce retard, puis d'autre part un multiplieur et une mémoire de stockage de coefficients correcteurs d'amplitude, un additionneur et un estimateur tel qu'un redresseur ou un circuit de déconvolution, la sortie de cet estimateur étant reliée à la mémoire d'image de l'étage d'affichage, et en ce que l'étage de réception comprend également un dispositif de détermination des retards correctifs à envoyer sur chaque dispositif de retard et des coefficients correcteurs d'amplitude à appliquer sur chaque multiplieur, ce dispositif de détermination comprenant lui-même 2n-1 circuits d'intercorrélation qui opèrent à l'aide de n bissections successives de l'ouverture de la mosaïque et de façon à comparer dans une première étape de bissection, à l'aide du premier circuit d'intercorrélation, les deux groupes de transducteurs constitués respectivement des 2n-1 premières sous-fenêtres et des 2n-1 autres sous-fene- tres, puis à appliquer le même processus de bissection dans chacun des deux groupes ainsi constitués successivement, jusqu'à épuisement des circuits d'intercorrélation prévus.

Les particularités de cette invention apparaissent de façon plus précise dans la description qui suit et dans les dessins annexés, donnés à titre d'exemple et dans lesquels
- la figure 1 est une vue schématique très simplifiée de l'appareil selon l'invention
- la figure 2 montre de façon plus détaillée l'étage de réception de l'appareil de la figure 1
la figure 3 montre la structure des circuits d'intercorrélation utilisés dans l'étage de réception de la figure 2.

L'appareil selon l'invention comprend essentiellement, dans l'exemple de réalisation ici décrit, une mosaïque rectangulaire 10 de transducteurs ultrasonores élémentaires, un étage 20 d'émission périodique de signaux ultrasonores, un étage 30 de ré- ception et de traitement des échos ultrasonores correspondant aux obstacles rencontrés dans leur direction de propagation par les signaux émis, et un étage 40 d'affichage des images ultrasonores reconstruites dans l'étage 30.

Le principe mis en oeuvre dans cet appareil est le suivant. Etant donné la largeur de l'ouverture, tres grande afin d'obtenir une résolution plus fine de l'image, on découpe cette ouverture en plusieurs sous-fenêtres constituées chacune d'un groupe de transducteurs élémentaires adjacents de la mosaïque, puis l'on effectue dans chaque sous-fenêtre une échographie sans corrections d'une région de l'organe examiné. Les corrections à appliquer ne sont déterminées qu'ultérieurement en cherchant à rendre maximales les fonctions d'intercorrélation entre signaux échographiques correspondant à un même segment de droite QQ' (voir la figure 1), obtenues à partir de deux parties de l'ouverture.Plus précisément, et pour ne pas avoir à traiter toutes les fonctions d'intercorrélation, on met à profit la partition de l'ouverture en un certain nombre de sous-fenêtres en opérant cette partition par bissections successives. On cherche alors l'intercorrélation entre deux groupes de sous-fenêtres, puis l'on applique des corrections identiques et de signe opposé aux sous-fenêtres de chaque groupe, les différentes corrections ainsi déterminées (en fait d'une part des retards ou des avances et d'autre part des amplitudes) se cumulant pour une même sous-fenêtre de telle manière que le processus en pyramide de correction par bissections fournit une correction particulière à chaque sous-fenêtre (dans l'exemple décrit plus loin, trois étapes successives de bissection sont effectuées, mais il ne s'agit là en aucune sorte d'une limitation de l'invention).

Dans le cas des retards ou avances, il va de soi que les corrections déterminées se superposent, dans l'appareil décrit plus en détail ci-dessous, aux retards individuels affectés à chaque transducteur élémentaire de la mosaïque 10 en raison du processus de foealisation. En effet, la plupart des appareils échographiques actuels explorent les différents points de l'image à reconstituer en focalisant sur ces points, en principe à l'émission et à la réception, cette focalisation étant obtenue en additionnant les signaux fournis par chaque élément de la mosaïque et retardés d'une quantité convenable, ces signaux étant distincts selon le point balayé et pondérés par un facteur lié aux atténuations des tissus explorés et à l'apodisation souhaitée.

Pour la simplicité de la mise en oeuvre du principe décrit ci-dessus, on formulera en outre deux suppositions, à savoir d'une part que les corrections à apporter conformément à l'invention et qui dépendent du point sur lequel on focalise sont considérées comme très voisines lorsque ces points sont voisins, ce qui entraîne que ces corrections varient lentement au cours du balayage de l'image et peuvent donc être réajustées au fur et à mesure par un processus simple tel que des intercorrélations à deux voies visant à déterminer seulement dans quel sens les corrections doivent être modifiées, et d'autre part que ces corrections sont très voisines pour deux éléments adjacents de la mosaïque, ce qui permet de ne les appliquer que par groupes d'éléments contigüs, ou sous-fenêtres, qui pourront être en nombre limité, et d'éviter ainsi l'em- ploi d'un trop grand nombre de circuits de correction.

Le principe étant ainsi défini, on peut considérer la partie ultrasonore de l'appareil conforme à l'invention comme décrite de façon simplifiée par la figure 1, sur laquelle on a représenté la mosaïque 10 des transducteurs élémentaires couplée acoustiquement au milieu à explorer (à un moment déterminé de l'exploration, on focalise au point P situé sur le segment QQ', tous les transducteurs de la mosaïque étant reliés électriquement à un ensemble de lignes à retard programmables et d'additionneurs) et de façon plus complète par la figure 2, expliquée de façon détaillée ci-dessous.

Pour réaliser trois étapes successives de bissection, les sorties de la mosaïque 10 sont groupées en huit sous-fenêtres 1
n à 8 (pour n étapes de bissection, on prévoierait 2 sous-fenê- tres), à chacune desquelles correspondent, après traversée d'un dispositif 50 de focalisation synthétique et de balayage, d'une part un dispositif de retard ajustable 61 à 68 et une mémoire 71 à 78 de stockage de ce retard, puis d'autre part un multiplieur 161 à 168 et une mémoire 171 à 178 de stockage de coefficients correcteurs d'amplitude. Les signaux de sortie des circuits 161 à 168 sont envoyés vers un additionneur 80 dont la sortie est reliée à un estimateur 90 (soit un redresseur, soit un circuit plus élaboré de déconvolution), suivi lui-meme de la mémoire d'image de l'étage d'affichage 40.

Les corrections sont déterminées, conformément à l'invention, à l'aide des septs circuits d'intercorrélation 101 à 107 représentés sur la figure 3. Le circuit 101 utilisé dans la première étape de bissection comprend deux additionneurs 111 et 112 à quatre entrées recevant les signaux de sortie des sous-fenêtres 1 à 4 et 5 à 8, deux circuit à retard 113 et 114, deux intercorrélateurs 115 et 116 et un soustracteur 117, dont le signal de sortie, suivant son signe, augmente ou diminue les retards des voies 12 2, 3, 4 et modifie pour ces voies les coefficients correcteurs d'ami amplitude, et diminue ou augmente respectivement les retards des voies 5, 6, 7, 8 et modifie en sens contraire pour ces voies les coefficients correcteurs d'amplitude.Les deux circuits 102 et 103 utilisés dans la deuxième étape de bissection comprennent de même chacun deux additionneurs 121, 122 et 131, 132 à deux entrées recevant les signaux de sortie des sous-fenêtres 1,3 et 2,4 pour les additionneurs 121,122 et des sous-fenêtres 5,7 et 6,8 pour les additionneurs 131,132, deux circuits à retard 123,124 et 133,134 respectivement, deux intercorrélateurs 125,126 et 135,136 respectivement, et un soustracteur, 127 et 137 respectivement, dont le signal de sortie agit de la même façon que précédemment.De la même manière, dans la troisième étape de bissection, les quatre circuits 104 à 107, dans lesquels des additionneurs ne sont pas nécessaires puisque ces circuits ne reçoivent sur chaque entrée que le signal de sortie d'une seule sous-fenêtre, comprennent chacun deux circuits à retard, (143,144), (153,154), (163,164) et (173,174) respectivement, deux intercorrélateurs, (145,146), (155,156), (165, 166) et (175,176) respectivement, et un soustracteur, 147 à 177 respectivement, dont le signal de sortie agit là encore comme précédemment. Les corrections ainsi déterminées sont à appliquer sur les transducteurs aussi bien à l'émission qu > à la réception.

Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représenté, à partir duquel des variantes peuvent être proposées sans pour cela sortir du cadre de l'invention. On notera en particulier qu'il est préférable de prévoir un circuit de validation des circuits d'intercorrélation pour ne laisser parvenir, lors de la génération des retards correctifs et des coefficients correcteurs d'amplitude par le processus en pyramide par bissections successives, que les signaux correspondant au segment QQ' qui appartient au voisinage du point P. Par ailleurs, l'étage de réception de l'appareil selon l'invention peut opérer de deux façons distinctes : soit traiter les informations ultrasonores au fur et à mesure qu'elles sont fournies par la mosalque, soit opérer en temps différé, par mise en mémoire des signaux émis et reçus par la mosaïque puis reconstitution des estimateurs de focalisation synthétique à partir de ces signaux dûment corrigés.

Claims

REVENDICATIONS

1. Appareil d'exploration de milieux et notamment de tissus biologiques par échographie ultrasonore, comportant une mosaïque (10) de transducteurs ultrasonores associée à un étage d'émission (20) prévu pour assurer une émission répétée de signaux ultrasonores, à un étage de réception (30) prévu pour assurer la réception et le traitement des échos ultrasonores correspondant aux obstacles rencontrés dans leur direction de propagation par les signaux émis, et à un étage (40) d'affichage des images ultrasonores reconstruites dans l'étage de réception, caractérisé en ce que les transducteurs de la mosaïque (10) sont regroupés en 2n sous-fenêtres constituées chacune d'un groupe de transducteurs élémentaires adjacents et prévues pour que soit effectuée dans chacune d'elles une échographie sans corrections d'une région des tissus explorés, en ce que l'étage de réception (30) comprend successivement, à la suite d'un dispositif (50) de focalisation synthétique et de balayage prévu en sortie de la mosalque (10), 2n voies en parallèle comprenant chacune d'une part un dispositif de retard ajustable (61) à (68) et une mémoire (71) à (78) de stockage de ce retard, puis d'autre part un multiplieur (161) à (168) et une mémoire (171)à (178) de stockage de coefficients correcteurs d'amplitude, puis un additionneur (80) et un estimateur (90) tel qu'un redresseur ou un circuit de déconvolution, la sortie de cet estimateur étant reliée à la mémoire d'image de l'étage d'affichage (40), et en ce que l'étage de réception (30) comprend également un dispositif de détermination des retards correctifs à envoyer sur chaque dispositif de retard (61 à 68) et des coefficients correcteurs d'amplitude à appliquer sur chaque multiplieur (-161) à (168), ce dispositif de détermination comprenant lui-meme 2n-1 circuits d'intercorrélation (101),(102), etc... qui opèrent à l'aide de n bissections successives de l'ouverture de la mosaïque (10) et de façon à comparer dans une première étape de bissection, à l'aide du premier circuit d'intercorrélation, les deux groupes de transducteurs constitués respectivement des 2n-1 premières sous-fenêtres et des 2n 1 autres sous-fenêtres, puis à appliquer le même processus de bissection dans chacun des deux groupes ainsi constitués successivement, jusqu'à épuisement des circuits d'intercorrélation prévus.

2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les circuits d'intercorrélation comprennent chacun, à l'exception des 2n-1 circuits d'intercorrélation utilisés au cours de la ième n et dernière étape de bissection et pour lesquels des additionneurs ne sont pas nécessaires, deux additionneurs tels que (111) et (112), deux circuits à retard tels que (113) et (114), deux intercorrélateurs tels que (115) et (116), et un soustracteur tel que (117), la sortie du premier additionneur étant reliée directement au premier intercorrélateur et par l'intermédiaire du premier circuit à retard au deuxième intercorrélateur, la sortie du deuxième additionneur étant reliée directement au deuxième intercorrélateur et par l'intermédiaire du deuxième circuit à retard au premier intercorrélateur, les sorties des premier et deuxième intercorrélateurs étant reliées aux entrées respectives du soustracteur, et les sorties du soustracteur étant envoyées vers les mémoires respectivement de stockage de retard et de stockage de coefficients correcteurs d'amplitude.