FR2590790A1 - Appareil d'exploration par echographie ultrasonore de milieux en mouvement et notamment d'ecoulements sanguins ou d'organes tels que le coeur - Google Patents
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Abstract
Appareil d'exploration de milieux en mouvement par échographie ultrasonore en vue de la détermination des paramètres de mouvement de tels milieux. Cet appareil comprend au moins un transducteur ultrasonore associé à un étage d'émission périodique d'un signal impulsionnel de fréquence de récurrence déterminée F = 1/T et à un étage de réception des signaux échographiques renvoyés vers le transducteur et de traitement de ces signaux reçus. L'appareil est remarquable en ce qu'il comprend une voie de traitement numérique composée successivement d'un circuit 320 de suppression des échos fixes, d'un circuit 330 d'estimation de paramètres d'écoulement, d'un circuit discriminateur 360, d'un dispositif de mémorisation, de conversion de balayage et de codage de couleur 370, et d'un dispositif de visualisation 312. Application : échographes de mesure de vitesses d'écoulement. (CF DESSIN DANS BOPI)
Description
APPAREIL D'EXPLORATION PAR ECHOGRAPHIE ULTRASONORE DE MILIEUX
EN MOUVEMENT ET NOTAMMENT D'ECOULEMENTS SANGUINS OU D'ORGANES
TELS QUE LE COEUR
La présente invention concerne un appareil d'exploration par échographie ultrasonore de milieux en mouvement et notamment d'écoulements sanguins ou d'organes tels que le coeur, en vue de la détermination des paramètres de mouvement de tels milieux, ledit appareil comprenant au moins un transducteur ultrasonore associé à un étage d'émission pdrìodique d'un signal impulsionnel de fréquence de récurrence déterminée
F = 1/T et à un étage de réception des signaux échographiques renvoyés vers le transducteur et de traitement des signaux reçus.
EN MOUVEMENT ET NOTAMMENT D'ECOULEMENTS SANGUINS OU D'ORGANES
TELS QUE LE COEUR
La présente invention concerne un appareil d'exploration par échographie ultrasonore de milieux en mouvement et notamment d'écoulements sanguins ou d'organes tels que le coeur, en vue de la détermination des paramètres de mouvement de tels milieux, ledit appareil comprenant au moins un transducteur ultrasonore associé à un étage d'émission pdrìodique d'un signal impulsionnel de fréquence de récurrence déterminée
F = 1/T et à un étage de réception des signaux échographiques renvoyés vers le transducteur et de traitement des signaux reçus.
Depuis plusieurs années, des systèmes Doppler ultrasonores à onde pulsée sont couramment-utilisés pour mesurer en un point donné les vitesses d'dcoulements sanguins, ou du moins la projection de telles vitesses sur l'axe du faisceau émis par les transducteurs ultrasonores. Plus récemment sont apparus des appareils permettant d'obtenir en temps réel la distribution des vitesses d'écoulements sur le trajet parcouru par l'onde ultrasonore et, plus encore, sur le plan de coupe obtenu en balayant le transducteur. La plupart de ces systèmes exploitent le décalage de fréquence ou le décalage de phase du signal rétrodiffusé par les cibles mobiles pour en déduire la vitesse axiale des écoulements sanguins.
La demande de- brevet européen n 0092841, par exemple, a trait à un tel appareil. Cependant, alors que ladite demande utilise la mesure du décalage de phase entre les échos successifs rétrodiffusés, en rdponse à une excitation récurrente, par les cibles en mouvement, la présente demande prévoit un autre type de traitement de signal dans le domaine temporel, avec lequel on interprète la rétrodiffusion des signaux ultrasonores non plus en ces termes de décalage de fréquence ou de phase mais en termes de décalage temporel progressif des signaux échographiques à la suite de chaque envoi de signaux impulsionnels.
En effet, l'utilisation de la méthode du décalage de fréquence ou de phase en Doppler pulsé est limitée notamment par le phénomène dit d'aliasing, ou de détermination biaisée, qui empêche l'estimation de vitesses de valeurs absolues supérieures à une certaine limite définie par Vlim = c F où c représente la vitesse de
8 f propagation,
F la fréquence de récurrence de l'excitation, et fc la fréquence centrale du signal échographique. Ce phénomène est dé- crit en particulier dans l'ouvrage "Doppler Ultrasound and Its
Use in Clinical Measurement", P. Atkinson and J.P. Woodcock,
Academic Press, 1982, chapitre III, paragraphe 3.3d.
8 f propagation,
F la fréquence de récurrence de l'excitation, et fc la fréquence centrale du signal échographique. Ce phénomène est dé- crit en particulier dans l'ouvrage "Doppler Ultrasound and Its
Use in Clinical Measurement", P. Atkinson and J.P. Woodcock,
Academic Press, 1982, chapitre III, paragraphe 3.3d.
De plus, les appareil de mise en oeuvre de cette méthode connue utilisant le décalage de phase sont limités par une relation d'incertitude liant la résolution axiale Az et la précision de la mesure de vitesse tVv à la longueur d'onde B
V
V . AZ =
V 2
Cette relation, citée dans le chapitre Il, paragraphe 2.3 a de l'ouvrage mentionné plus haut (relation 2.30), impose donc un compromis entre la résolution axiale et la pré- cision de la mesure de vitesse, ce qui est incompatible avec une mesure précise d'un profil de vitesse ou d'une image d'écoulements sanguins.
V
V . AZ =
V 2
Cette relation, citée dans le chapitre Il, paragraphe 2.3 a de l'ouvrage mentionné plus haut (relation 2.30), impose donc un compromis entre la résolution axiale et la pré- cision de la mesure de vitesse, ce qui est incompatible avec une mesure précise d'un profil de vitesse ou d'une image d'écoulements sanguins.
Le but de l'invention est de proposer un appareil tel que défini dans le préambule mais dans lequel cette limitation de la gamme de mesure des vitesses disparaît, et dans lequel la précision de la mesure de vitesse augmente avec la résolution axiale.
A cet effet, l'appareil selon l'invention est ca ractérisé en ce qu'il comprend une voie de traitement numé- rique composée successivement d'un circuit de suppression des échos fixes, d'un circuit d'estimation de paramètres d'dcou- lement, d'un circuit discriminateur, d'un dispositif de mémoz risation, de conversion de balayage et de codage de couleur, et d'un dispositif de visualisation.
Dans cette structure le nouveau principe d'estimation en temps réel des paramètres d'écoulement repose sur la formulation temporel; des signaux ultrasonores rdtrodiffussss par les cibles en mouvement. Les lignes échographiques successivement obtenues en réponse aux excitations récurrentes du transducteur fixe peuvent se mettrent sous la forme
ei+l(t) = ei(t - T(t)) (2) où i est le rang de la ligne échographique et ou' T(t) traduit le ddcalage temporel induit par le déplacement des cibles entre deux tirs. Le décalage est lié à la vitesse axiale locale
Vz(t) (projection sur l'axe Z de propagation de l'onde ultrasonore) par la relation T(t) 2 2 . Vz(t) .T < 3) où c est la vitesse de propagation des ultrasons, et T la pé- riode de récurrence des excitations. La localisation de la vitesse d'écoulement est traduite par la relation classique en échographie liant le temps t à la profondeur Z
z =1ct (4)
2
L'usage de fonctions d'intercorrélation permet de mesurer les décalages temporels entre signaux (voir l'article "The generalized correlation method for estimation of time delay", C.H. KNAPP et G.C.CARTER, IEEE Transactions on Acoustica, Speech and Signal Processing, Vol. ASSP-24 N 4, 1976).Appliqué au cas de l'échographie, il vient pour la fonction d'intercorrélation entre ei et eil :
ei+l(t) = ei(t - T(t)) (2) où i est le rang de la ligne échographique et ou' T(t) traduit le ddcalage temporel induit par le déplacement des cibles entre deux tirs. Le décalage est lié à la vitesse axiale locale
Vz(t) (projection sur l'axe Z de propagation de l'onde ultrasonore) par la relation T(t) 2 2 . Vz(t) .T < 3) où c est la vitesse de propagation des ultrasons, et T la pé- riode de récurrence des excitations. La localisation de la vitesse d'écoulement est traduite par la relation classique en échographie liant le temps t à la profondeur Z
z =1ct (4)
2
L'usage de fonctions d'intercorrélation permet de mesurer les décalages temporels entre signaux (voir l'article "The generalized correlation method for estimation of time delay", C.H. KNAPP et G.C.CARTER, IEEE Transactions on Acoustica, Speech and Signal Processing, Vol. ASSP-24 N 4, 1976).Appliqué au cas de l'échographie, il vient pour la fonction d'intercorrélation entre ei et eil :
La détermination de la composante axiale de la vitesse d'écoulement, moyennée sur la cellule de résolution définie par la fenêtre temporelle de longueur W et la largeur du faisceau ultrasonore, s'obtient par la recherche du dScalage temporel u pour lequel la fonction d'intercorrélation fi est maximale. Ce décalage temporel qui rend fi maximale est égal à T(t0), valeur moyenne des dbcaleges T(t) sur la fenêtre (to, to + w), ce qui permet la mesure de la vitesse locale moyenne d'écoulement par la relation (3).
D'autre part, on montre que la variance locale de la vitesse d'écoulement :2(tu) dans la cellule de résolution est proportionnelle à la quantité définie par
où Ei (to) est ltenergie du signal échographique dans la fe neutre (to, to + W)
où Ei (to) est ltenergie du signal échographique dans la fe neutre (to, to + W)
Des expressions précëdentes il apparat clairement que le principe de 11 invention basé sur la détermination des paramètres d'écoulement par fonction d'intercorrélation rem6- die aux limitations des réalisations antérieures. En effet, l'estimation du décalage temporel T peut être conduite sans ambiguïté quelle que soit sa valeur. En conséquence, il n'existe plus de limitation sur la gamme de vitesses mesurables. D'autre part, le traitement étant basé sur la mesure du d6calage temporel des échos successifs dO au changement de position des cibles, il est clair qu'une bonne résolution axiale autorisant la determination précise de la position des cibles, permet de même la mesure fine de leur déplacement et donc de leur vitesse, ce qui n'était pas possible avec les réalisa- tions antérieures compte tenu de la relation d'incertitude mentionnée ci-dessus.
Dans l'appareil selon l'invention, qui peut comprendre une voie de traitement analogique traditionnelle pour la visualisation de plans de coupe explorés selon le principe de l'échographie classique, le circuit de suppression des échos fixes comprend, de préférence, successivement un convertisseur analogique-num#rique, commande par des signaux de commande du rythme d'échantillonnage à une fréquence f = 1/ At, et un soustracteur recevant sur sa première entre de signe déterminé directement la sortie du convertisseur et sur sa deuxième entrée de signe contraire cette même sortie mais retardée d'un nombre entier de périodes At d'dchantillonnage dans un circuit à retard, et délivrant un signal dit de différence.Le signal de différence ainsi délivré est utilisé à la fois dans le circuit suivant d'estimation de paramètres d'écoulement et dans le circuit discriminateur.
Dans le mode de réalisation proposé, le circuit
d'estimation de paramètres d'écoulement comprend d'une part un
circuit d'intercorrélation qui, à partir desdits signaux de
différence relatifs à deux lignes échographiques successives, délivre un nombre déterminé de valeurs de fonction de corré
lation, et d'autre part un circuit d'interpolation qui, à partir desdites valeurs, délivre des paramètres représentatifs de la vitesse des milieux explorés le long de l'axe de propagation des ondes ultrasonores.
d'estimation de paramètres d'écoulement comprend d'une part un
circuit d'intercorrélation qui, à partir desdits signaux de
différence relatifs à deux lignes échographiques successives, délivre un nombre déterminé de valeurs de fonction de corré
lation, et d'autre part un circuit d'interpolation qui, à partir desdites valeurs, délivre des paramètres représentatifs de la vitesse des milieux explorés le long de l'axe de propagation des ondes ultrasonores.
Le circuit d'intercorrélation comprend en général un nombre impair (21 + 1) de voies en parallèle composées chacune d'un corrélateur commandé par lesdits signaux de commande à la fréquence d'échantillonnage F, lesdits (21 + 1) corrXla- teurs recevant sur une première entrée directement ledit signal de différence délivré par le circuit de suppression des échos fixes et sur une deuxième entrée ce même signal mais retardé dans des lignes à retard dont les retards prennent
(21 + 1) valeurs distinctes T - I At, T-(I-l) At, T-(I-2) At,
..., T - At, T, T+ At,..., T+(I-2) A t, T+(I-1) At, T+I At, et délivrant (21 + 1) valeurs de fonction de corrélation, lesdits corrélateurs étant de préférence des corrélateurs 1 bit en association auxquels un circuit d'interpolation linéaire est particulièrement approprié, et des circuits de calcul de moyenne entant avantageusement prévus dans chacune des (21 +1) voies en parallèle du circuit d'intercorrélation, en sortie des corrélateurs.
(21 + 1) valeurs distinctes T - I At, T-(I-l) At, T-(I-2) At,
..., T - At, T, T+ At,..., T+(I-2) A t, T+(I-1) At, T+I At, et délivrant (21 + 1) valeurs de fonction de corrélation, lesdits corrélateurs étant de préférence des corrélateurs 1 bit en association auxquels un circuit d'interpolation linéaire est particulièrement approprié, et des circuits de calcul de moyenne entant avantageusement prévus dans chacune des (21 +1) voies en parallèle du circuit d'intercorrélation, en sortie des corrélateurs.
Dans la réalisation proposée, le circuit discriminateur comprend successivement un circuit d'élévation au carré du signal de différence délivré par le circuit de suppression des échos fixes, un sommateur de calcul de l'énergie locale du signal de différence, et un circuit de validation, ou non, des signaux de sortie du circuit d'estimation de paramètres d'écoulement selon la valeur calculée de ladite énergie locale. Il est en outre avantageux de prévoir dans ce circuit discriminateur un autre circuit de validation, ou non, des pa ramètres d'écoulement selon la valeur de l'un au moins de ces paramètres.
Les particularités et avantages de l'invention apparaîtront maintenant de façon plus précise dans la description qui suit et dans les dessins annexés, donne à titre d'exemples et dans lesquels
- la figure 1 montre un exemple de réalisation préférentiel de l'appareil selon l'invention ;
- les figures 2, 3, 4 et 6 représentent des exemples particuliers de réalisation respectivement de l'étage d'émission, du circuit de suppression des échos fixes, du circuit d'estimation de paramètres d'écoulement, et du circuit discriminateur de l'appareil de la figure 1
- la figure 5 met en évidence le principe de fonctionnement du circuit d'interpolation, lorsque celui-ci est linéaire et pour un calcul de (2I + 1) = 13 valeurs de fonction de corrélation.
- la figure 1 montre un exemple de réalisation préférentiel de l'appareil selon l'invention ;
- les figures 2, 3, 4 et 6 représentent des exemples particuliers de réalisation respectivement de l'étage d'émission, du circuit de suppression des échos fixes, du circuit d'estimation de paramètres d'écoulement, et du circuit discriminateur de l'appareil de la figure 1
- la figure 5 met en évidence le principe de fonctionnement du circuit d'interpolation, lorsque celui-ci est linéaire et pour un calcul de (2I + 1) = 13 valeurs de fonction de corrélation.
L'appareil représenté sur la figure 1 comprend, de façon classique, un transducteur ultrasonore 10 associé d'une part à un étage d'émission 20 et d'autre part à un étage 30 de réception et de traitement, ainsi qu'à un dispositif 40 de commande de balayage mécanique du transducteur. A la place de ce transducteur pourrait bien entendu Autre utilise un roseau de transducteurs, associé alors à un dispositif de commande de balayage électronique.
Dans la réalisation décrite de façon plus d#- taillée sur la figure 2, l'étage d'émission 20 comprend un générateur 21 de signaux électriques d'excitation, envoyés vers le transducteur 10 qui les convertit en trains pdriodi- ques de signaux impulsionnels ultrasonores. Cette émission est commandée par des signaux d'horloge disponibles sur une connexion 102 et délivrés à une fréquence de récurrence F déter- minée -de l'ordre de 5 kilohertz par exemple- par un séquenceur comprenant successivement un oscillateur 22, ici de fréquence 32 mégahertz, et un diviseur. de fréquence 23.Ce diviseur délivre les signaux d'horloge sur la connexion 102, ainsi que d'autres signaux de commande respectivement sur des connexions 104 et 106, à 1 kilohertz et 16 mégahertz dans l'exemple ici décrit. Les signaux de commande présents sur la connexion 104 commandent en particulier le dispositif 40, pour le balayage du transducteur. Un sdparateur 24 des étages d'émission 20 et de réception et de traitement 30 est inséra entre le transducteur 10, le gdnérateur 21, et ledit étage 30, et évite l'aveuglement des circuits de rdoeption par les signaux d'émission.
L'étage de réception et de traitement 30 comprend, en sortie du séparateur 24, un amplificateur haute fréquence 300 incluant la compensation de gain en fonction de la profon- deur et suivi de deux voies de traitement 301 et 302 prévues en parallèle. La voie 301, de type traditionnel, comprend ici, en série, un détecteur d'enveloppe 3107 un amplificateur de compression logarithmique 311, un dispositif de memorisation et de conversion de balayage 370 incluant aussi une fonction de codage de couleur, et un dispositif 312 de visualisation.
Cette voie 301 permet l'obtention, sous forme d'images en celle de gris, de plans de coupe des milieux explorés selon le principe de l'echographie classique.
Conformément à l'invention, la voie 302 comprend en série un circuit 320 de suppression des échos fixes, un circuit 330 d'estimation de paramètres d'écoulement, un circuit discriminateur 360, le dispositif de mémorisation, de conversion de balayage et de codage de couleur 370, et le dispositif de visualisation 312.
Le circuit numdrique 320 de suppression des échos fixes comprend lui-même, dans l'exemple de réalisatj.on repré- senti sur la figure 3, un convertisseur an & ogique-numérique 321 dont la sortie est reliée d'une part directement à l'entrée négative d'un soustracteur 322 et d'autre part à l'entrée positive de ce soustracteur par l'intermédiaire d'un circuit à retard 323. Le retard apporté par ce dernier circuit 323 pourrait être de plusieurs périodes T = 1/F, mais il est avantageux que ce retard soit le plus faible possible et égal à T.
Ce circuit 320 est prévu pour l'élimination de tous les échos fixes, en particulier de ceux dont l'apparition est provoquée par la réflexion des ondes ultrasonores contre les parois des vaisseaux où se produisent les écoulements étudiés. Cette présence d'échos fixes est gênante du fait de leur amplitude bien plus élevée (de l'ordre de +40 dB dans le cas des écoulements sanguins) que celle des signaux utiles, les signaux rétrodiffusés par les cibles mobiles. Le circuit 320 est également commandé, par l'intermédiaire de la connexion 106, par le diviseur de fréquence 23 du séquenceur qui lui fournit le signal de commande d'échantillonnage à la fréquence de 16 mégahertz.
Le circuit 330 d'estimation de paramètres d'écoulement, représenté sur la figure 4, comprend ici un circuit d'intercorrélation et un circuit d'interpolation. A partir des signaux de différence entre deux lignes échographiques successives d'échantillons di(t), di+î(t), etc... (où i représente le rang de ce signal) successivement fournis par le circuit 320 de suppression des échos fixes, le circuit d'intercorrélation délivre des valeurs de fonction de corrélation, ici en nombre impair (21 + 1). A partir de ces (21 + 1) valeurs, le circuit d'interpolation délivre des pa ramètres caractérisant les différents écoulements rencontrés le long de l'axe de propagation de l'onde ultrasonore.Ces pa ramètres sont ici la composante axiale de la vitesse locale moyenne Vz et la variance locale a 2 de celle-ci, le mot local étant ici employé au sens de la localisation en profondeur le long dudit axe Z de propagation.
Le circuit d'intercorrélation comprend (21 + 1) corrélateurs 342 qui, sur une première entrée, reçoivent chacun directement la sortie di+l(t) du circuit 320 de suppression d'échos fixes et, sur une deuxième entrée, reçoivent cette même sortie du circuit 320, mais retardée par des lignes à retard 341 et correspondant donc au signal précédent di(t).
De plus, chacune de ces lignes 341 présente, pour permettre le calcul des (21 + 1) valeurs de la fonction de corrélation, un retard distinct prenant (21 + 1) valeurs de T - I At à
T + I At, où Qt représente la période d'échantillonnage imposée par la connexion 106.
T + I At, où Qt représente la période d'échantillonnage imposée par la connexion 106.
Ce calcul, effectué en parallèle, des (21 + 1) valeurs de la fonction de corrélation utilise K échantillons successifs des deux signaux d'entrée des corrélateurs. Les groupes de K échantillons définissent des fenêtres temporelles successives de longueur K At se décalant progressivement au rythme de la fréquence imposée par la connexion 106 La fonction de corrélation est définie par une expression du type
dans laquelle
- J détermine le début de la fenêtre temporelle de longueur K At
- P représente le décalage temporel introduit entre di et di+l et pour lequel on calcule la valeur de la fonction de corrélation (P variant de -I à +I par pas de 1)
- i représente le rang de la différence entre deux lignes échographiques successives ei et ei+l.
dans laquelle
- J détermine le début de la fenêtre temporelle de longueur K At
- P représente le décalage temporel introduit entre di et di+l et pour lequel on calcule la valeur de la fonction de corrélation (P variant de -I à +I par pas de 1)
- i représente le rang de la différence entre deux lignes échographiques successives ei et ei+l.
Les corrélateurs 342, commandés par l'intermédiaire de la connexion 106 de sortie du diviseur de fréquence 23 du séquenceur, sont de préférence des corrélateurs 1 bit qui présentent plusieurs avantages : d'une part, la mise en oeuvre de la méthode de corrélation est simplifiée, d'autre part le pic principal de corrélation obtenu a une forme triangulaire qui se prête bien à une interpolation linéaire, et enfin des corrélateurs 1 bit en circuit intégré sont à l'heure actuelle largement disponibles sur le marché et relativement peu coûteux (par exemple le corrélateur TDC 1023 de la société
TRW, La Jolla, CA 92038, USA). Lorsque la réalisation décrite comprend ces corrélateurs 1 bit, le circuit d'interpolation 350 est donc, en général, un circuit d'interpolation linéaire.La figure 5, montre, pour I = 6 par exemple, les 13 valeurs obtenues de la fonction de corrélation, ainsi que la valeur interpolée correspondant à l'amplitude du sommet du pic principal de corrélation. Sur la figure 4, la fonction de corrélation est notée fi(J, -I) pour le premier corrélateur, fi(J, -(1-1)) pour le suivant (non représenté),... fi(J,O) pour le (I+l)ième, etc..., et fi(J,I) pour le (21 + l)ième corrélateur.
TRW, La Jolla, CA 92038, USA). Lorsque la réalisation décrite comprend ces corrélateurs 1 bit, le circuit d'interpolation 350 est donc, en général, un circuit d'interpolation linéaire.La figure 5, montre, pour I = 6 par exemple, les 13 valeurs obtenues de la fonction de corrélation, ainsi que la valeur interpolée correspondant à l'amplitude du sommet du pic principal de corrélation. Sur la figure 4, la fonction de corrélation est notée fi(J, -I) pour le premier corrélateur, fi(J, -(1-1)) pour le suivant (non représenté),... fi(J,O) pour le (I+l)ième, etc..., et fi(J,I) pour le (21 + l)ième corrélateur.
Le circuit d'interpolation peut être constitué par une unité de calcul programmée, incluant un microprocesseur, ou de préférence par une unité de calcul câblée. Ce circuit d'interpolation fonctionne de la façon suivante : on recherche dans un premier temps la valeur maximale parmi les (21 + 1) valeurs de la fonction de corrélation, on y associe les deux valeurs de fonction de corrélation adjacentes, et ces trois valeurs permettent la reconstitution du pic principal de corrélation, de forme isocèle.L'abscisse T (J) du pic principal de corrélation donne accès à la vitesse locale Vz à la profondeur
par multiplication selon la relation
et l'amplitude fMAx de ce pic donne accès à la variance a 2(po) par opération selon la relation a2 (zo) = A (1 ~ fM#X*(J)) (10) où A est un facteur de proportionalité.
par multiplication selon la relation
et l'amplitude fMAx de ce pic donne accès à la variance a 2(po) par opération selon la relation a2 (zo) = A (1 ~ fM#X*(J)) (10) où A est un facteur de proportionalité.
Entre les (21 + 1) corrélateurs et les (21 + 1) entrées correspondantes du circuit d'interpolation 350 peuvent être prévus, et le sont ici de préférence, (21 + 1) circuits de calcul de moyenne qui sont en fait des accumulateurs comprenant chacun un additionneur 344 et une ligne à retard 345 de retard T (ou un multiple de T). Ces circuits de calcul de moyenne permettent d'accumuler les valeurs de fonction de corrélation sur N lignes échographiques successives et d'en effectuer la moyenne avant envoi vers le circuit d'interpolation. Les additionneurs 344 et les lignes à retard 345 sont reliés au séquenceur (22, 23) par l'intermédiaire de la connexion 104, pour leur remise à zéro A intervalles N x T réguliera. La fréquence de ces remises à zéro impostes par la connexion 104 est celle des signaux présents sur la connexion 102, divisée par N.
Les signaux de sortie du circuit 330 d'estimation des paramètres d'écoulement sont alors validés, ou non, par le circuit discriminateur 360, puis les valeurs ainsi confirmées sont envoyées vers le dispositif de visualisation 312 par l'intermédiaire du dispositif de codage de couleur 370.
La présence du circuit discriminateur 360 est indispensable. En effet, en dehors des zones d'écoulement, le signal de sortie du circuit 320 de suppression des échos fixes est essentiellement du bruit. Le résultat alors fourni par le circuit 330 d'estimation des paramètres de l'écoulement, qui traite ce bruit, n'est pas l'indication d'une vitesse nulle, et il devient nécessaire de valider, ou non, ce résultat.Le circuit 360 comprend à cet effet en série un multiplieur 361 qui reçoit le signal de sortie di du circuit 320 de suppression des échos fixes et élève ce signal de différence au carré, un sommateur 362 qui permet le calcul de l'énergie locale de ce signal de différence selon la formule
un circuit (364, 365) de calcul de moyenne qui, comme dans le cas des circuits 344 et 345, est un accumulateur comprenant un additionneur 364 et une ligne à retard 365 de retard T (ou un multiple de T) et permet d'effectuer la moyenne de l'énergie locale sur N tirs c'est-à-dire (N-l) différences selon l'expression
avant d'envoyer la valeur ains obtenue vers un circuit de validation 460.
un circuit (364, 365) de calcul de moyenne qui, comme dans le cas des circuits 344 et 345, est un accumulateur comprenant un additionneur 364 et une ligne à retard 365 de retard T (ou un multiple de T) et permet d'effectuer la moyenne de l'énergie locale sur N tirs c'est-à-dire (N-l) différences selon l'expression
avant d'envoyer la valeur ains obtenue vers un circuit de validation 460.
Ce circuit de validation 460 comprend un comparateur 461 recevant dTune part sur une première entrée la sortie de l'accumulateur (364, 365j5 ou directement celle du sommateur 362 dans le cas ob le circuit de calcul de moyenne ne serait pas prévu, et d'autre part sur une deuxième entrée 462 une tension de référence formant seuil, la sortie du compars- teur étant ici au niveau logique 0 ou 1 selon que la tension reçue sur sa première entrée est respectivement inférieure ou supérieure au seuil de référence.Deux multiplieurs 463 et 464, qui reçoivent respectivement les signaux de sortie VZ et a2 du circuit 330 sur leur première entrée transmettent ces deux signaux, notés désormais V'z et a'2, sur leur sortie respective ou transmettent simplement des valeurs nulles selon que le signal de validation délivré sur leur deuxième entrée par le com#parateur 461 est 1 ou 0 respectivement. En effet, en dehors des zones d'écoulement vrais, l'énergie moyenne calculée en sortie du circuit (364, 365) est celle du bruit seul, et peut être mesurée seule, a priori, en l'absence d'excitation, en vue de déterminer la valeur appropriée du seuil.Au contraire, en présence de signaux rétrodiffusés par les cibles en mouvement, l'énergie moyenne du signal di est supérieure à celle du bruit seul, ce qui autorise la validation des signaux délivrés par le circuit 330 d'estimation des paramètres de l'écoulement.
Dans une variante de réalisation de ce circuit discriminateur 360, le signal de variance lui-même peut être utilisé comme signal de discrimination. En effet, comme d'un tir à l'autre le bruit est décorrélé, si la variance calculée est grande, c'est parce qu'on se trouve en présence de bruit seul. Au contraire, en présence de signaux rétrodiffusés, la variance est nettement plus faible et, là encore, la présence d'un comparateur 561, recevant sur une première entrée le signal de sortie a2 du multiplieur 462 et sur une deuxième entrée 562 une tension de référence constituant un seuil, et de deux multiplieurs 563 et 564 permet de valider ou non, comme précédemment, les signaux appelés alors V"z et a"2 en sortie de ces multiplieurs.Bien entendu, au lieu d'être situé, comme indiqué sur la figure 6, en aval des multiplieurs 463 et 464 du circuit de validation 460, ce nouveau circuit de validation 560 pourrait être placé en amont du premier circuit de validation, les deux signaux de vitesse et de variance éventuellement validés par lui-même étant alors envoyés sur les entrées correspondantes des multiplieurs 463 et 464.
A la suite des N excitations commandées par le signal 102 et ayant permis la mesure des paramètres d'écoulement ou de déplacement des structures situées sur l'axe du transducteur, un déplacement électronique ou mécanique dudit transducteur est commandé par le signal de commande de balayage 104. Le procédé d'estimation est alors réinitialisé dans une autre direction d'observation.
Les deux sorties du circuit discriminateur 360 sont envoyées vers le dispositif de mémorisation, conversion
de balayage et codage de couleur 370, par lequel transite
également, avant visualisation, le signal de sortie de
l'amplificateur 311 de la voie de traitement 301. Un tel dispositif est décrit par exemple dans la demande de brevet européen EP-A- 0100094. La figure 3 de ce document montre en effet, entre les bornes A, B, C et ER, EG, Es, un exemple des circuits qui peuvent être mis en place dans le cas de l'invention, la borne A recevant le signal échographique classique et les bornes B et C les paramètres caractéristiques du milieu en mouvement examiné. Ce dispositif 370 et le dispositif 312 permettent alors la visualisation en temps réel des écoulements ou des déplacements superposés à l'image de re flectivité échographique classique.
de balayage et codage de couleur 370, par lequel transite
également, avant visualisation, le signal de sortie de
l'amplificateur 311 de la voie de traitement 301. Un tel dispositif est décrit par exemple dans la demande de brevet européen EP-A- 0100094. La figure 3 de ce document montre en effet, entre les bornes A, B, C et ER, EG, Es, un exemple des circuits qui peuvent être mis en place dans le cas de l'invention, la borne A recevant le signal échographique classique et les bornes B et C les paramètres caractéristiques du milieu en mouvement examiné. Ce dispositif 370 et le dispositif 312 permettent alors la visualisation en temps réel des écoulements ou des déplacements superposés à l'image de re flectivité échographique classique.
Claims (12)
1. Appareil d'exploration de milieux en mouvement par échographie ultrasonore, et notamment d'écoulements sanguins, en vue de la détermination des paramètres de mouvement de tels milieux, ledit appareil comprenant au moins un transducteur ultrasonore associé à un étage d'émission périodique d'un signal impulsionnel de fréquence de récurrence déterminée F = 1/T et à un étage de réception des signaux échographiques renZ voyés vers le transducteur et de traitement de ces signaux re çus, et étant caractérisé en ce qu'il comprend une voie de traitement numérique composée successivement d'un circuit de suppression des échos fixes, d'un circuit d'estimation de paramètres d'écoulement, d'un circuit discriminateur, d 3 un dispositif de mémorisation, de conversion de balayage et de codage de couleur, et d'un dispositif de visualisation.
2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il lui est associé une voie de traitement analogique traditionnelle, pour le visualisation de plans de coupe explorés selon le principe de l'échographie classique.
3. Appareil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le circuit de suppression des Schos fixes comprend successivement un convertisseur analogique-nu mérique,commandé par des signaux de commande du rythme d'échantillonnage à une fréquence f = 1/ At, et un soustrac teur recevant sur sa première entrée de signe déterminé directement la sortie du convertisseur et sur sa deuxième entrée de signe contraire cette même sortie mais retardée d'un nombre entier de périodes At d'échantillonnage dans un circuit b retard, et délivrant un signal dit de différence.
4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit d'estimation de paramètres d'écoulement comprend d'une part un circuit d'intercorrélation qui, à partir desdits signaux de différence relatifs à deux lignes échographiques successives, délivre un nombre déterminé de valeurs de fonction de corrélation, et d'autre part un circuit d'interpolation qui, à partir desdites valeurs, délivre des paramètres représentatifs de la vitesse des milieux explorés le long de l'axe de propagation des ondes ultrasonores.
5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit d'intercorrélation comprend un nombre impair (21 + 1) de voies en parallèle composées chacune d'un corrêla- teur commandé par lesdits signaux de commande à la fréquence d'échantillonnage F, lesdits (21 + 1\ corrélateurs recevant sur une première entrée directement ledit signal de différence délivré par le circuit de suppression des échos fixes et sur une deuxième entrée ce même signal mais retardé dans des lignes à retard dont les retards prennent (21 + 1) valeurs dis tinctes T - I At, Tw t, TM At, T#(I-2) At, ..., T - At, T,
T+ At,..., T+(I-2) At, T+(I-1) at, T+I At, et délivrant (21 + 1) valeurs de fonction de corrélation.
6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que les corrélateurs sont des corrélateurs 1 bit et en ce que le circuit d'interpolation est un circuit d'interpolation linéaire.
7. Appareil selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'un circuit de calcul de moyenne est insu~ ré dans chacune des (21 + 1) voies en parallèle du circuit d'intercorrélation, entre la sortie des corrélateurs et les entrées respectives du circuit d'interpolation.
8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que les (2I + 1) circuits de calcul de moyenne comprennent chacun un accumulateur constitué successivement d'un additionneur, recevant sur une première entrée la sortie du corrélateur correspondant, et d'une ligne à retard de retard égal à T ou un multiple de T dont la sortie est renvoyée sur la deuxième entrée de l'additionneur, les sorties des additionneurs constituant les sorties des (2I+1) voies en parallèle.
9. Appareil selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que le circuit discriminateur comprend successivement un circuit (361) d'élévation au carré du signal de différence délivré par le circuit de suppression des échos fixes, un sommateur de calcul de l'énergie locale du signal de différence, et un circuit de validation, ou non, des signaux de sortie du circuit d'estimation de paramètres d'écoulement selon la valeur calculée de ladite énergie locale.
10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend un deuxième circuit de validation, ou non, desdits signaux de sortie du circuit d'estimation de paramè- tres d'écoulement selon la valeur de l'un au moins desdits paramètres d'écoulement.
11. Appareil selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que chaque circuit de validation comprend un comparateur à seuil et deux multiplieurs placés en série sur chaque voie de transfert des paramètres estimés pour transmettre ces deux paramètres ou simplement des valeurs nulles selon que le signal de validation délivré par le comparateur est 1 ou 0 respectivement.
12. Appareil selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que le circuit discriminateur comprend un accumulateur inséré en série entre la sortie du sommateur et l'entrée du premier circuit de validation pour calculer l'énergie locale moyenne du signal de différence.
Priority Applications (11)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8517851A FR2590790B1 (fr) | 1985-12-03 | 1985-12-03 | Appareil d'exploration par echographie ultrasonore de milieux en mouvement et notamment d'ecoulements sanguins ou d'organes tels que le coeur |
| US06/900,296 US4803990A (en) | 1985-12-03 | 1986-08-25 | Examining moving objects by ultrasound echograpy |
| CA000524010A CA1268245A (fr) | 1985-12-03 | 1986-11-27 | Appareil d'examen d'objets en mouvement, notamment de l'ecoulement du sang, au moyen de l'echographie |
| ES198686202109T ES2039352T3 (es) | 1985-12-03 | 1986-11-27 | Aparato de exploracion por ecografia ultrasonora de medios en movimiento y principalmente de flujos sanguineos o de organos tales como el corazon. |
| DE8686202109T DE3687741T2 (de) | 1985-12-03 | 1986-11-27 | Geraet zur ultraschallechographie der bewegung von koerperorganen, insbesondere der blutstroemung oder des herzens. |
| EP86202109A EP0225667B1 (fr) | 1985-12-03 | 1986-11-27 | Appareil d'exploration par échographie ultrasonore de milieux en mouvement et notamment d'écoulements sanguins ou d'organes tels que le coeur |
| CN86108163.3A CN1014491B (zh) | 1985-12-03 | 1986-11-29 | 利用超声回波测记术对运动物体(特别是血流)的扫描设备 |
| AU65853/86A AU596386B2 (en) | 1985-12-03 | 1986-12-01 | Apparatus for scanning moving objects, notably flowing blood, by means of ultrasound echography |
| IL80822A IL80822A (en) | 1985-12-03 | 1986-12-01 | Apparatus for scanning moving objects,notably flowing blood,by means of ultrasound echography |
| JP61286103A JPH0734800B2 (ja) | 1985-12-03 | 1986-12-02 | 超音波エコ−グラフイ装置 |
| BR8606105A BR8606105A (pt) | 1985-12-03 | 1986-12-10 | Aparelho para explorar objetos em movimento,especialmente a circulacao sanguinea,por intermedio de ecografia ultra-sonica |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8517851A FR2590790B1 (fr) | 1985-12-03 | 1985-12-03 | Appareil d'exploration par echographie ultrasonore de milieux en mouvement et notamment d'ecoulements sanguins ou d'organes tels que le coeur |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2590790A1 true FR2590790A1 (fr) | 1987-06-05 |
| FR2590790B1 FR2590790B1 (fr) | 1990-06-22 |
Family
ID=9325379
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8517851A Expired - Lifetime FR2590790B1 (fr) | 1985-12-03 | 1985-12-03 | Appareil d'exploration par echographie ultrasonore de milieux en mouvement et notamment d'ecoulements sanguins ou d'organes tels que le coeur |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2590790B1 (fr) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2629997A1 (fr) * | 1988-04-19 | 1989-10-20 | Labo Electronique Physique | Dispositif de mesure par correlation de la vitesse d'organes en mouvement et d'ecoulements sanguins |
| EP0441451A1 (fr) * | 1990-02-09 | 1991-08-14 | Laboratoires D'electronique Philips S.A.S. | Dispositif de mesure de la vitesse d'organes en mouvement et d'écoulements sanguins par échographie ultrasonore, à vitesse limite de mesure élevée |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0081045A1 (fr) * | 1981-12-03 | 1983-06-15 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Installation de diagnostic par ultrasons |
| EP0092841A2 (fr) * | 1982-04-28 | 1983-11-02 | Aloka Co. Ltd. | Dispositif ultrasonique de diagnostic |
-
1985
- 1985-12-03 FR FR8517851A patent/FR2590790B1/fr not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0081045A1 (fr) * | 1981-12-03 | 1983-06-15 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Installation de diagnostic par ultrasons |
| EP0092841A2 (fr) * | 1982-04-28 | 1983-11-02 | Aloka Co. Ltd. | Dispositif ultrasonique de diagnostic |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2629997A1 (fr) * | 1988-04-19 | 1989-10-20 | Labo Electronique Physique | Dispositif de mesure par correlation de la vitesse d'organes en mouvement et d'ecoulements sanguins |
| EP0338618A1 (fr) * | 1988-04-19 | 1989-10-25 | Laboratoires D'electronique Philips | Dispositif de mesure par corrélation de la vitesse d'organes en mouvement et d'écoulements sanguins |
| EP0441451A1 (fr) * | 1990-02-09 | 1991-08-14 | Laboratoires D'electronique Philips S.A.S. | Dispositif de mesure de la vitesse d'organes en mouvement et d'écoulements sanguins par échographie ultrasonore, à vitesse limite de mesure élevée |
| FR2658069A1 (fr) * | 1990-02-09 | 1991-08-16 | Philips Electronique Lab | Dispositif de mesure de la vitesse d'organes en mouvement et d'ecoulements sanguins par echographie ultrasonore, a vitesse limite de mesure elevee. |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2590790B1 (fr) | 1990-06-22 |
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