FR2596156A1 - Ultrasonic echograph made of an electrostrictive material in near Fresnel arrays - Google Patents

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Abstract

Ultrasonic echograph in near Fresnel arrays comprising a focusing array of n ultrasonic transducers and in which the ultrasonic transducers (a, b, c,..., i, ..., n-1, n) are made of an electrostrictive material without residual polarisation, and the said polarisation is produced by a polarisation stage comprising: 1 a source 501 of p d.c. polarisation voltages, 2 a demultiplexing and switching circuit 502 receiving on the one hand the p polarisation voltages and on the other hand a combination of m bits selecting the said voltages in order to supply them to the transducers, 3 a circuit for determining the phase law 503 composed of a memory 521 intended to supply the n digital combinations relating to the n demultiplexers, and 4 a sequencer 520. Application: echographs used in medicines.

Description

"ECHOGRAPHE ULTRASONORE EN MATERIAU ELECTROSTRICTIF EN RESEAUX DE
FRESNEL APPROCHES".
"ULTRASONIC ECHOGRAPH IN ELECTROSTRICTIVE MATERIAL IN NETWORKS
FRESNEL APPROCHES ".

La présente invention concerne un échographe ultrasonore en matériau électrostricitif en réseaux de Fresnel approchés, destiné notamment à être utilisé dans le domaine médical pour l'examen de tissus biologiques. The present invention relates to an ultrasound ultrasound system made of electrostrictive material in approximate Fresnel networks, intended in particular to be used in the medical field for the examination of biological tissues.

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique déposé le 24 mai.1954 et délivré le 24 février 1959 sous le nO 2 875 355 au nom de la société cessionnaire Gulton Industries décrit, comme il apparaît notamment de la colonne 1, ligne 64, à la colonne 4, ligne 13, un transducteur ultrasonore focalisant qui, pour permettre ladite focalisatior. est composé de zones adjacentes polarisées de façon opposée. Les dimensions des zones sont choisies de façon que la succession des polarisations de signe opposé permette effectivement, selon le principe des réseaux zonés de Sauret, un décalage moyen d'une demilongueur d'onde entre les trajets ultrasonores à partir de deux zones successives, la focalisation ainsi obtenue étant de type sphérique (voir les figures 2 à 5 du brevet cité) ou cylindrique (voir la figure 15 de ce même document). The patent of the United States of America filed on May 24, 1954 and issued on February 24, 1959 under No. 2,875,355 in the name of the transferee company Gulton Industries describes, as it appears in particular from column 1, line 64, to column 4, line 13, a focusing ultrasonic transducer which, to enable said focusing. is composed of adjacent zones polarized in opposite directions. The dimensions of the zones are chosen so that the succession of polarizations of opposite sign effectively allows, according to the principle of Sauret zoned networks, an average shift of half a wavelength between the ultrasonic paths from two successive zones, the focusing thus obtained being of spherical type (see FIGS. 2 to 5 of the cited patent) or cylindrical type (see FIG. 15 of this same document).

La loi de phase correspondant à ce mode de polarisation est représentée sur la figure 1 de la présente demande. Cette loi de phase en tout ou rien est donc réalisée au moyen d'une loi de sensibilité à deux états de polarité opposée. The phase law corresponding to this polarization mode is represented in FIG. 1 of the present application. This all-or-nothing phase law is therefore achieved by means of a sensitivity law with two states of opposite polarity.

Un inconvénient d'un tel dispositif est de créer une inhomogénéité dans la focalisation par l'obtention de foyers harmoniques avec comme conséquence un renforcement du bruit de fond ultrasonore. A drawback of such a device is to create an inhomogeneity in the focusing by obtaining harmonic foci with as a consequence a reinforcement of the ultrasonic background noise.

Le but de l'invention est de proposer un appareil d'examen de milieux remédiant à cet inconvénient. The object of the invention is to propose an apparatus for examining environments which overcomes this drawback.

L'invention concerne à cet effet un échographe ultrasonore en réseaux de Fresnel approchés comprenant un réseau focalisant de n transducteurs ultrasonores associé à un étage d'émission pour l'émission répétée d'ondes ultrasonores vers la région à explorer et à un étage de réception pour le traitement des échos reçus en retour, caractérisé en ce que
(A) les transducteurs ultrasonores sont réalisés en un matériau électrostrictif à polarisation non rémanente;
(B) ladite polarisation est réalisée par l'intermédiaire d'un étage de polarisation composé des circuits suivants
(1) une source de p tensions continues de polarisation;;
(2) un circuit de démultiplexage et d'aiguillage, composé de n démultiplexeurs recevant chacun d'une part les p tensions continues de polarisation et d'autre part une combinaison de m bits sélectionnant l'une desdites tensions, et fournissant ladite tension sélectionnée, par l'intermédiaire d'une résistance de polarisation en série, au transducteur ultrasonore associé respectivement à ce démultiplexeur;
(3) un circuit de détermination de la loi de sensibilité correspondant à deux états de phase et à p/2 ou (p+l)/2 états d'amplitude selon la parité de p, composé notamment d'une mémoire, destinée à fournir aux n démultiplexeurs n combinaisons numériques respectives et indiquant à chaque démultiplexeur celle des tensions continues qu'il doit sélectionner pour la polarisation du transducteur qui lui est associé;;
(4) un séquenceur comprenant essentiellement un circuit d'horloge destiné à fixer la durée des périodes d'émission et de réception.
To this end, the invention relates to an ultrasound ultrasound system using approximate Fresnel networks comprising a focusing network of n ultrasonic transducers associated with a transmission stage for the repeated emission of ultrasonic waves towards the region to be explored and with a reception stage. for processing echoes received in return, characterized in that
(A) the ultrasonic transducers are made of an electrostrictive material with non-remanent polarization;
(B) said polarization is achieved by means of a polarization stage composed of the following circuits
(1) a source of p direct bias voltages;
(2) a demultiplexing and routing circuit, composed of n demultiplexers each receiving on the one hand the p DC bias voltages and on the other hand a combination of m bits selecting one of said voltages, and supplying said selected voltage , via a polarization resistor in series, to the ultrasonic transducer associated respectively with this demultiplexer;
(3) a circuit for determining the sensitivity law corresponding to two phase states and p / 2 or (p + l) / 2 amplitude states according to the parity of p, composed in particular of a memory, intended for providing n demultiplexers with n respective digital combinations and indicating to each demultiplexer that of the DC voltages which it must select for the polarization of the transducer which is associated with it;
(4) a sequencer essentially comprising a clock circuit intended to fix the duration of the transmission and reception periods.

Dans l'appareil ainsi proposé, l'utilisation de transducteurs en matériau électrostrictif et la polarisation de ceux-ci à l'aide d'un étage de polarisation de structure originale permettent de réaliser une focalisation très précise à l'aide de circuits électroniques simplifiés. En effet, la loi de phase théorique à laquelle correspondrait l'obtention exacte de réseaux zonés de Fresnel, c'est à dire une focalisation parfaite avec l'exacte progressivité nécessaire des décalages entre transducteurs successifs, est représenté sur la figure 2. L'utilisation de l'étage de polarisation selon l'invention permet alors d'imposer à chaque transducteur du réseau, dans chacun de ses deux états possibles de polarité opposée , une loi de variation discrète d'amplitude permettant de réduire l'inconvénient mentionné plus haut de la focalisation approximative à deux états de phase. In the apparatus thus proposed, the use of transducers made of electrostrictive material and the polarization thereof using a polarization stage of original structure makes it possible to achieve very precise focusing using simplified electronic circuits. . In fact, the theoretical phase law to which the exact obtaining of zoned Fresnel networks would correspond, that is to say perfect focusing with the exact progressive progressiveness of the offsets between successive transducers, is represented in FIG. 2. use of the polarization stage according to the invention then makes it possible to impose on each transducer of the network, in each of its two possible states of opposite polarity, a discrete amplitude variation law making it possible to reduce the drawback mentioned above approximate focus to two phase states.

Plus précisément, la focalisation ainsi obtenue est d'autant plus voisine de celle qui est théoriquement nécessaire que le nombre p de tensions continues de polarisation , positives ou négatives, fournies par la source de tensions continues pour obtenir ces différentes amplitudes est plus élevé.More precisely, the focusing thus obtained is all the more similar to that which is theoretically necessary as the number p of DC bias voltages, positive or negative, supplied by the DC voltage source to obtain these different amplitudes.

Dans le cas d'un échographe -ultrasonore selon l'invention, du type à balayage séquentiel, constitué par une barrette linéaire de n transducteurs ultrasonores, ledit circuit de détermination de la loi de sensibilité comporte également un compteur dont le nombre d'états correspond au nombre de directions parallèles différentes dans lesquelles on veut opérer un examen avec focalisation des ondes ultrasonores, et ledit circuit d'horloge fixe le rythme de changement d'état des compteurs. In the case of an ultrasound ultrasound system according to the invention, of the sequential scanning type, constituted by a linear array of n ultrasonic transducers, said circuit for determining the law of sensitivity also includes a counter whose number of states corresponds the number of different parallel directions in which an examination with focusing of the ultrasonic waves is to be carried out, and said clock circuit fixes the rate of change of state of the counters.

Toujours dans le cas d'un échographe à balayage séquentiel, il est également prévu que, le nombre de transducteurs consécutifs participant à un même tir étant q, les tensions de polarisation des n-q autres transducteurs sont égales à zéro. Still in the case of a sequential scanning ultrasound system, it is also expected that, the number of consecutive transducers participating in the same shot being q, the bias voltages of the n-q other transducers are equal to zero.

Les particularités et avantages de l'invention apparaîtront maintenant de façon plus détaillée dans la description qui suit et dans les dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, et dans lesquels
- les figures 1 et 2 sont des courbes P = f(D) où
P représente la phase et D la distance considérée à partir de la partie centrale du réseau de transducteurs, montrant respectivement une loi de phase simplifiée qui permet l'obtention de réseaux zonés de Sauret à l'aide d'un réseau de transducteurs à deux états de polarisation, et la loi de phase théorique de Fresnel qui en permet l'obtention exacte.
The features and advantages of the invention will now appear in more detail in the description which follows and in the appended drawings, given by way of nonlimiting examples, and in which
- Figures 1 and 2 are curves P = f (D) where
P represents the phase and D the distance considered from the central part of the network of transducers, respectively showing a simplified phase law which makes it possible to obtain zoned Sauret networks using a network of transducers with two states of polarization, and Fresnel's theoretical phase law which allows it to be obtained exactly.

La loi de phase simplifiée peut être obtenue en considérant une loi de sensibilité S = f(D) à 2 états variant identiquement suivant D,
- la figure 3 montre un exemple de réalisation de l'appareil selon l'invention,
- les figures 4a à 4d sont des diagrammes temporels montrant respectivement l'allure du signal périodique (tension électrique) définissant la cadence des cycles d'émission-réception, l'allure du signal périodique retardé réellement fourni au générateur d'excitation électrique des transducteurs, l'allure du signal périodique fixant la durée de l'émission dans le cycle d'émission-réception, et l'allure de la tension électrique aux bornes de l'un des transducteurs ultrasonores dans le cas d'un changement de polarité et donc de phase à l'instant dit t3
- la figure 5 montre l'allure de la loi de sensibilité qui peut être obtenue si l'on dispose de cinq tensions continues de polarisation possibles et qui permet de réaliser une loi de phase à deux états et une loi d'amplitude à trois états.
The simplified phase law can be obtained by considering a sensitivity law S = f (D) with 2 states varying identically according to D,
FIG. 3 shows an embodiment of the device according to the invention,
- Figures 4a to 4d are time diagrams respectively showing the shape of the periodic signal (electrical voltage) defining the cadence of the emission-reception cycles, the shape of the delayed periodic signal actually supplied to the electrical excitation generator of the transducers , the shape of the periodic signal fixing the duration of the emission in the emission-reception cycle, and the shape of the electric voltage across one of the ultrasonic transducers in the case of a change in polarity and so phase at time said t3
- Figure 5 shows the shape of the sensitivity law which can be obtained if there are five possible DC bias voltages and which allows to realize a phase law with two states and an amplitude law with three states .

- la figure 6 montre un exemple de démultiplexeur dans ce cas d'une loi de sensibilité à cinq états de polarisation possibles. - Figure 6 shows an example of a demultiplexer in this case of a sensitivity law with five possible polarization states.

L'appareil selon l'invention comprend, en référence à la figure 3, d'une part un réseau de n transducteurs ultrasonores, par exemple 32 ou 64, et réalisés en un matériau électrostrictif à polarisation (ferroélectrique) non rémanente (c'est à dire un matériau dont la sensibilité de transduction est directement liée à la valeur de tension de polarisation qui lui est appliquée et s'annule en même temps que celle-ci), par exemple des céramiques dopées de niobate de plomb et de magnésium telles que celles décrites dans l'article de
S.J. Jang et al., IEEE Ferroelectrics Symposium, vol. 27, 1980, pp 31-34.
The apparatus according to the invention comprises, with reference to FIG. 3, on the one hand a network of n ultrasonic transducers, for example 32 or 64, and made of an electrostrictive material with non-remanent (ferroelectric) polarization (this is ie a material whose transduction sensitivity is directly linked to the value of the bias voltage applied to it and cancels out at the same time as it), for example ceramics doped with lead niobate and magnesium such as those described in the article by
SJ Jang et al., IEEE Ferroelectrics Symposium, vol. 27, 1980, pp 31-34.

L'appareil comprend également un étage d'émission 100, composé d'un générateur d'excitation électrique 101 et d'une diode 102 en série avec celui-ci pour placer ledit étage d'émission sous haute impédance par rapport aux éléments transducteurs, n condensateurs 200a à 200n en parallèle interposés entre la sortie de l'étage d'émission et chacun des n transducteurs, et un étage de réception 300, composé d'un sommateur 301 recevant les n signaux de réception délivrés par les n transducteurs et d'un circuit classique de traitement CFC de signal échographique comprenant ici par exemple un amplificateur, un circuit de contrôle automatique de gain, et un dispositif de mémorisation et/ou de visualisation. Des commutateurs 400a à 400n placés entre la sortie de l'étage d'émission 100, les condensateurs 200a à 200n et les n entrées du sommateur 301 de l'étage de réception, permettent la séparation des étages d'émission et de réception, ces commutateurs basculant au rythme du signal périodique de la figure 4c décrite ci-après, et évitent notamment l'aveuglement de l'étage de réception par l'étage d'émission.The apparatus also comprises an emission stage 100, composed of an electrical excitation generator 101 and a diode 102 in series with the latter for placing said emission stage under high impedance with respect to the transducer elements, n capacitors 200a to 200n in parallel interposed between the output of the transmission stage and each of the n transducers, and a reception stage 300, composed of an adder 301 receiving the n reception signals delivered by the n transducers and d a conventional CFC ultrasound signal processing circuit comprising here for example an amplifier, an automatic gain control circuit, and a storage and / or display device. Switches 400a to 400n placed between the output of the emission stage 100, the capacitors 200a to 200n and the n inputs of the summator 301 of the reception stage, allow the separation of the emission and reception stages, these switches toggling at the rate of the periodic signal of FIG. 4c described below, and in particular avoid the blindness of the reception stage by the transmission stage.

L'appareil comprend enfin un étage de polarisation composé d'une source de tensions de polarisation 501, d'un circuit de démultiplexage et d'aiguillage 502, d'un circuit de détermination de la loi de sensibilité 503, et d'un séquenceur 520. La source 501 de tensions de polarisation est capable de délivrer p tensions continues de polarisation distinctes, positives ou négatives, correspondant aux p états possibles de polarisation que l'on veut imposer aux n transducteurs électrostrictifs.Dans un exemple particulier de réalisation, on supposera qu'il y a seulement deux états possibles de polarisation, correspondant par exemple à deux tensions de polarisation de +500 volts et de -500 volts, mais l'invention s'applique de façon identique lorsqu'on impose aux n transducteurs une loi de sensibilité à p états, pour permettre une focalisation plus précise comme on l'a vu plus haut. The apparatus finally comprises a bias stage composed of a source of bias voltages 501, a demultiplexing and switching circuit 502, a circuit for determining the law of sensitivity 503, and a sequencer 520. The source 501 of polarization voltages is capable of delivering p separate continuous polarization voltages, positive or negative, corresponding to the p possible states of polarization which it is wished to impose on the n electrostrictive transducers. In a particular embodiment, assume that there are only two possible polarization states, corresponding for example to two polarization voltages of +500 volts and -500 volts, but the invention applies identically when a law is imposed on the n transducers sensitivity to p states, to allow more precise focusing as we saw above.

Le circuit de démultiplexage et d'aiguillage 502 comprend n démultiplexeurs 502a à 502n, qui reçoivent chacun d'une part les p tensions de polarisation possibles (dans l'exemple décrit, p = 2, et les démultiplexeurs se réduisent alors à de simples commutateurs) fourres par la source 501 et d'autre part une combinaison de m bits fixant pour le transducteur électrostrictif concerné celle des p tensions continues de polarisation qu'il va recevoir et fixant aussi par conséquent la sensibilité de ce transducteur. Si p = 2, il suffit que m = 1 pour exprimer deux états possibles; si p = 3 ou p = 4, m = 2 permet d'exprimer les trois, ou quatre, états correspondants, et ainsi de suite.Le circuit de démultiplexage et d'aiguillage 502 prévoit en sortie des n démultiplexeurs 502a à 502n un nombre égal de résistances 512a à 512n à l'entrée des n branches menant aux n transducteurs (dans l'exemple décrit, la valeur de ces n résistances de polarisation a été choisie égale à 1000 ohms environ). The demultiplexing and switching circuit 502 comprises n demultiplexers 502a to 502n, which each receive on the one hand the p possible bias voltages (in the example described, p = 2, and the demultiplexers are then reduced to simple switches ) cores by the source 501 and on the other hand a combination of m bits fixing for the electrostrictive transducer concerned that of the p DC bias voltages that it will receive and consequently also fixing the sensitivity of this transducer. If p = 2, it suffices that m = 1 to express two possible states; if p = 3 or p = 4, m = 2 makes it possible to express the three, or four, corresponding states, and so on. The demultiplexing and switching circuit 502 provides at the output of the n demultiplexers 502a to 502n a number equal to resistors 512a to 512n at the input of the n branches leading to the n transducers (in the example described, the value of these n bias resistors has been chosen to be approximately 1000 ohms).

Le circuit 503 de détermination .de la loi de sensibilité permet de fixer la combinaison de m bits sélectionnant la tension de polarisation imposée distinctement à chacun de ces transducteurs. The circuit 503 for determining the sensitivity law makes it possible to fix the combination of m bits selecting the bias voltage imposed separately on each of these transducers.

Cette combinaison numérique associée à la loi de sensibilité correspondante est délivrée par une mémoire 521, par exemple de type ROM ou PROM, préalablement chargée avec les valeurs correspondant à la meilleure expression possible de ladite loi de sensibilité, compte tenu du nombre de tensions de polarisation distinctes fournies par la source 501. Cette mémoire est reliée à un compteur 522 dont le nombre d'états est, dans le cas d'une barrette à balayage séquentiel, le nombre de directions parallèles différentes voulu et dont l'entrée est à son tour commandée par un circuit d'horloge 523, délivrant le signal représenté sur la figure 4a : la période dl du signal périodique ainsi délivré correspond à la durée d'un cycle d'émission-réception ultrasonore pour une direction parallèle déterminée.This digital combination associated with the corresponding sensitivity law is delivered by a memory 521, for example of the ROM or PROM type, previously loaded with the values corresponding to the best possible expression of said sensitivity law, taking into account the number of bias voltages. distinct sources provided by the source 501. This memory is connected to a counter 522 whose number of states is, in the case of a sequential scanning array, the number of different parallel directions desired and whose input is in turn controlled by a clock circuit 523, delivering the signal shown in FIG. 4a: the period dl of the periodic signal thus delivered corresponds to the duration of an ultrasonic transmission-reception cycle for a determined parallel direction.

Ce circuit d'horloge 523 fait partie du séquenceur 520 et commande non seulement le compteur 522 mais aussi, dans le séquenceur, des circuits à retard 601 et 602. Le circuit à retard 601, placé entre le circuit d'horloge 523 et le générateur d'excitation électrique 101, apporte au signal de la figure 4a un retard T1 (voir sur la figure 4b le nouveau signal ainsi engendré) qui correspond au temps de récupération nécessaire pour déclencher l'émission d'ondes ultrasonores lorsque la polarisation des transducteurs est effective. This clock circuit 523 is part of the sequencer 520 and controls not only the counter 522 but also, in the sequencer, delay circuits 601 and 602. The delay circuit 601, placed between the clock circuit 523 and the generator of electrical excitation 101, brings to the signal of FIG. 4a a delay T1 (see in FIG. 4b the new signal thus generated) which corresponds to the recovery time necessary to trigger the emission of ultrasonic waves when the polarization of the transducers is effective.

Le circuit à retard 602 fixe la durée d2 de fonctionnement en mode émetteur. L'impulsion de durée correspondante, représentée sur la figure 4c, et de période de répétition égale à celle des impulsions de durée dl de la figure 4a (par exemple 1 milliseconde dans l'exemple considéré) est délivrée par une bascule bistable 603 dont les entrées sont l'une reliée directement à la sortie du circuit d'horloge 523, par exemple pour la venue au niveau supérieur de l'impulsion, et l'autre reliée à cette même sortie mais par l'intermédiaire du circuit à retard 602 pour le basculement inverse (le retour au niveau inférieur de l'impulsion dans l'exemple considéré).C'est ce signal périodique de la figure 4c qui est envoyé vers les commutateurs 400a à 400n insérés entre les étages d'émission et de réception 100 et 300, afin d'assurer la commande automatique du fonctionnement de l'appareil d'examen en mode d'émission ou en mode de réception.The delay circuit 602 fixes the duration d2 of operation in transmitter mode. The pulse of corresponding duration, represented in FIG. 4c, and of repetition period equal to that of the pulses of duration dl of FIG. 4a (for example 1 millisecond in the example considered) is delivered by a flip-flop 603 whose inputs are one directly connected to the output of the clock circuit 523, for example for coming to the upper level of the pulse, and the other connected to this same output but via the delay circuit 602 for reverse switching (the return to the lower level of the pulse in the example considered). It is this periodic signal of FIG. 4c which is sent to the switches 400a to 400n inserted between the transmit and receive stages 100 and 300, in order to ensure automatic control of the operation of the examination apparatus in transmission mode or in reception mode.

La figure 4d montre l'allure de la tension électrique aux bornes d'un transducteur, dans le cas d'une loi de sensibilité à deux états concrétisée par l'existence de deux tensions de polarisation possibles. On a mis en évidence sur cette figure 4d le temps de retard
T1, correspondant au temps de récupération nécessaire avant le déclenchement effectif de l'émission d'ondes ultrasonores, la durée dl d'un cycle d'émission-réception, et la durée d2 du fonctionnement en modé émetteur, et on a fait apparaître sur le signal électrique d'excitation des échos en provenance de la structure examinée.
FIG. 4d shows the shape of the electrical voltage across a transducer, in the case of a two-state sensitivity law embodied by the existence of two possible bias voltages. We highlighted in this figure 4d the delay time
T1, corresponding to the recovery time required before the effective triggering of the emission of ultrasonic waves, the duration dl of a transmission-reception cycle, and the duration d2 of operation in transmitter mode, and we have shown on the electrical signal for excitation of the echoes coming from the structure examined.

L'invention, décrite par souci de simplification pour une loi de sensibilité à deux états, est applicable dans le cas tout à fait général d'une loi à p états, et cette application va être succinctement présentée ci-dessous. The invention, described for the sake of simplification for a two-state sensitivity law, is applicable in the completely general case of a p-state law, and this application will be succinctly presented below.

La loi de phase théorique à laquelle correspondrait une focalisation parfaite a été représentée sur la figure 2 et sa
2 traduction analytique est donnée par l'expression y = cosax2 ou
= = r / (X .f) ( 1 étant la longueur d'onde associée à la fréquence des ondes ultrasonores engendrées, c'est à dire à la fréquence de travail des transducteurs, et f étant la distance focale). Une loi de phase à deux états constitue une approximation d'autant meilleure que la loi d'amplitude qui lui est associée comporte plus de niveaux de quantification et permet donc de réduire d'autant mieux l'effet des foyers harmoniques. Si l'on choisit par exemple p = 5 c'est à dire cinq niveaux de sensibilité correspondants à une loi de phase à deux états et une loi d'amplitude à trois états. Cette loi de sensibilité est représentée par la courbe de la figure 5.Les circuits de l'étage de réception sont alors naturellement un peu plus complexes que dans l'exemple précédemment décrit. D'une part, la source de tensions de polarisation doit maintenant délivrer quatre tensions continues
V, V/2, -V/2, -V, la tension nulle à laquelle correspond le cinquième état de polarisation étant obtenue par simple mise à la masse. D'autre part le mot mémoire correspondant à un état quelconque de polarisation et transmis de la mémoire 521 à l'un quelconque 502i des démultiplexeurs est plus long, ce qui implique une capacité mémoire plus importante.
The theoretical phase law to which perfect focusing would correspond has been represented in FIG. 2 and its
2 analytical translation is given by the expression y = cosax2 or
= = r / (X .f) (1 being the wavelength associated with the frequency of the ultrasonic waves generated, ie with the working frequency of the transducers, and f being the focal distance). A two-state phase law constitutes an approximation all the better as the amplitude law which is associated with it comprises more quantization levels and therefore makes it possible to reduce the effect of the harmonic foci all the better. If we choose for example p = 5, that is to say five levels of sensitivity corresponding to a two-state phase law and a three-state amplitude law. This sensitivity law is represented by the curve of FIG. 5. The circuits of the reception stage are then naturally a little more complex than in the example previously described. On the one hand, the source of bias voltages must now deliver four DC voltages
V, V / 2, -V / 2, -V, the zero voltage to which the fifth polarization state corresponds being obtained by simple grounding. On the other hand the memory word corresponding to any state of polarization and transmitted from memory 521 to any 502i of the demultiplexers is longer, which implies a greater memory capacity.

On pourra pour cinq états choisir par exemple des mots de 3 bits 000 pour V, 001 pour V/2, 010 pour O volt, 011 pour -V/2, 100 pour -V, les n mots adressés respectivement à chacun des n démultiplexeurs 502a à 502n du circuit de démultiplexage et d'aiguillage 502 étant choisis parmi ces cinq expressions, et le triplet binaire ABC constituant ces mots étant adressé à chaque démultiplexeur selon le schéma de la figure 6.We can for five states choose for example words of 3 bits 000 for V, 001 for V / 2, 010 for O volt, 011 for -V / 2, 100 for -V, the n words addressed respectively to each of the n demultiplexers 502a to 502n of the demultiplexing and switching circuit 502 being chosen from these five expressions, and the binary triplet ABC constituting these words being addressed to each demultiplexer according to the diagram in FIG. 6.

Lorsqu'une barrette linéaire de transducteurs est utilisée en balayage séquentiel, on sait que seul un nombre déterminé q de transducteurs participent à un même tir, les n-q autres étant généralement mis à la masse. Le balayage s'effectue alors en décalant de un la position des q transducteurs. Le dispositif décrit présente l'avantage d'éviter la mise à la masse des n-q transducteurs inutilisés en décidant d'appliquer à tous les n transducteurs une tension de polari sation, celle-ci étant nulle pour lesdits n-q transducteurs dont l'état est déterminé par un mot mémoire particulier prédéfini. When a linear array of transducers is used in sequential scanning, it is known that only a determined number q of transducers participate in the same firing, the n-q others being generally grounded. The scanning is then carried out by shifting the position of the q transducers by one. The device described has the advantage of avoiding the grounding of the nq unused transducers by deciding to apply to all the n transducers a polarization voltage, this being zero for said nq transducers whose state is determined by a particular predefined memory word.

L'invention ne saurait être limitée aux seuls modes de réalisation décrits en relation avec une barrette linéaire de transducteurs. I1 est bien entendu qu'elle pourrait être mise en oeuvre pour tout autre type d'échographe ultrasonore, notamment les échographes annulaires dans lesquels les transducteurs ont la forme d'anneaux circulaires, elliptiques ou autres.  The invention cannot be limited to the single embodiments described in relation to a linear array of transducers. It is understood that it could be used for any other type of ultrasound ultrasound system, in particular annular ultrasound systems in which the transducers are in the form of circular, elliptical or other rings.

Claims (4)

REVENDICATIONS 1. ' Echographe ultrasonore en réseaux de Fresnel appro 1. 'Ultrasound ultrasound system using Fresnel gratings chés comprenant un réseau focalisant de n transducteurs ultrasonores including a focusing network of n ultrasonic transducers associé à un étage d'émission (100) pour l'émission répétée d'ondes associated with an emission stage (100) for the repeated emission of waves ultrasonores vers la région à explorer et à un étage de réception (300) ultrasound to the region to be explored and to one reception stage (300) pour le traitement des échos reçus en retour, caractérisé en ce que for processing echoes received in return, characterized in that (A) les transducteurs ultrasonores (a,b,c,...,i,...,  (A) the ultrasonic transducers (a, b, c, ..., i, ..., n-l, n) sont réalisés en un matériau électrostrictif à polarisation n-l, n) are made of an electrostrictive material with polarization non rémanente; non-retentive; (B) ladite polarisation est réalisée par l'intermédiaire d'un étage de polarisation composé des circuits suivants (B) said polarization is achieved by means of a polarization stage composed of the following circuits (1) une source (501) de p tensions continues de polarisation;; (1) a source (501) of p direct bias voltages; (2) un circuit de démultiplexage et d'aiguillage (2) a demultiplexing and switching circuit (502), composé de n démultiplexeurs (502a à 502n) recevant chacun d'une part les p tensions continues de polarisation et d'autre part une combinaison de m bits sélectionnant l'une desdites tensions, et (502), composed of n demultiplexers (502a to 502n) each receiving on the one hand the p DC bias voltages and on the other hand a combination of m bits selecting one of said voltages, and fournissant ladite tension sélectionnée, par l'intermédiaire d'une supplying said selected voltage, via a résistance de polarisation en série (512a à 512n), au transducteur ultrasonore associé respectivement à ce démultiplexeur; polarization resistance in series (512a to 512n), to the ultrasonic transducer associated respectively with this demultiplexer; (3) un circuit de détermination de la loi de sensibilité (503), correspondant à deux états de phase et à p/2 ou (p+l)/2 états d'amplitude selon la parité de p, composé notamment d'une mémoire (521), destinée à fournir aux n démultiplexeurs n combinaisons numériques respectives et indiquant à chaque démultiplexeur celle des tensions continues qu'il doit sélectionner pour la polarisation du transducteur qui lui est associé;; (3) a circuit for determining the sensitivity law (503), corresponding to two phase states and to p / 2 or (p + l) / 2 amplitude states according to the parity of p, composed in particular of a memory (521), intended to supply to the n demultiplexers n respective digital combinations and indicating to each demultiplexer that of the DC voltages which it must select for the polarization of the transducer which is associated with it; (4) un séquenceur (520), comprenant essentiellement un circuit d'horloge (523) destiné à fixer la durée des périodes d'émission et de réception. (4) a sequencer (520), essentially comprising a clock circuit (523) intended to fix the duration of the transmission and reception periods. 2. Echographe ultrasonore selon la revendication 1, du 2. Ultrasound ultrasound system according to claim 1, type à balayage séquentiel, constitué par une barrette linéaire de n transducteurs ultrasonores, caractérisé en ce que ledit circuit de détermination de la loi de sensibilité comporte également un compteur dont le nombre d'états correspond au nombre de directions parallèles différentes dans lesquelles on veut opérer un examen avec focalisation des ondes ultrasonores, et en ce que ledit circuit d'horloge fixe le rythme de changement d'état de compteur. sequential scanning type, consisting of a linear array of n ultrasonic transducers, characterized in that said circuit for determining the law of sensitivity also includes a counter whose number of states corresponds to the number of different parallel directions in which it is desired to operate an examination with focusing of the ultrasonic waves, and in that the said clock circuit fixes the rate of change of state of the counter. 3. Echographe ultrasonore selon la revendication 2, caractérisé en ce que, le nombre de transducteurs consécutifs participant à un même tir étant q, la tension de polarisation des n-q autres transducteurs sont égales à zéro.3. Ultrasonic ultrasound system according to claim 2, characterized in that, the number of consecutive transducers participating in the same shot being q, the bias voltage of the n-q other transducers are equal to zero. 4. Echographe ultrasonore selon la revendication 1, caractérisé en ce que les n transducteurs ultrasonores sont de type annulaire. 4. Ultrasonic ultrasound system according to claim 1, characterized in that the n ultrasonic transducers are of annular type.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0840160A2 (en) * 1996-10-31 1998-05-06 Sharp Kabushiki Kaisha Reflective liquid crystal device
WO2003073940A3 (en) * 2002-03-05 2003-12-18 Koninkl Philips Electronics Nv Diagnostic ultrasonic imaging system having combined scanhead connections
US20210386398A1 (en) * 2019-09-29 2021-12-16 Huazhong University Of Science And Technology Spiral ultrasonic tomography imaging method and system

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2355288A2 (en) * 1974-11-28 1978-01-13 Anvar IMPROVEMENTS IN ULTRA-SOUND SURVEYING METHODS AND DEVICES
FR2373056A2 (en) * 1975-12-11 1978-06-30 Labo Electronique Physique Transducer operational selection for ultrasonic analysis - utilises shift registers presenting three state logic signal to select columns and rows
US4129799A (en) * 1975-12-24 1978-12-12 Sri International Phase reversal ultrasonic zone plate transducer
EP0027542A2 (en) * 1979-09-13 1981-04-29 Toray Industries, Inc. Ultrasonic transducer element
US4320660A (en) * 1978-01-03 1982-03-23 Raytheon Company Fresnel focussed imaging system
FR2570838A1 (en) * 1984-09-25 1986-03-28 Labo Electronique Physique MEDIUM EXAMINATION APPARATUS USING ULTRASONIC ULTRASONIC ULTRASONIC FOCUSING

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2355288A2 (en) * 1974-11-28 1978-01-13 Anvar IMPROVEMENTS IN ULTRA-SOUND SURVEYING METHODS AND DEVICES
FR2373056A2 (en) * 1975-12-11 1978-06-30 Labo Electronique Physique Transducer operational selection for ultrasonic analysis - utilises shift registers presenting three state logic signal to select columns and rows
US4129799A (en) * 1975-12-24 1978-12-12 Sri International Phase reversal ultrasonic zone plate transducer
US4320660A (en) * 1978-01-03 1982-03-23 Raytheon Company Fresnel focussed imaging system
EP0027542A2 (en) * 1979-09-13 1981-04-29 Toray Industries, Inc. Ultrasonic transducer element
FR2570838A1 (en) * 1984-09-25 1986-03-28 Labo Electronique Physique MEDIUM EXAMINATION APPARATUS USING ULTRASONIC ULTRASONIC ULTRASONIC FOCUSING

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ACOUSTICAL IMAGING, vol. 13, 1984, pages 345-355, Plenum Press, New York, US; M.MORTEZAIE et al.: "Fresnel zone plate and fresnel phase plate patterns for acoustic transducers" *
FERROELECTRICS, vol. 27, 1980, pages 31-34, Gordon and Breach. Science Publishers, Inc., Londres, GB; S.J.JANG et al.: "Electrostrictive behavior of lead magnesium niobate based ceramic dielectrics" *
IEEE 1979 UlTRASONICS SYMPOSIUM PROCEEDINGS, 26-28 septembre 1979, New Orleans, LA., pages 204-209, IEEE, New York, US; M.FINK et al.: "Wideband fresnel focusing array response" *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0840160A2 (en) * 1996-10-31 1998-05-06 Sharp Kabushiki Kaisha Reflective liquid crystal device
EP0840160A3 (en) * 1996-10-31 1998-12-30 Sharp Kabushiki Kaisha Reflective liquid crystal device
US6204904B1 (en) 1996-10-31 2001-03-20 Sharp Kabushiki Kaisha Reflective liquid crystal device
US6577364B1 (en) 1996-10-31 2003-06-10 Sharp Kk Reflective liquid crystal device
WO2003073940A3 (en) * 2002-03-05 2003-12-18 Koninkl Philips Electronics Nv Diagnostic ultrasonic imaging system having combined scanhead connections
US6890301B2 (en) 2002-03-05 2005-05-10 Koninklijke Philips Electronics Nv Diagnostic ultrasonic imaging system having combined scanhead connections
CN100405080C (en) * 2002-03-05 2008-07-23 皇家飞利浦电子股份有限公司 Diagnostic ultrasonic imaging system having combined scanhead connections
US20210386398A1 (en) * 2019-09-29 2021-12-16 Huazhong University Of Science And Technology Spiral ultrasonic tomography imaging method and system

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