FR2814873A1 - Systeme d'imagerie par ultrasons, sonde a ultrasons et procede associe - Google Patents
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Abstract
Des données d'écho reçues sont transférées d'une sonde à ultrasons aux circuits de traitement des signaux d'un système d'imagerie par ultrasons en utilisant un nombre réduit de câbles coaxiaux multiples. Le systèmes agit par multiplexage par répartition de fréquence des signaux de sortie analogiques produits par plusieurs éléments individuels (2, 4, 6, 8) d'un ensemble ordonné dans la sonde sur un seul câble coaxial, qui relie la sonde à l'ordinateur hôte central ou console en vue d'un traitement du signal et d'une visualisation classiques.
Description
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Système d'imagerie par ultrasons, sonde à ultrasons et procédé associé
Cette invention concerne généralement les systèmes d'image- rie par ultrasons. En particulier, l'invention concerne des procédés et appareils permettant de visualiser des tissus et des fluides en mouvement.
Cette invention concerne généralement les systèmes d'image- rie par ultrasons. En particulier, l'invention concerne des procédés et appareils permettant de visualiser des tissus et des fluides en mouvement.
Les systèmes d'imagerie par ultrasons, tels qu'utilisés couramment dans l'imagerie médicale, nécessitent un ensemble ordonné de transducteurs ultrasoniques contenus à l'intérieur d'une sonde pour permettre d'orienter et de focaliser le faisceau d'ultrasons. Chaque transducteur émet un signal à haute fréquence dans l'objet à examiner et reçoit un signal d'écho à haute fréquence renvoyé par l'objet suite à l'émission. En particulier, les impulsions d'émission respectives sont transmises aux transducteurs de la sonde depuis un dispositif de formation de faisceau d'émission incorporé au système électronique hôte ou à la console à images. Les signaux d'écho détectés par les transducteurs de la sonde doivent alors être transmis au système électronique hôte ou à la console à images pour recevoir une formation de faisceau et un traitement de signaux. Même avec des techniques avancées de microélectronique VLSI (intégration à très haute densité de composants), seule une partie relativement petite du traitement électronique de signaux du système peut résider dans la sonde.
Le nombre maximum d'éléments simultanément actifs dans un ensemble de transducteurs d'une sonde à ultrasons pour diagnostic médical a augmenté sans cesse ces 15 dernières années. Cette tendance persiste, et en réalité, elle peut s'accélérer grâce à l'utilisation de grandes ouvertures bidimensionnelles dans les systèmes de reconstruc-
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tion d'images tridimensionnelles. Si on utilise un câble coaxial séparé pour transporter le signal d'écho détecté provenant d'un grand nombre d'éléments d'un ensemble de transducteurs de la sonde à ultrasons au module principal de traitement des signaux, alors le faisceau de câble fixé à la sonde peut devenir rigide, ce qui rend difficile la manipulation de la sonde pour réaliser des images. On trouve sur le marché des sondes ayant environ 500 câbles, mais elles sont considérées comme relativement encombrantes. D'autre part, des sondes à 128 câbles sont couramment utilisées sans problème par les échographistes.
Ce problème est reconnu depuis quelques temps et des innovations ont été proposées pour le résoudre. Une solution a été proposée dans le Brevet US n 5 566 133, qui divulgue un procédé dans lequel les câbles coaxiaux sont remplacés par des câbles à fibre optique. Etant donné que les câbles à fibre optique sont plus souples, on peut en utiliser un grand nombre tout en gardant une bonne facilité de manipulation de la sonde. Cependant, pour pouvoir transmettre des signaux avec la gamme dynamique requise, ce procédé nécessite l'emploi d'une modulation optique numérique, qui elle-même nécessite l'incorporation de fonctions de compensation temps-gain et de conversion analogique-numérique dans la sonde pour chaque élément de l'ensemble. Ceci implique une puissance considérable pour fonctionner et peut être relativement coûteux à fabriquer. Il existe donc un besoin pour une technique dans laquelle les signaux d'écho détectés pour la multitude de transducteurs dans la sonde peuvent être communiqués au circuit électronique hôte de traitement du signal sans nécessiter l'incorporation d'un câble coaxial pour chaque transducteur.
La communication entre un grand nombre de transducteurs ultrasoniques incorporés dans une sonde et un module électronique central ou ordinateur d'un système d'imagerie par ultrasons au moyen de câbles coaxiaux peut nécessiter moins de câbles que le nombre de transducteurs si l'on utilise le multiplexage par répartition de fréquence pour permettre à un seul câble coaxial de transporter les signaux provenant de plusieurs transducteurs ultrasoniques d'un ensemble ordonné. La présente invention permet d'utiliser un faisceau de, par exemple, 128 câbles coaxiaux pour transporter les signaux pro-
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venant d'un ensemble ordonné de, par exemple, 1024 transducteurs ou éléments actifs. Dans cet exemple, le rapport des éléments de l'ensem- ble aux câbles coaxiaux est de 8 à 1. Ce rapport nécessite le multiplexage par répartition de fréquence de huit éléments distincts de l'ensemble sur un seul câble coaxial, ce qui nécessite que le câble coaxial unique ait une bande passante relativement élevée. Par exemple, le multiplexage des données de sortie d'élément d'une sonde à 5 MHz avec un rapport de 8 à 1 nécessiterait une bande passant supérieure à 80 MHz (double face) sur le câble coaxial individuel. Ceci pourrait nécessiter un accroissement de la jauge du fil individuel, et il faudrait certainement trouver un bon compromis entre le rapport de multiplexage, la jauge du câble et la souplesse du faisceau de câbles coaxiaux.
Selon les modes de réalisation préférés de l'invention, différents schémas de modulation peuvent être utilisés pour les signaux individuels. Le choix final entre ces méthodes va dépendre des caractéristiques de réponse en fréquence disponibles des câbles coaxiaux individuels. Selon un mode de réalisation préféré, si la bande passante du câble est limitée, on peut utiliser une modulation d'amplitude à bande latérale unique avec suppression de porteuse pour faire passer les signaux de sortie d'élément dans la bande passante disponible. Ceci nécessiterait de filtrer le signal de sortie du mélangeur pour rejeter les spectres d'image avant l'addition des signaux. Selon un autre mode de réalisation préféré, si la bande passante est grande (ou s'il est possible d'obtenir des câbles à grande bande passante pour remplacer ceux actuellement utilisés), alors on peut utiliser la modulation d'amplitude à deux bandes latérales avec suppression de porteuse. Bien que ceci engendrerait un gaspillage de bande passante, cela permettrait aux données de sortie d'élément d'être transmises de la sonde au module de traitement électronique central ou ordinateur sans avoir besoin de filtrer pour rejeter les images du domaine fréquentiel. Il serait avantageux de mettre en oeuvre la modulation sans filtrage, mais, une fois encore, ceci dépend de la bande passante des câbles.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée suivante, faite en référence aux dessins d'accom-
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pagnement, dans lesquels : la figure 1 est un schéma fonctionnel montrant les principaux sous-systèmes fonctionnels compris dans un système classique d'imagerie par ultrasons en temps réel ; la figure 2 est un schéma fonctionnel d'un dispositif typique de formation de faisceau de réception à 128 canaux pour le système décrit en figure 1 ; la figure 3 est un schéma de domaine fréquentiel du plan de modulation pour un ensemble de multiplexage par répartition de fréquence avec un rapport de multiplexage de 4 : 1 pour une modulation d'amplitude à bande latérale unique avec suppression de porteuse selon un mode de réalisation préféré de l'invention ; la figure 4 est un schéma de domaine fréquentiel du plan de modulation pour un ensemble de multiplexage par répartition de fréquence avec un rapport de multiplexage de 4 : 1 pour une modulation d'amplitude à deux bandes latérales avec suppression de porteuse, selon un autre mode de réalisation préféré de la présente invention ; la figure 5 est un schéma fonctionnel du système servant au multiplexage par répartition de fréquence selon les modes de réalisation préférés de l'invention ; et la figure 6 est un schéma fonctionnel d'un récepteur selon les modes de réalisation préférés de l'invention.
Un système classique d'imagerie par ultrasons, tel que montré sur la figure 1, comprend une sonde à ultrasons 10 ayant une multitude d'éléments transducteurs 12 commandés séparément, chacun d'eux produisant une salve d'énergie ultrasonique lorsqu'il est excité par un signal impulsionnel produit par un émetteur 22. L'énergie ultrasonique renvoyée à l'ensemble de transducteurs par l'objet en cours d'étude est convertie en un signal électrique par chaque élément transducteur récepteur 12 et est transmise via des câbles coaxiaux distincts à un récepteur 24 à travers un jeu de commutateurs émission/réception (E/R) 26. Les commutateurs E/R 26 sont typiquement des diodes qui protègent les circuits électroniques de réception contre les hautes tensions produites par les circuits électroniques d'émission. Le signal d'émission provoque le blocage de la diode ou l'oblige à limiter le
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signal arrivant au récepteur. L'émetteur 22 et le récepteur 24 sont commandés par un dispositif de commande de balayage 28 qui répond aux instructions d'un opérateur humain. Un balayage complet est effectué en mettant l'émetteur 22 momentanément en marche pour exciter chaque élément transducteur 12, et en acquérant les signaux d'écho subséquents produits par chaque élément transducteur 12 qui sont appliqués au récepteur 24. Un canal peut commencer la réception pendant qu'un autre canal est encore en train d'émettre. Le récepteur 24 combine les signaux d'écho distincts provenant de chaque élément transducteur pour produire un seul signal d'écho qui est utilisé pour produire une ligne dans une image sur un moniteur 30.
L'émetteur 22 commande les éléments transducteurs 12 de l'ensemble ordonné de telle manière que l'énergie produite est dirigée, ou orientée, en faisceau. Pour accomplir ceci, l'émetteur 22 impose un retard temporel aux impulsions respectives W qui sont appliquées aux éléments transducteurs 12 successifs via des canaux de dispositif de formation de faisceau respectifs. Chaque canal a un synchronisateur (d'impulsion) respectif associé (non représenté). En réglant les retards temporels d'impulsion de façon appropriée et de manière convention-
nelle, on peut diriger le faisceau d'ultrasons en l'écartant du transducteur d'axe 14 d'un angle 0 et/ou le focaliser sur une portée fixe R. Un balayage sectoriel est réalisé en changeant progressivement les retards temporels des excitations successives. On change ainsi l'angle e par incréments pour orienter le faisceau émis dans une succession de directions.
nelle, on peut diriger le faisceau d'ultrasons en l'écartant du transducteur d'axe 14 d'un angle 0 et/ou le focaliser sur une portée fixe R. Un balayage sectoriel est réalisé en changeant progressivement les retards temporels des excitations successives. On change ainsi l'angle e par incréments pour orienter le faisceau émis dans une succession de directions.
Les signaux d'écho produits par chaque salve d'énergie ultrasonique sont réfléchis par les objets situés à des portées successives le long du faisceau d'ultrasons. Les signaux d'écho sont captés séparément par chaque élément transducteur 12 et l'amplitude d'u signal d'écho en un point particulier dans le temps représente la quantité de réflexion qui se produit à une portée spécifique. Toutefois, en raison des différences de trajets de propagation entre un point de réflexion P et chaque élément transducteur 12, ces signaux d'écho ne vont pas être détectés simultanément et leurs amplitudes ne seront pas égales. Le récepteur 24 amplifie les signaux d'écho séparés, impose le bon retard
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temporel à chacun, et les additionne pour fournir un seul signal d'écho qui indique avec précision l'énergie ultrasonique totale réfléchie par un point P situé à la portée R le long du faisceau d'ultrasons orienté selon l'angle 0.
Pour additionner simultanément les signaux électriques produits par les échos arrivant sur chaque élément transducteur 12, on introduit des retards temporels dans chaque canal distinct de formation de faisceau du récepteur 24. Les retards temporels de faisceau pour la réception sont les mêmes retards que les retards d'émission décrits plus haut. Cependant, le retard temporel de chaque canal récepteur change continuellement pendant la réception de l'écho pour permettre une focalisation dynamique du faisceau reçu à la portée R d'ou provient le signal d'écho.
Sous la direction du dispositif de commande de balayage 28, le récepteur 24 fournit des retards pendant le balayage de telle sorte que l'orientation du récepteur 24 poursuit la direction 0 du faisceau orienté par l'émetteur 22 et fournit les bons retards et déphasages pour focaliser de manière dynamique au niveau des points P le long du faisceau. Ainsi, chaque émission d'une impulsion ultrasonore résulte en l'acquisition d'un signal ayant une amplitude qui représente la quantité de son réfléchie par l'anatomie située le long du faisceau d'ultrasons.
Un détecteur 25 convertit le signal reçu en données d'affichage. Dans le mode B (échelle de gris), il s'agit de l'enveloppe du signal à laquelle on applique un traitement supplémentaire tel que l'accentuation des contours et la compression logarithmique.
Un convertisseur/interpolateur de balayage 32 reçoit les données d'affichage provenant du détecteur 25 et convertit ces données en une image souhaitée pour l'affichage. En particulier, le convertisseur de balayage convertit les données d'image acoustique depuis un format de secteur en coordonnées polaires (R- (J) ou un format linéaire de coordonnées cartésiennes pour donner des données de pixels d'affichage en coordonnées cartésiennes à échelle appropriée au rapport vidéo. Ces données acoustiques converties par balayage sont ensuite transmises pour l'affichage sur le moniteur 30, qui représente l'amplitude variant dans le temps de l'enveloppe du signal en échelle de gris.
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La figure 2 montre le récepteur comprenant une section de formation de faisceau 34 de réception, un additionneur de faisceaux 36 et un processeur de signaux 38. La section de formation de faisceau 34 de réception du récepteur 24 comporte des canaux distincts 35 de formation de faisceau. Chaque canal 35 de formation de faisceau reçoit un signal d'écho analogique d'un élément transducteur respectif via un câble coaxial respectif 16. Un dispositif de commande 50 de formation de faisceau convertit la ligne de balayage et transmet des numéros de foyer aux adresses d'une mémoire de commande de canaux (non représentée). Le dispositif de commande de balayage 28 (figure 1) et le dispositif de commande 50 de formation de faisceau (figure 2) sont configurés par le système hôte qui est commandé par l'opérateur de système. Les signaux de sortie des canaux 35 de formation de faisceau sont additionnés dans l'additionneur de faisceaux 36.
Dans le système de l'art antérieur décrit en figure 2,128 éléments transducteurs actifs en ensemble ordonné sont reliés respectivement à 128 canaux de formation de faisceau de réception via 128 câbles coaxiaux. Ainsi, chaque câble coaxial transporte le signal de sortie d'un seul élément transducteur actif de l'ensemble. Selon les modes de réalisation préférés divulgués ci-après, chaque câble coaxial transporte les signaux de sortie de plusieurs éléments transducteurs actifs de l'ensemble.
Selon les modes de réalisation préférés, les signaux de sortie des multiples éléments transducteurs sont décalés en fréquence pour avoir des fréquences centrales différentes. Ces signaux de sortie décalés en fréquence sont ensuite combinés en un signal modulé en amplitude, qui est transmis au processeur central ou ordinateur via un seul câble coaxial. La figure 3 décrit un plan de modulation pour un ensemble de multiplexage par répartition de fréquence avec un rapport de multiplexage de 4 : 1 utilisant une modulation d'amplitude à bande latérale unique avec suppression de porteuse. D'autres rapports travailleraient de manière similaire. La partie gauche de la figure 3 représente les spectres de données de sortie (dans le domaine fréquentiel) pour quatre éléments transducteurs, les spectres étant respectivement numérotés de 1 à 4. La droite verticale représente une fréquence de zéro,
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tandis que chaque V inversé représente un spectre de fréquences. Le signal de sortie de chacun des quatre éléments transducteurs est ampli- fié, filtré au moyen d'un filtre passe-bande ou passe-bas, puis modulé en utilisant une modulation d'amplitude à bande latérale unique avec suppression de porteuse (BLU-SP) pour former un seul signal modulé en amplitude. Afin de faire passer les signaux de sortie d'élément dans la bande passante disponible, le signal de sortie du mélangeur (non représenté) est filtré pour rejeter les spectres d'image avant l'addition de signaux. Les signaux modulés en amplitude des composants sont additionnés pour pouvoir être transmis sur un seul câble coaxial. Le spectre de ce signal BLU-SP est représenté (dans le domaine fréquentiel) sur le côté droit de la figure 3, les numéros 1 à 4 indiquant les spectres respectifs en forme de V inversé des signaux BLU-SP provenant des éléments transducteurs 1 à 4. Ce schéma spectral représente la situation idéale où les spectres respectifs des signaux de sortie modulés provenant des éléments transducteurs respectifs ne se chevauchent pas.
La figure 4 montre un plan de modulation pour un ensemble de multiplexage par répartition de fréquence avec un rapport de multiplexage de 4 : 1 utilisant une modulation d'amplitude à deux bandes latérales avec suppression de porteuse (DBL-SP). Puisque la modulation d'amplitude DBL-SP nécessite une bande passante plus large que celle requise pour la modulation d'amplitude BLU-SP, la technique de modulation DBL-SP ne peut être utilisée que si la bande passante du câble est suffisamment grande. Le côté gauche de la figure 4 est le même que celui de la figure 3. Le signal de sortie de chacun des quatre éléments transducteurs 1 à 4 est amplifié, filtré au moyen d'un filtre passe-bande ou passe-bas, puis modulé en utilisant une modulation d'amplitude à deux bandes latérales avec suppression de porteuse (DBL-SP) pour former un seul signal modulé en amplitude. Par rapport au mode de réalisation utilisant la BLU-SP, le signal de sortie du mélangeur dans le mode de réalisation DBL-SP n'est pas filtré avant l'addition de signaux. Le spectre du signal DBL-SP est représenté (dans le domaine fréquentiel) sur le côté droit de la figure 4.
Dans le mode de réalisation BLU-SP comme dans celui DBL-
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SP, le signal provenant de chaque élément de l'ensemble ordonné est amplifié, filtré au moyen d'un filtre passe-bande ou passe-bas et modulé pour former un seul signal modulé en amplitude. Le filtrage d'entrée peut être fait avec des amplificateurs opérationnels, pour être ainsi compact et nécessiter une puissance faible. Le mélange peut être fait avec une gamme dynamique suffisante pour que l'amplification puisse être invariable dans le temps. Les signaux modulés en amplitude des composants sont additionnés pour pouvoir être transmis sur un seul câble coaxial. Les signaux reçus peuvent être égalisés au niveau du récepteur, dans le circuit électronique hôte.
Du fait qu'un grand nombre de signaux sont modulés à la même fréquence dans ce schéma, des ondes pilotes peuvent être émises et partagées entre les canaux, pourvu que les modulations soient réalisées en utilisant un seul oscillateur local. (Ceci est une technique standard dans les systèmes de multiplexage par répartition de fréquence).
Si des oscillateurs locaux sont partagés parmi plusieurs mélangeurs ayant la même fréquence de porteuse mais qui alimentent des câbles différents (et donc des ensembles différents de multiplexage par répartition de fréquence), alors un ou plusieurs câbles peuvent être dédiés à un jeu d'ondes pilotes pour les fréquences qui constituent l'ensemble de multiplexage par répartition de fréquence. Ceci va donner la phase de porteuse au récepteur pour chaque signal de composant qui a été modulé avec l'une de ces ondes, tout en gardant l'efficacité de la transmission de signaux à porteuse supprimée.
La sonde selon le mode de réalisation préféré est montrée en figure 5, qui illustre un schéma de multiplexage 2 : 1. Il est bien entendu que le schéma de multiplexage 2 : 1 est choisi dans un souci de simplicité de la description. De préférence, le rapport de multiplexage est supérieur à 2 : 1, par exemple 8 : 1. Dans le même but de simplification de la description, un ensemble M de seulement quatre transducteurs 2,4, 6 et 8 est montré en figure 5. De toute évidence, l'ensemble ordonné de transducteurs comportera beaucoup d'ensembles de quatre éléments, par exemple 256 ensembles de quatre éléments, soit 1024 éléments. Dans un schéma de multiplexage 2 : 1, les signaux de sortie de chaque ensemble de quatre transducteurs sont transmis à quatre
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canaux récepteurs du dispositif de formation de faisceau de réception (non représenté en figure 5) via N ou deux câbles coaxiaux 70 et 72.
Si, dans cet exemple, le nombre total d'éléments transducteurs est 1024, alors M x N = 1024 et N = 1024-2, soit 512 câbles coaxiaux. Cependant, on appréciera aisément le fait que l'utilisation d'un schéma de multiplexage 8 : 1 nécessite l'extension de l'agencement montré en figure 5 pour montrer les signaux de sortie de chaque ensemble de M = 16 éléments transducteurs de l'ensemble ordonné multiplexés vers N = 2 câbles coaxiaux. Dans ce cas, chaque additionneur 64,66 combine les signaux de sortie d'un ensemble respectif de huit éléments transducteurs et le nombre d'éléments transducteurs de l'ensemble ordonné vaut M x N ou 16, bien que, dans ce dernier exemple, si M x N = 1024, alors N 1024-8 = 128 câbles coaxiaux.
Le signal de sortie provenant de chaque élément transducteur 2,4, 6 et 8 est amplifié par un amplificateur respectif 52 et est filtré par un filtre passe-bande respectif 54 centré à la fréquence d'émission.
Les signaux de sortie amplifiés et filtrés qui provenaient des éléments transducteurs 2 et 6 sont tous deux modulés avec une première fréquence de porteuse fi dans un mélangeur respectif 56. La fréquence fi est fournie aux mélangeurs 56 par un premier oscillateur local (OLJ) 60. Les signaux de sortie amplifiés et filtrés qui provenaient des éléments transducteurs 4 et 8 sont tous deux modulés avec une seconde fréquence de porteuse f2 dans un mélangeur respectif 56'. La fréquence f2 est fournie aux mélangeurs 56'par un second oscillateur local (OL2) 62. Les signaux modulés résultant du mélange avec la première fréquence de porteuse fi sont filtrés par des filtres passe-bas respectifs 58, tandis que les signaux modulés résultant du mélange avec la seconde fréquence de porteuse f2 sont filtrés par des filtres passe-bas respectifs 58'. On choisit la différence entre les fréquences de porteuse flet f2 de telle manière que les signaux de sortie des filtres passe-bas 58 et 58'soient sensiblement sans chevauchement. Ces signaux de sortie de filtre sans chevauchement sont ensuite combinés dans un additionneur respectif. L'additionneur 64 additionne les signaux modulés fournis par les sorties des transducteurs 2 et 4, tandis que l'additionneur 66 additionne les signaux modulés fournis par les sorties des
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transducteurs 6 et 8.
Les signaux multiplexés par répartition de fréquence prove- nant des additionneurs 64 et 66 son transportés respectivement par les câbles 70 et 72 jusqu'au récepteur du module central de traitement du signal ou ordinateur. Les fréquences de porteuse fi et f2 provenant des oscillateurs locaux 60 et 62 sont combinées dans un additionneur 68 sur la sonde, les fréquences de porteuse combinées étant envoyées via un troisième câble 74 pour fournir une phase de porteuse au récepteur de chaque signal de composant qui a été modulé avec l'une de ces fréquences de porteuse.
La figure 6 montre un mode de réalisation préféré du récepteur dans lequel des filtres 86 et 88 sont utilisés pour extraire les fréquences de porteuse respectives fi et f2 du signal transmis au récepteur via le câble coaxial 74. Ces fréquences porteuses sont utilisées par le récepteur pour reconstruire les signaux de sortie d'élément transducteur à partir des signaux multiplexés par répartition de fréquence reçus via les câbles coaxiaux 70 et 72. Ces signaux de sortie d'élément transducteur reconstruits sont appliqués à des canaux récepteurs respectifs 82, qui appliquent les retards temporels et/ou déphasages appropriés nécessaires à la formation du faisceau. Les signaux retardés/déphasés sont ensuite additionnés dans un additionneur de faisceau 84.
Les signaux provenant des éléments transducteurs 2 et 6 (figure 5) sont reconstruits via des circuits respectifs, chaque circuit comprenant un filtre passe-bas 76, un mélangeur 78 qui reçoit la fréquence de porteuse fi du filtre 86, et un filtre passe-bande 80 couplé à un canal récepteur conventionnel correspondant 82. De même, les signaux provenant des éléments transducteurs 4 et 8 (figure 5) sont reconstruits via des circuits respectifs, chaque circuit comprenant un filtre passe-bas 76', un mélangeur 78'qui reçoit la fréquence de porteuse f2 du filtre 88, et un filtre passe-bande 80 couplé à un canal récepteur conventionnel correspondant 82.
Pour obtenir une grande gamme dynamique dans les mélangeurs 78, 78', on utilise de préférence des modulateurs en anneau à base de transistors à effet de champ. Ces dispositifs sont similaires
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aux modulateurs en anneau ordinaires, qui utilisent des diodes et nécessitent la production d'une porteuse de forme carrée. En outre, il peut être nécessaire de prévoir un petit transformateur à l'entrée de chaque mélangeur. Etant donné que ce mélangeur utilise un oscillateur local 60,62 à signal carré (figure 5), des filtres passe-bas 58,58' (figure 5) sont requis pour supprimer les images des données d'entrée modulées par les harmoniques, mais ces filtres, comme les filtres passe-bande d'entrée, peuvent être mis en oeuvre en utilisant des amplificateurs opérationnels.
Cette invention utilise un système où l'ouverture de réception est plus grande que l'ouverture d'émission, résultat inattendu d'un système qui forme plusieurs faisceaux de réception à travers le volume d'un seul faisceau d'émission.
Un avantage majeur de la présente invention sur les conceptions concurrentes connues est qu'aucune conversion analogique-numérique ni aucune amplification invariable dans le temps ne sont requises dans la sonde. Ceci réduit la consommation électrique et la complexité de l'électronique de la sonde, qui se trouvent être les premiers obstacles à la mise en oeuvre de sondes présentant une électronique intégrée et active.
Bien que seules certaines caractéristiques préférées de l'invention aient été illustrées et décrites, de nombreuses modifications et changements apparaîtront aux personnes du métier. Il est bien entendu que de telles modifications tombent dans l'esprit et la portée de l'invention telle que décrite ici.
Claims (19)
1. Sonde à ultrasons caractérisée en ce qu'elle comprend des câbles (16), du premier au Nème, un ensemble ordonné (10) d'éléments transducteurs ultrasoniques (12), du premier au (M x N) ème, et des circuits de multiplexage par répartition de fréquence (52,54, 56,58, 60, 64,66), du premier au Nème, pour multiplexer les signaux de sortie provenant d'un ensemble respectif de M éléments transducteurs dans un câble respectif desdits premier au Nème câbles, N et M étant des entiers positifs supérieurs à un.
2. Sonde selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit premier circuit de multiplexage par répartition de fréquence comprend : un premier mélangeur (56) ayant une première entrée connectée pour recevoir un signal obtenu à partir d'un signal de sortie dudit premier élément transducteur et une seconde entrée connectée pour recevoir une première forme d'onde ayant une première fréquence de porteuse ; un deuxième mélangeur (56) ayant une première entrée connectée pour recevoir un signal obtenu à partir d'un signal de sortie dudit second élément transducteur et une seconde entrée connectée pour recevoir une seconde forme d'onde ayant une seconde fréquence de porteuse, différente de ladite première fréquence de porteuse ; et un premier additionneur (64) pour additionner les premier et second signaux obtenus à partir des sorties desdits premier et deuxième mélangeurs, respectivement.
3. Sonde selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit deuxième circuit de multiplexage par répartition de fréquence comprend : un troisième mélangeur (56) ayant une première entrée connectée pour recevoir un signal obtenu à partir d'un signal de sortie dudit troisième élément transducteur et une seconde entrée connectée pour recevoir une troisième forme d'onde ayant ladite première fréquence de porteuse ; un quatrième mélangeur ayant une première entrée connectée
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pour recevoir un signal obtenu à partir d'un signal de sortie dudit quatrième élément transducteur et une seconde entrée connectée pour recevoir une quatrième forme d'onde ayant ladite seconde fréquence de porteuse ; et un second additionneur pour additionner les, troisième et quatrième signaux obtenus à partir des sorties desdits troisième et quatrième mélangeurs, respectivement.
4. Sonde selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit premier circuit de multiplexage par répartition de fréquence comprend un premier oscillateur local (60) qui génère ladite première forme d'onde et un second oscillateur local (62) qui génère ladite seconde forme d'onde.
5. Sonde selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit premier circuit de multiplexage par répartition de fréquence comprend : un premier filtre passe-bande (54) couplé électriquement entre ledit premier élément transducteur et ledit premier mélangeur ; et un second filtre passe-bande (54) couplé électriquement entre ledit deuxième élément transducteur et ledit deuxième mélangeur.
6. Sonde selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit premier circuit de multiplexage par répartition de fréquence comprend : un premier filtre passe-bas (58) couplé électriquement entre ledit premier mélangeur et ledit premier additionneur ; et un second filtre passe-bas (58') couplé électriquement entre ledit deuxième mélangeur et ledit premier additionneur.
7. Sonde selon la revendication 1, caractérisée en ce que chacun desdits N circuits de multiplexage par répartition de fréquence est adapté pour réaliser une modulation d'amplitude à bande latérale unique avec suppression de porteuse.
8. Sonde selon la revendication 1, caractérisée en ce que chacun desdits N circuits de multiplexage par répartition de fréquence est adapté pour réaliser une modulation d'amplitude à deux bandes latérales avec suppression de porteuse.
9. Sonde selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle
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comprend en outre un (N+l) ème câble (74) et un troisième additionneur (68) ayant une première entrée qui reçoit une cinquième forme d'onde ayant ladite première fréquence de porteuse, une seconde entrée qui reçoit une sixième forme d'onde ayant ladite seconde fréquence de porteuse, et une sortie connectée audit (N+1) ème câble.
10. Sonde selon la revendication 2, caractérisée en ce que chacun desdits premier et second mélangeurs comprend un modulateur en anneau à base de transistors à effet de champ.
11. Procédé pour acquérir des données acoustiques réfléchies par du tissu biologique, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : transformer l'énergie d'ultrasons réfléchis en des signaux de sortie électriques analogiques au niveau de chacun d'une pluralité d'éléments transducteurs ; et multiplexer par répartition de fréquence lesdits signaux de sortie analogiques provenant de ladite pluralité d'éléments transducteurs sur un conducteur électrique.
12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'étape de multiplexage par répartition de fréquence comprend les opérations consistant à : mélanger un signal obtenu à partir d'un signal de sortie d'un premier desdits éléments transducteurs et une première forme d'onde ayant une première fréquence de porteuse pour former un premier signal mélangé ; mélanger un signal obtenu à partir d'un signal de sortie d'un deuxième desdits éléments transducteurs et une deuxième forme d'onde ayant une seconde fréquence de porteuse, différente de ladite première fréquence de porteuse, pour former un second signal mélangé ; et additionner lesdits premier et second signaux mélangés.
13. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'étape de multiplexage par répartition de fréquence comprend une modulation d'amplitude à bande latérale unique avec suppression de porteuse.
14. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'étape de multiplexage par répartition de fréquence comprend une
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modulation d'amplitude à deux bandes latérales avec suppression de porteuse.
15. Système pour acquérir des données acoustiques réfléchies par du tissu biologique, caractérisé en ce qu'il comprend : une pluralité d'éléments transducteurs (12) pour transformer l'énergie d'ultrasons réfléchis en des signaux de sortie électriques analogiques au niveau de chacun d'une pluralité d'éléments transducteurs ; un conducteur électrique (70) ; des moyens (52,54, 56,58, 60,62, 64) pour multiplexer par répartition de fréquence lesdits signaux de sortie analogiques provenant de ladite pluralité d'éléments transducteurs sur ledit conducteur, et un récepteur (24) couplé électriquement audit conducteur pour recevoir ledit signal multiplexé par répartition de fréquence.
16. Système selon la revendication 15, caractérisé en ce que ledit récepteur comprend : des moyens (76, 76', 78, 78', 80) pour reconstruire lesdits signaux de sortie analogiques provenant de ladite pluralité d'éléments transducteurs ; et un dispositif de formation de faisceau de réception (82,84) pour former en faisceau lesdits signaux de sortie analogiques reconstruits.
17. Système d'imagerie par ultrasons, caractérisé en ce qu'il comprend : un ensemble ordonné (10) d'éléments transducteurs ultrasoni-
ques (12), du premier au (M x N) ème, N et M étant des entiers positifs supérieurs à un ; des câbles (16), du premier au Nème ; une pluralité de modulateurs d'amplitude (56, 56'), du premier au (M x N) ème, pour moduler respectivement des signaux obtenus à partir de signaux de sortie analogiques produits par lesdits éléments transducteurs ultrasoniques pour former des signaux modulés, du premier au (M x N) ème, les signaux obtenus à partir de chaque ensemble de M signaux de sortie analogiques étant modulés avec une fréquence respective parmi une pluralité de fréquences de porteuse, de la pre-
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mière à la Mème, ces M fréquences de porteuse étant toutes différentes ; une pluralité d'additionneurs (64, 66), du premier au Nème, pour additionner un ensemble respectif parmi N ensemble desdits signaux modulés, chacun desdits n ensembles comprenant M signaux modulés, pour former N signaux multiplexés par répartition de fréquence qui sont respectivement transmis auxdits câbles, du premier au Nème ; une pluralité de circuits de démodulation (78,78'), du premier au (M x N) ème, chaque ensemble de M circuits de démodulation étant respectivement couplé à un câble respectif distinct parmi lesdits câbles pour convertir chacun desdits N signaux multiplexés par répartition de fréquence en un ensemble respectif de M signaux démodulés ; une pluralité de canaux récepteurs (82), du premier au (M x N) ème, ayant des entrées pour recevoir respectivement lesdits signaux démodulés, du premier au (M x N) ème ; un additionneur de faisceau (84) pour additionner les signaux de sortie desdits canaux récepteurs ; un processeur de signaux (38) pour former une donnée d'image qui est une fonction du signal de sortie additionné dudit additionneur de faisceau ; et un sous-système (30) pour afficher une image ayant une partie qui est une fonction de ladite donnée d'image.
18. Système selon la revendication 17, caractérisé en ce que chacun desdits modulateurs d'amplitude est adapté pour réaliser une modulation d'amplitude à bande latérale unique avec suppression de porteuse.
19. Système selon la revendication 17, caractérisé en ce que chacun desdits modulateurs d'amplitude est adapté pour réaliser une modulation d'amplitude à deux bandes latérales avec suppression de porteuse.
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