FR2837285A1 - Pack d'imagerie ultrasonore - Google Patents
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Abstract
Pack d'imagerie ultrasonore (16) se composant d'une partie matérielle de pré-traitement d'imagerie ultrasonore et d'une partie logicielle destinée à être installée sur un micro-ordinateur, la partie matérielle incluant au moins une sonde ultrasonore (17) reliée (17A) à un module (18) de circuits électroniques dont au moins une partie est configurable, ce module comprenant des circuits FEC analogiques (31), un ensemble de convertisseurs analogique/ numérique, un réseau de portes électroniques logiques (33, 34) et une liaison à haut débit (35) entre ce module et le micro-ordinateur, la partie logicielle étant mémorisée sur un support amovible (26).
Description
preference marquee.
ENSEMBLE MATERIEL ET LOGICIEL D'IMAGERIE ULTRASONORE
La presente invention se rapporte a un ensemble materiel et logiciel d'imagerie ultrasonore. Pour simplifier, cet ensemble sera appele
<< pack >> par la suite.
Depuis son introduction, avant la fin des annees 1970, I'imagerie ultrasonore a beaucoup evolue. Cependant, I'architecture generale du materiel electronique d'imagerie est restee a peu pres inchangee depuis que l'on a commence a utiliser des sondes a balayage electronique vers la fin
des annees 1970, cet ensemble materiel etant denomme echographe.
Un echographe est un appareil complet, qui fonctionne de maniere l 0 autonome, avec son propre bloc d'alimentation electrique. Certains echographes vent volumineux et montes sur des grosses roulettes, d'autres,
moins volumineux, vent portables et munis de poignees a cet effet.
En general, les appareils haut de gamme vent volumineux et/ou tres onereux, car, pour pouvoir produire en temps reel des images de bonne qualite, ils doivent comporter des sondes a grand nombre de capteurs (de preference au moins 64 capteurs), et par consequent un grand nombre de circuits de traitement des signaux issus de ces capteurs (circuits d'amplification de chacune des voies, circuits de separation des signaux d'emission des signaux de reception, circuits de formation de voies appeles aussi circuits de formation de faisceaux-, processeurs d'imagerie en noir et blanc, processeurs d'imagerie Doppler, convertisseurs d'imageappeles
<< scan converters >>,...).
II y a encore une quinzaine d'annees, parmi les circuits precites, seul le convertisseur d'images etait numerique. Depuis, grace a la miniaturisation des circuits integres numeriques et a ['augmentation de la densite de leurs fonctions, les diverges fonctions des echographes ont ete mises en ceuvre a ['aide de processeurs numeriques. Etant donne que les echos recueillis par les sondes des echographes vent des signaux analogiques, ceux-ci dolvent etre convertis en signaux numeriques: pour pouvoir etre traites par lesdits processeurs numeriques. Des echos de chacune des voies vent numerises par un convertisseur analogique/numerique. Le nombre et la position dans la chane de traitement des signaux de ces convertisseurs dependent en particulier de la puissance de calcul des processeurs numeriques de cette chatne de traitement, ainsi
que des caracteristiques de ces convertisseurs.
Les echos vent traites (amplifies par des amplificateurs a faible bruit avec un niveau d'amplification qui varie avec le temps pour compenser les pertes de propagation) dans des circuits << frontaux >> (dits << F.E.C. >> en anglais, c'est-a-dire << Front End Conditioning >) qui incluent un circuit de separation des signaux d'emission, qui vent de niveau eleve, de ceux de reception, qui ont un faible niveau. Ces circuits FEC vent generalement suivis de convertisseurs analogique/numerique, eux-memes suivis d'un formateur de faisceaux. 11 est a noter qu'a 1'entree du formateur de faisceaux, le flux de donnees est de l'ordre de 20 Gbits/s pour 64 voies de signaux a traiter. Ce traitement ne peut etre effectue qu'avec des processeurs specialises con,cus a cet effet. Les echographes recents de haut de gamme, plutot que de mettre en ceuvre un formateur de voies analogique a lignes a retard (qui ne vent pas stables et ont un retard limite), font appel a des processeurs numeriques qui vent couteux et encombrants. Le cout et l'encombrement des echographes peuvent etre reduits si l'on reduit le nombre de voies du capteur, mais cela se fait au detriment de la qualite de
['image echographique.
Une autre evolution recense dans la realisation des echographes consiste a utiliser des ordinateurs personnels (PC) en leur incorporant des circuits et des logiciels specifiques aux echographes. Ainsi, on conna^'t, par exemple, d'apres le brevet US 6 325 759, un echographe dont le formateur de faisceaux est configurable et monte sur la carte mere d'un PC. Une telle
solution, bien que red u isant le cout d' un echographe, n'est pas evolutive.
À On conna^rt d'apres le brevet US 5 957 846 un echographe compact dans lequel les circuits FEC et le formateur de faisceaux vent incorpores dans le bortier de la sonde, et vent relies par une liaison, non decrite, a un micro-ordinateur portable. A cet effet, le dispositif connu fait appel a des composants speciaux, les CCD, qui permettent de produire des retards sous forme analogique, de fa,con plus performante que ne le permettent les circuits LC traditionnels. Un seul convertisseur analogique/numerique est necessaire. Cette solution, bien que permettant d'obtenir un appareil particulierement compact, prbsente tous les inconvenients des dispositifs a formation de voies analogique, surtout en ce qui concerne la dynamique du signal traite, et interdit les traitements entre images. Par ailleurs, il est de plus en plus necessaire d'associer des images echographiques a d'autres types d'images permettant d'effectuer un diagnostic plus complet et plus gable. On parle alors de fusion d'examens cliniques. Ainsi, par exemple, dans le cas de la lithotritie, il est necessaire d'avoir un reperage par imagerie ultrasonore du calcul a detruire. II n'est alors pas necessaire de mettre en ceuvre un appareil echographique complet. En outre, pour de nombreuses applications, il faut pouvoir disposer de donnees brutes sous forme de valeurs d'amplitude et de phase, c'est-adire avant detection, pour pouvoir les fusionner avec d'autres informations. Pour pouvoir acceder a ces donnees brutes, on a deja essaye de demonter un echographe et d'installer des prises de signaux sur les circuits delivrant ces donnees, mais les resultats ont toujours ete decevants du fait qu'il existe de nombreuses optimisations materielles et logicielles au sein d'un appareil, ce qui fait qu'en << ouvrant la boucle >>, on en perturbe le fonctionnement. Pour eviter ces problemes, on a construit des banes de mesure onereux et specifiques pour acceder aux donnees brutes recherchees. La presente invention a pour objet un << pack >' d'imagerie ultrasonore qui soit le plus modulaire et evolutif possible, qui permette d'associer facilement l'echographie a d'autres types d'examens, et ce, aux
moindres frais, et sans nuire a la qualite de ces examens.
L'ensemble d'imagerie uitrasonore conforme a ['invention se com pose d' une partie materiel le de pre-traitement d'imagerie u ltrasonore et d'une partie logicielle, destinee a etre installee sur un micro-ordinateur, la partie materielle incluant au moins une sonde ultrasonore reliee a un module de circuits electroniques dont au moins une partie est configurable, ce module comprenant des circuits FEC analogiques, des convertisseurs analogique/numerique, un reseau de portes electroniques logiques et une liaison a haut debit entre ce module et le microordinateur, la partie logicielle
etant memorisee sur un support amovible.
Se l on u ne autre caracteristiq u e, le reseau de po rtes electron iq u es est configurable par logiciel en calculateurs specialises de formation de voies, en memoire distribuee, en filtres numeriques, demodulateur et
interface de commande.
Selon une autre caracteristique, la partie logicielle configure les elements configurables de la partie materielle et installe sur le micro ordinateur des programmes de calcul et de presentation de donnees
d'imagerie ultrasonore.
Selon une autre caracteristique, les programmes installes sur le microordinateur comportent des programmes de production d'images ultrasonores en niveaux de gris et/ou d'images Doppler en couleurs, et/ou de production d'informations de Doppler continu et/ou d'affichage de boutons de controle de parametres de traitement et /ou de traitements de fusion avec
des donnees exterieures.
Selon une autre caracteristique, le convertisseur analogique/
numerique est du type Sigma-Delta configurable par logiciel.
Selon une autre caracteristique, le reseau de portes electroniques
comporte des circuits de type Field Programmable Gate Arrays.
Selon une autre caracteristique, la liaison a haut debit transmet
piusieurs voies numeriques.
Selon une autre caracteristique, la liaison a haut debit est de type
IEEE1394.
Selon une autre caracteristique, I'ensemble matriciel et logiciel est
incorpore dans un ensemble d'instrumentation medicale.
Selon une autre caracteristique, I'ensemble d'instrumentation
comporte des equipements de chirurgie ou de micro-chirurgie.
Selon une autre caracteristique, I'ensemble d/instrumentation medicale comporte des appareils fournissant des donnees medicales
complementaires des donnees ultrasonores.
Selon une autre caracteristique7 les donnees medicales co m p lementai res com po rtent au moins l ' une des sortes de don nees suivantes: donnees de cameras optiques, donnees de diagnostic et de
surveillance gynecologique et/ou cardiaque.
La presente invention sera mieux comprise a la lecture de la
description detaillee d'un mode de realisation, pris a titre d'exemple non
Iimitatif et illustre par le dessin annexe, sur lequel: La figure 1 est un bloc-diagramme d'un echographe de l'art anterieur; La figure 2 est un bloc-diagramme simplifie d'un echographe conforme a ['invention; et À La figure 3 est un bloc-diagramme detaille d'un exemple de
realisatior., de l'echographe de la figure 2.
L'echographe de l'art anterieur schematise en figure 1 comporte une sonde multi-elements 1 qui est une antenne acoustique placee en contact avec le corps a observer. II existe plusieurs types de tel!es antennes, lo que l'on classe generalement en trots categories: les antennes mecaniques, les antennes cites << phased arrays >> et les antennes a balayage lineaire cites << antennes lineeires >. Les deux derrieres categories vent cites << electroniques,>. Pour ces deux categories, les signaux re, cus d'un point du corps par les differents capteurs elementaires subissent des traitements particuliers compensant leurs pertes de propagation et leurs retards. Ces retards vent calcules pour que toutes les emissions ultrasonores issues de chacun des capteurs elementaires arrivent en phase sur le corps explore par la sonde, et que tous les signaux reflechis par ce corps solent additionnes en phase. Dans le cas d'une antenne cite << phased array >>, une loi de retard variant lineairement le long de l'antenne, qui est plane, s'ajoute a la loi parabolique, ce qu i permet de faire converger le faisceau ultrasonore em is par la sonde en dehors de son axe, et de recueillir les echos des points situes le long d'un axe correspondent au retard entre chaque capteur elementaire. La serie d'echos recueillis dans le temps dans une direction donnee s'appelle une ligne ou une voie. L'image ultrasonore, que l'on affiche sur un ecran de visualisation 2, est constituee de ['ensemble des lignes
couvrant la surface du corps a observer.
La sonde 1 est suivie d'un multiplexeur 3, lui-meme suivi d'un ensemble 4 de circuits appele << Front End Conditioning >> (F.E.C.). Cet ensemble 4 est charge de transmettre vers la sonde 1 les signaux ultrasonores d'observation et de recueillir les echos per,cus par la sonde 1 en les amplifiant a ['aide d'amplificateurs a falble bruit, avec un niveau d'amplification qui varie avec le temps pour compenser les pertes de propagation du signal ultrasonore. Cet ensemble 4 comporte egalement le circuit de separation des signaux d'emission, qui vent de niveau eleve, des
signaux de reception (echos) qui vent de faible niveau.
Le FEC 4 est suivi d'un ensemble 5 de convertisseurs analogique/numerique comportant au maximum autant de convertisseurs qu'il y a de canaux analogiques (c'est-a-dire autant qu'il y a de capteurs elementaires dans la sonde 1). Les signaux numeriques issus des differents convertisseurs de ['ensemble 5 vent traites (filtres, retardes et additionnes) par un circuit 6 appele << formateur de faisceaux >> ou << formateur de voies >> (< Beam Former >> en anglais), ce circuit 6 constituent un pre-processeur des echos. A la sortie du circuit 6, on recueille un signal qui, en fonction du temps, correspond a une ligne d'image. Une image ultrasonore totale est constituee en repetant ['operation emission-reception sur ['ensemble des
lignes a explorer (en depla,cant la sonde paralleiement a la ligne d'image).
On notera que le parametre n du nombre de signaux additionnes simultanement (et inferieur ou egai au nombre de capteurs elementaires de la sonde 1) lors de la formation de faisceaux est un parametre tres important d'un echographe. La qualite de ['image observee, et en particulier son contraste, est directement liee a ce parametre n. En effet, si on considere qu'un echo en provenance d'un point du corps sur lequel est appliquee la sonde donne un signal d'amplitude A sur un des capteurs elementaires de la sonde, I'amplitude du signal a la sortie du circuit de formation de voies est n.A pour ce seul echo. Ce signal sera n fois plus fort que les signaux qui
n'arrivent pas en meme temps que lui.
Le formateur de faisceaux 6 est suivi de plusieurs processeurs specialises, a savoir un processeur d'imagerie en noir et blanc 7, un processeur de detection de turbulences sanguines (dit << Color Flow Mapping,>) 8 et un processeur Doppler 9. Le processeur 7 produit ['image echographique traditionnelle a niveaux de gris, dans laquelle l'intensite de
chaque point de ['image est fonction de ['amplitude de ['echo correspondent.
Le processeur 7 detecte cette amplitude, effectue differents traitements pour eviter le << speckle >> (tavelures) du a des interferences entre echos multiples et effectue une compression de dynamique pour rendre le signal apte a etre
affiche sur l'ecran 2 dont la dynamique est limitee.
Le processeur 8 d'imagerie Doppler calcule, pour chacun des points de ['image une valeur de la moyenne de la variation de frequence de I'echo, correspondent a une vitesse moyenne du sang. Les images Doppler v ent gene ralement su pe rposees a [ ' image no i r et blanc so us fo rme cod ee en
couleurs. On parle alors d'image en couleurs.
Le processeur 9 fournit le spectre complet des variations de frequence Doppler, ce qui donne une indication sur le caractere turbulent ou
non du flux sanguin.
Les trots processeurs 7 a 9 vent relies a un convertisseur d'image (< Scan Converter >) 10, qui transforme le signal recueilli arrivant suivant des
lignes formant un secteur en une image video observable sur un ecran.
L'echographe connu comporte egalement un panneau de commande 11 muni d'un clavier 12 et de boutons de controle 13, pour commander le moniteur 2 et permettant a l'utilisateur de choisir et de modifier les parametres de la machine, en passant par un circuit controleur et cadenceur 14 qui commande les processeurs 6 a 9. En outre, l'echographe comporte divers peripheriques tels que des memoires 15, et un enregistreur d'images (magnetoscope, enregistreur DVD,...), un dispositif reprographique pour imprimer des images fideles a celles affichees sur l'ecran du moniteur 2,
(non representes en figure 1).
On a represente en figure 2 les elements principaux de ['ensemble materiel et logiciel 16 conforme a ['invention. La partie materielle comporte une sonde electronique 17, a 128 canaux par exemple, munie avantageusement d'un demultiplexeur, par exemple, un demultiplexeur 128 64 (a 64 canaux de sortie pour l'exemple present de 128 canaux entrants) reliee par un cable 17A a un module 18 de circuits personnalisables, decrits plus en detail en reference a la figure 3. Ce module 18 comporte essentieilement des circuits FEC anaiogiques 19, un ensemble de n convertisseurs analogique/numerique 20, un dispositif de formation de faisceaux 21, un dispositif de commande 22 et une interface de sortie 23 a haut debit (par exemple de type IEEE1394). Le dispositif 22 commande les dispositifs 19, 20, 21 et 23. L'interface 23 est reliee par une liaison a haut debit 24 a un micro-ordinateur 25 approprie, qui peut etre, par exemple, un PC portable et dont la partie materielle n'a a subir aucune modification. La liaison 24 transmet depuis le module 18 plusieurs voies numeriques au PC 25. L'ensemble 16 comprend egalement une partie logicielle, qui est par exemple stockee sur un CD-ROM 26, ou sur tout autre support-memoire amovible (DVD-ROM, disque dur amovible,...) et un guide d'installation et d'utilisation (avec, le cas echeant, un guide de tests et de maintenance) qui
peut etre imprime, ou, de preference, stocke sur le support amovible 26.
La partie logicielie peut etre facilement installee sur le PC 25, dont les caracteristiques (memoire suffisante et processeur rapide) permettent d'exploiter le logiciel de facon optimale. L'installation du pack de ['invention consiste a etablir les connections electriques entre les composants (entre les elements 17, 18 et le PC 25) et a lancer le logiciel lorsque le CD-ROM 26 a ete insere dans le lecteur correspondent du PC. Ce logiciel commande la configuration des divers circuits configurables du module 18 en fonction de la sonde utilisee, en fonction des traitements a effectuer, ainsi que la configuration du PC pour que celui-ci puisse recevoir les voles formees par le formateur de faisceaux 21, les filtrer et les detecter, les convertir en images video, les afficher sur son ecran de visualisation, faire les calculs Doppler, generer les images Doppler, et effectuer tous les autres traitements necessaires. L'utilisateur a ainsi acces a tous les aspects des donnees d'imagerie ultrasonore qu'il exploitee selon ses propres besoins: imagerie ultrasonore classique en appliquant la sonde choisie sur le corps a visualiser ou recuperation de donnees brutes provenant de la sonde, ou de donnees
partiellement traitees, en vue de leur fusion avec d'autres types de donnees.
Le programme d'application de la partie logicielle comporte non seulement les parametres de fonctionnement du module 18 (formes d'ondes des signaux transitant dans les divers circuits de ce bloc, tensions d'excitations des capteurs elementaires de la sonde, parametres de filtrage,...), mais aussi et surtout la structure meme du traitement des donnees, et done la structure meme du traitement des donnees, et done la structure meme du pre-processeur forme par le module 18. En changeant le programme d'utilisation (inscrit sur le support amovible 26), on peut ainsi changer considerablement la nature du traitement de donnees effectue par le
pack de ['invention.
Le pack de ['invention presente ainsi l'avantage d'un faible cout de developpement, et surtout un faibie cout de fabrication, et ce, pour des performances elevees. Le developpement materiel se limite a la carte B5 supportant les circuits du module 18. Ce pack est raccorde a une sonde
traditionnelle, mais peut egalement utiliser des sondes specifiques. Le P. C.
est d'un type couramment disponible (par exemple un processeur a 700 MHz, une memoire RAM d'une capacite de 128 Mbits, un lecteur de CR
ROM, et un disque dur de 10 GO).
Le PC peut etre optimise simplement par chargement du logiciel approprie du support amovible 26, et des qu'apparaissent de nouveaux algorithmes de traitement, ceux-ci peuvent etre charges dans le PC sans que
l'on ait a modifier physiquement le module 18.
Les progres recents en matiere d'echographie portent surtout sur la partie logicielle des echographes. On peut citer par exemple: I'imagerie 3D qui consiste a former des images de contour 2D, puis a constituer une image 3D par deplacement de la sonde; Ies images d'intensite Doppler; Ies images de vitesses sanguines parallbles a la ligne de capteurs de la sonde (la ou la vitesse Doppler est nulle); I'imagerie de deformation ou de correlation entre differentes images sous une deformation imposee de l'exterieur, et calcul de la deformation des tissue examines; I'imagerie d'elasticite par exploitation des algorithmes des
imageries precitees.
Tous ces progres peuvent etre mis en ceuvre dans le pare installe
de produits conformes a ['invention par simple mise a jour de leur logiciel.
Grace a sa configurabilite, le pack de ['invention peut etre exploite dans des configurations et des applications tres variees, permettant ainsi une standardisation de fait de sa partie materielle. Pour developper des applications nouvelles, il ne sera pas necessaire, le plus souvent, de developper un materiel nouveau, mais simplement un nouveau logiciel. Les eventuels nouveaux algorithmes de traitement d'antennes (de traitement des signaux de la sonde) peuvent egalement etre implantes par mise a jour
logicielle, par exemple pour pouvoir utiliser des antennes adaptatives.
Etant donne que les composants des micro-ordinateurs evoluent rapidement, et en particulier la capacite de leurs disques curs (on propose actuellement couramment des disques curs de plus de 100 GO), ils permettent de stocker facilement non plus quelques images, mais la totalite d'un examen de longue duree. En outre, du fait que ['information transmise au PC est sous forme d'une amplitude et d'une phase d'un signal, celui-ci peut etre stocke et traite plusieurs annees plus tard a ['aide d'algorithmes
non inventes au moment de l'examen.
Dans de nombreuses applications medicales, on exploite des informations fournies par des capteurs differents. C'est le cas, par exemple, de la chirurgie ou de la microchirurgie assistee par ordinateur. Des cameras optiques vent utilisees pour produire des images de synthese qui vent comparees aux images reelles, fournies par d'autres cameras optiques, pour mieux reperer la partie de i'organe a traiter. Tandis que la camera optique ne permet de voir que l'exterieur de cet organe, la << camera >> acoustique (la sonde ultrasonore) permet de << voir >, a l'interieur de cet organe sans l'ouvrir, et devient indispensable a l'optimisation du trace du scalpel, ce qui permet de reduire le traumatisme operatoire. Ainsi, le pack de ['invention est avantageusement incorpore dans un ensemble d'instrumentation medicale, qui comporte des equipements de chirurgie ou de micro-chirurgie. Cet ensemble d'instrumentation medicale comporte des appareils fournissant des donnees medicales complementaires des donnees ultrasonores. Ces donnees medicales complementaires vent par exemple des donnees de cameras optiques et/ou des donnees de diagnostic et de surveillance
gynecologique et/ou cardiaque.
On a represente en figure 3, un exemple de realisation du pack 16. Ce pack comprend essentiellement trots parties, qui vent la sonde 17, le
module 18 et la partie logicielle 26A implantee dans le PC.
La sonde 17 comprend un ensemble 27 de capteurs piezoelectriques, un multiplexeur 28 et une memoire 29 dans laquelle vent
memorises les parametres caracteristiques de la sonde et son identite.
La sonde 17 est reliee par un cable comportant un connecteur 30 au module 18 qui comporte cinq sous-ensembies principaux: des circuits FEC 31, un convertisseur analogique-numerique 32, des circuits formateurs de faisceaux 33, des circuits 34 de memoire distribuee, de commande, de demodulation, et d'interface, et une interface 35 de liaison au PC. Les circuits
31 a 35 correspondent respectivement aux elements 19 a 23 de la figure 2.
Le module 18 comprend en outre une alimentation haute tension 36 alimentant les circuits 31, des convertisseurs numerique/analogique 37 commandant Ies amplificateurs du soul-ensemble 31, des modules de formation de faisceaux supplementaires 38 identiques au module 33, qui vent egalement relies a la sortie de ltensemble de convertisseurs 32, une
memoire tampon 39 et un micro-controleur 40 relies au soul-ensemble 34.
Le soul-ensemble FEC 31 comprend un generateur d'impulsions ultrasonores 41 alimente par l'alimentation 36 et relic d'une part par le connecteur 30 a la sonde 17, et d'autre part par un diplexeur 42 a des circuits d'amplification 43. Ces circuits d'amplification vent commandes par le programme du PC (par une liaison non representee) via les convertisseurs 37. Le formateur de faisceaux 33 comporte d'une part un circuit 44 de commande du generateur d'impulsions 41, et d'autre part une charne de traitement numerique de signal reliee a la sortie du convertisseur 32 et se composant successivement d'un compensateur d'offset 45, d'un circuit de retard grossier 46, d'un circuit 47 de traitement de lignes de balayage multiples, d'un circuit 48 d'apodisation et d'amplification, de deux circuits en parallele 49, 50 d'addition de phase nulle (sans dephasage) et de dephasage de 180 , respectivement, et d'un circuit 51 en cascade d'addition. Le circuit
51 est relic d'autre part a la sortie des circuits 38.
Le soul-ensemble 34 comporte, dans l'ordre de progression des signaux qu'il traite: un circuit 52 d'interpolation et d'addition relic a la sortie du circuit 51, un filtre 53 a caracteristiques variables et a decimation, un filtre passe-haul 54 dont la sortie est reliee a la fois a trots circuits: un filtre 55 a transformee de Hilbert et decimation, un circuit 56 de retard et decimation, et un melangeur 57 suivi d'un filtre passe-bas a decimation 58 et d'un accumulateur a decimateur 59. Les sorties des circuits 55, 56 et 59 vent reliees a un circuit 60 d'interface et de commande. Le circuit 60 est relic de fa,con bidirectionneile a la memoire 39, au micro-controleur 40, a ['interface haut debit 35 et a un circuit 61 de commande et de surveillance de l'alimentation 36. Les fonctions assurees par les differents blocs des sous ensembles des modules 17 et 18 vent connues en soi et ne seront pas
decrites en detail ici.
On a egalement represente en figure 3, sous forme de blocs de fonctions, la partie logicielle 26A du pack de ['invention lorsqu'elle est installee sur le PC 25 et operationnelle. La partie logicielle configure les elements configurables de la partie materielle et installe sur le micro ordinateur 25 des programmes de calcul et de presentation de donnees d'imagerie ultrasonore. Cette partie logicieiie 26A comporte en entree une fonction 62 de traitement en mode B. en mode M, de couleur Doppler et de Doppler impulsionnel, et une fonction 63 de configuration des circuits configurables du module 18. Ces deux fonctions 62 et 63 communiquent avec le module 18 par l'intermediaire de ['interface 35. La fonction 62 echange des donnees dans les deux sens avec le module 18, tandis que la fonction 63 envoie des ordres de configuration et les donnees
correspondantes au module 18.
La fonction 62 commande une fonction 64 d'affichage et d'interface utilisateur. Cette fonction 64 produit l'affichage sur l'ecran du PC des images traitees par la fonction 62, et d'autre part transmet les donnees brutes ou traitees provenant du module 18 a une fonction de mesure 65 et a une fonction 66 de commande de materiels peripheriques 67 et d'echange de donnees transmises par une interface 68, qui peut etre, par exemple, une
interface de type Internet.
Selon un mode de realisation prefere de ['invention, les sous ensembles 33 et 34 vent constitues de circuits programmables FPGA (Field Programmable Gate Array) constitues de portes logiques, par exemple des circuits de la societe Xilinx. Le module 18 comporte pour les soul- ensembles 33 et 34 cinq telles portes, qui vent configurees de fa,con a leur faire traiter 4 voies de n = 64 capteurs ou bien 2 voies de 128 capteurs, ou bien encore une vole de 128 capteurs. L'ensemble des circuits 31 a 34, realise selon les technologies actuelles, occupe un encombrement de 20 x 30 cm si les FEC 31 ne vent pas integres. Si i'on exploitait des circuits integres analogiques specifiques pour realiser ces FEC, I'encombrement des elements 31 a 34
pourrait etre divise par 3.
Selon une variante de realisation, on ajoute juste avant le FEC 31 des multiplexeurs d'entree qui permettent d'utiliser indifferemment des sondes de type << phased array >> de 64 capteurs ou de 128 capteurs, des
sondes lineaires ou courbes de 128,192 ou 256 capteurs.
Selon un mode de realisation avantageux, les convertisseursanalogique/numerique 32 ne vent pas complete: on utilise des convertisseurs ultra-rapides, mais de faible << profondeur >> (c'est-adire au minimum une definition des donnees sur 1 bit de donnee et 1 bit de signe). A titre d'exemple, les frequences maximales des signaux echographiques vent d'environ 15 MHz. Le respect du critere de Nyquist conduit a utiliser des convertisseurs 32 dont la frequence d'horloge est de 33 MHz. La profondeur minimale des informations des capteurs est de 10 bits et 1 bit de signe, et le mode de realisation decrit ici utilise lesdits convertisseurs ultra-rapides, fonctionnant a des frequences d'horloge de quelques centaines de MHz. Un algorithme de calcul appele << Sigma-Delta >> permet d'exploiter le surechantillonnage pour calculer les bits de profondeur manquants. Cet algorithme peut etre implante dans le reseau de portes FGPA du module 18, sous forme logicielle, c'est-a-dire par des ordres de provenance du PC et passant par ['interface 35. Ainsi, la configurabilite du pack de ['invention
s'etend au convertisseu r analogique/numerique.
Selon un autre mode de realisation, le convertisseur 32 est realise a ['aide de circuits a frequence d'horloge de 300 MHz environ, mais de quelques bits de profondeur (par exemple 8 bits). Par calcul, on transforme ces convertisseurs 8 bits en convertisseurs 11 bits a frequence d'horloge de
33 MHz environ.
Dans ces modes de realisation a convertisseurs a faible
profondeur, I'avantage reside dans la forte reduction du nombre de sorties du convertisseur que l'on a a relier aux entrees du soul-ensemble 33, ce qui
permet de diminuer tres sensiblement l'encombrement du module 18.
Selon encore un autre mode de realisation, la sonde comporte plusieurs lignes de capteurs. On dit qu'elle est de type 1,5 D. Bien entendu, pour pouvoir raccorder une telle sonde, il faut equiper le module 18 d'un connecteur specifique approprie. Par chargement dans le module 18 d'un logiciel d'exploitation correspondent, on peut obtenir des images avec
formation de voies en elevation.
Selon encore un autre mode de realisation, on utilise une sonde bidimensionnelle, c'est-a-dire comportant un reseau de capteurs ultrasonores 2D. Bien entendu, dans ce cas on augmente l'encombrement des FEC, qui est fonction du nombre total de capteurs elementaires de la sonde. Par contre, la fonction de formation de faisceaux ne comporte que quelques
circuits complementaires.
Claims (12)
1. Ensemble materiel et logiciel d'imagerie ultrasonore (16) se composant d'une partie materielle de pre-traitement d'imagerie ultrasonore et d'une partie logicielle destinee a etre installee sur un micro-ordinateur, la partie materielle incluant au moins une sonde ultrasonore (17) reliee (17A) a un module (18) de circuits electroniques dont au moins une partie est configurable, ce module comprenant des circuits FEC analogiques (31), un ensemble de convertisseurs analogique/numerique (32), un reseau de portes electroniques logiques (33, 34) et une liaison a haut debit (35) entre ce module et le micro-ordinateur, la partie logicielle etant memorisee sur un
support amovible (26).
2. Ensemble selon la revendication 1, caracterise par le fait que le reseau de portes electroniques est configurable par logiciel en calculateurs specialises de formation de voies (33), en memoire distribuee, en filtres
numeriques, demodulateur et interface de commande (34).
3. Ensemble selon la revendication 1 ou 2, caracterise par le fait que la partie logicielle configure les elements configurables de la partie materielle (32, 33, 34) et installe sur le micro-ordinateur des programmes de
calcul et de presentation de donnees d'imagerie ultrasonore.
4. Ensemble selon la revendication 3, caracterise par le fait que les programmes installes sur le micro-ordinateur comportent des programmes de production d'images ultrasonores en niveaux de gris eVou d'images Doppler en couleurs, eVou de production d'informations de Doppler continu eVou d'affichage de boutons de controle de parametres (13) de
traitement et /ou de traitements de fusion avec des donnees exterieures.
5. Ensembie selon l'une des revendications precedentes,
caracterise par le fait que le convertisseur analogique/ numerique est du type
Sigma-Delta configurable par logiciel.
6. Ensemble selon l'une des revendications 2 a 5, caracterise par
le fait que le reseau de portes electroniques comporte des circuits de type
Field Programmable Gate Arrays. (FGPA).
7. Ensemble selon l'une des revendications precedentes,
caracterise par le fait que la liaison a haut debit transmet plusieurs voies numeriques.
8. Ensemble selon l'une des revendications precedentes,
caracterise par le fait que la liaison a haut debit est de type IEEE1394.
9. Ensemble selon l'une des revendications precedentes,
caracterise par le fait qu'il est incorpore dans un ensemble d'instrumentation medicale.
10. Ensemble selon la revendication 9, caracterise par le fait que ['ensemble d'instrumentation comporte des equipements de chirurgie ou de micro-chirurgie.
11. Ensemble selon la revendication 9 ou 1 0, caracterise par le fait que ['ensemble d'instrumentation medicale comporte des appareils fournissant des donnees medicales complementaires des donnees ultrasonores.
12. Ensemble selon la revendication 11, caracterise par le fait que les donnees medicales complementaires comportent au moins l'une des sortes de donnees suivantes: donnees de cameras optiques, donnees de
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