FR2991807A1 - Dispositif et procede de focalisation d'impulsions - Google Patents

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Abstract

Dispositif de focalisation d'impulsions comprenant au moins des moyens d'émission comportant un réseau (5) de transducteurs (6), ces moyens d'émission étant adaptés pour faire émettre par le réseau de transducteurs, dans une cavité réfléchissante (7), au moins une onde focalisée en au moins un point cible (4) d'un milieu cible (2). La cavité réfléchissante comporte un milieu multi-diffuseur (8) adapté pour provoquer une diffusion multiple de ladite onde.

Description

DISPOSITIF ET PROCEDE DE FOCALISATION D'IMPULSIONS. La présente invention est relative aux procédés et aux dispositifs de focalisation d'ondes. Plus précisément, elle est relative aux procédés et aux dispositifs permettant de générer des ondes de forte intensité en un point cible d'un milieu cible, par exemple des ondes acoustiques pour des applications médicales. Ainsi, l'invention se rapporte à un dispositif de 10 focalisation d'impulsions comprenant au moins des moyens d'émission comportant un réseau de transducteurs, ces moyens d'émission étant adaptés pour faire émettre par le réseau de transducteurs, dans une cavité réfléchissante, au moins une onde focalisée en au moins un point cible d'un 15 milieu cible. On connait des dispositifs permettant d'émettre des ondes, par exemple des ondes ultrasonores focalisées de forte intensité tels que les dispositifs HIFU (acronyme anglo-saxon pour « High-Intensity Focused Ultrasound ») ou 20 les dispositifs de lithotripsie. Ces dispositifs présentent des inconvénients car leur point focal ne peut pas être déplacé rapidement et sur une grande distance par des moyens simples. Le document US 2009/0216128 décrit un exemple d'un 25 dispositif cherchant à résoudre ce problème, le dispositif comportant une cavité réfléchissante de surface aléatoire dans laquelle il est possible de générer et contrôler des ondes dont le point focal est déplaçable. La cavité est en outre remplie d'eau et munie d'une fenêtre placée en 30 contact avec le milieu cible pour améliorer la transmission des ondes acoustiques vers le milieu cible. Cette solution présente cependant des inconvénients. La cavité forme un résonateur avec un faible facteur de qualité et des pertes importantes. L'intensité 35 de l'onde au point cible est donc faible.
La présente invention a notamment pour but de pallier ces inconvénients. A cet effet, selon l'invention, un dispositif de focalisation d'impulsions du genre en question est caractérisé en ce que la cavité réfléchissante comporte un milieu multi-diffuseur adapté pour provoquer une diffusion multiple de ladite onde. Grâce à ces dispositions, le facteur de qualité du résonateur formé par la cavité est important tout en conservant un facteur élevé de transmission entre la cavité et le milieu. Ces deux caractéristiques font que le dispositif peut générer des ondes et/ou impulsions de forte intensité dans le milieu extérieur. Ce milieu multidiffuseur peut être considéré comme étant un milieu effectif à coefficient de transmission réglable. La position du point cible est aisément déplaçable sur un grand volume. Les pertes du résonateur formé par la cavité sont faibles et les caractéristiques de ce résonateur sont ajustables aisément par le choix du milieu multi-diffuseur.
Les transducteurs utilisés peuvent être de faible puissance et générer des ondes de forte intensité au point cible, du fait du facteur de qualité élevé du résonateur. Le nombre de transducteurs utilisé peut être réduit grâce à la génération de sources virtuelles.
Dans des modes de réalisation préférés du dispositif, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes : - le milieu multi-diffuseur comporte une pluralité de diffuseurs ; - les diffuseurs sont sensiblement identiques entre eux ; - chaque diffuseur possède au moins une dimension transversale comprise sensiblement entre 0.1 et 5 fois la longueur d'onde de l'onde dans la cavité réfléchissante ; - chaque diffuseur possède au moins une dimension transversale comprise sensiblement entre 0.5 et 1 fois la longueur d'onde de l'onde dans la cavité réfléchissante ; - les diffuseurs sont répartis dans le milieu multi-diffuseur de façon non-périodique ; - les diffuseurs sont répartis dans le milieu multi-diffuseur de façon à ce que leur densité surfacique sur une section de la cavité réfléchissante soit comprise sensiblement entre 2 et 30 diffuseurs par surface équivalente à un carré de côté égal à dix fois la longueur d'onde de l'onde dans la cavité réfléchissante ; - les diffuseurs acoustiques sont répartis dans le milieu multi-diffuseur de façon à ce que leur densité volumique de remplissage soit comprise entre 1% et 30% ; - chaque diffuseur acoustique a un rapport longueur 15 sur largeur supérieur à 5 ; - l'onde est une onde acoustique ; - la cavité réfléchissante contient un liquide ; - la cavité réfléchissante comporte une fenêtre à au moins une de ses extrémités ; 20 - le milieu multi-diffuseur est placé à proximité de ladite extrémité ; - le milieu cible comporte un tissu vivant ; - le dispositif comporte en outre une lentille placée entre la cavité réfléchissante et le milieu cible ; 25 - les moyens d'émission sont adaptés pour faire émettre l'onde s(t) vers un nombre K au moins égal à 1 de points cibles prédéterminés k appartenant au milieu cible, en faisant émettre par chaque transducteur i du réseau un signal d'émission : 30 si (t) = e ik(t) s(t) Ic=1 où les signaux eik(t) sont des signaux d'émission élémentaires prédéterminés adaptés pour que, lorsque les transducteurs i émettent des signaux eik(t), on génère une onde impulsionnelle au point cible k ; - les moyens d'émission sont adaptés pour émettre une onde adaptée pour générer des bulles de cavitation en un point cible. L'invention a également pour objet un procédé de 5 focalisation d'impulsions comprenant au moins une étape d'émission au cours de laquelle on fait émettre par un réseau de transducteurs au moins une onde focalisée en au moins un point cible d'un milieu cible, et on fait passer ladite onde dans une cavité réfléchissante avant 10 d'atteindre le milieu cible, le procédé étant caractérisé en ce que au cours de l'étape d'émission on provoque une diffusion multiple de ladite onde par un milieu multidiffuseur situé dans la cavité réfléchissante. Dans des modes de réalisation préférés du procédé, 15 on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes : - au cours de l'étape d'émission, on émet l'onde s(t) vers un nombre K au moins égal à 1 de points cibles prédéterminés k appartenant au milieu cible, en faisant 20 émettre par chaque transducteur i du réseau un signal d'émission : s(t) =le (t) 0 s (t) k=1 où les signaux eik(t) sont des signaux d'émission élémentaires prédéterminés adaptés pour que, lorsque les 25 transducteurs i émettent des signaux eik(t), on génère une onde impulsionnelle au point cible k ; - les signaux eik(t) sont codés sur un nombre de bits compris entre 1 et 64 ; - les signaux eik(t) sont codés sur 1 bit ; 30 - les signaux d'émission élémentaires eik(t) sont déterminés expérimentalement au cours d'une étape d'apprentissage, préalable à ladite étape d'émission ; - au cours de l'étape d'apprentissage, on fait émettre un signal impulsionnel ultrasonore successivement au niveau de chaque point cible prédéterminé k, on fait capter les signaux rik(t) reçus par chaque transducteur i du réseau à partir de l'émission dudit signal impulsionnel ultrasonore, et on détermine les signaux d'émission élémentaires eik(t) par retournement temporel des signaux reçus rik(t): eik(t) = rik(-t) ; - au cours de l'étape d'apprentissage, on place un milieu liquide, distinct du milieu cible, au contact de la 10 cavité réfléchissante, et on fait émettre ledit signal impulsionnel à partir dudit milieu liquide ; - pour un point cible prédéterminé k, on fait émettre un signal impulsionnel ultrasonore successivement au niveau de chaque transducteur i du réseau, on fait 15 capter les signaux rik(t) reçus au point cible k à partir de l'émission dudit signal impulsionnel ultrasonore, et on détermine les signaux d'émission élémentaires eik(t) par retournement temporel des signaux reçus rik(t): eik(t) = rik(-t) ; 20 - au cours de l'étape d'apprentissage, on place un milieu liquide, distinct du milieu cible, au contact de la cavité réfléchissante, et on capte les signaux rik(t) dans ledit milieu liquide ; - le milieu liquide, utilisé au cours de l'étape 25 d'apprentissage, comprend essentiellement de l'eau, et au cours de l'étape d'émission, le milieu cible dans lequel on focalise l'onde comporte un tissu vivant ; - les signaux d'émission élémentaires eik(t) sont déterminés par le calcul ; 30 - au cours de l'étape d'émission on émet une onde adaptée pour générer des bulles de cavitation au point cible ; - l'onde est une onde acoustique ; - l'étape d'émission est réitérée au moins une fois 35 avec une cadence comprise entre 10 Hz et 1000 Hz.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante d'une de ses formes de réalisation, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard du dessin joint.
Sur le dessin, la figure 1 est une vue schématique illustrant un dispositif de focalisation d'impulsions selon un mode de réalisation de l'invention, par exemple un dispositif de focalisation d'impulsion acoustiques. Suivant les modes de réalisation de l'invention, 10 les ondes et les impulsions mentionnés pourront être des ondes et/ou des impulsions acoustiques, optiques ou électromagnétiques. Les ondes et/ou impulsions électromagnétiques sont par exemple des ondes et/ou impulsions radiofréquences ou 15 térahertz, par exemple présentant une fréquence centrale comprise entre quelques mégahertz et quelques térahertz. Les ondes acoustiques peuvent par exemple être des ondes ultrasonores, par exemple des ondes et/ou impulsions présentant une fréquence centrale pouvant être comprise 20 entre 200kHz et 100 Mhz, par exemple entre 0.5 Mhz et 10 Mhz. Tous les éléments du dispositif 1 de focalisation d'impulsions sont adaptés et choisis par l'homme du métier en fonction du type et de la fréquence des ondes et/ou 25 impulsions en question. Ainsi, par exemple, les éléments d'émission et de réception, les fenêtres de transmission, la cavité réfléchissante et autres éléments réfléchissants, le milieu diffuseurs et les diffuseurs, les lentilles et les éléments 30 de focalisation et tout autre élément employé dans le dispositif de focalisation d'impulsions 1 et le procédé de focalisation sont adaptés respectivement au type et à la fréquence des ondes et/ou des impulsions choisies par l'homme du métier. 35 Le dispositif 1 de focalisation d'impulsions représenté sur la figure 1 est destiné par exemple à focaliser des impulsions dans un milieu cible 2, par exemple des tissus vivants pouvant faire partie du corps d'un patient dans des applications d'histotripsie, une partie d'un objet industriel dans des applications industrielles, ou autre. Plus précisément, le dispositif de focalisation d'impulsions 1 est destiné à focaliser des impulsions dans une région cible 3 dans le milieu cible 2, cette région 3 10 pouvant le cas échéant être à trois dimensions. A cet effet, le dispositif 1 est adapté pour émettre des ondes focalisées sur un ou plusieurs points cibles 4 prédéterminés appartenant à la zone cible 3. Les ondes sont émises par des éléments d'émission 15 et de réception, par exemple un réseau 5 de transducteurs 6, qui sont placés dans, ou fixés sur, une cavité réfléchissante 7. Les transducteurs 6 peuvent être en nombre quelconque, allant de 1 à plusieurs centaines, par exemple 20 de quelques dizaines. Le réseau 5 peut être un réseau linéaire, les transducteurs étant juxtaposés le long d'un axe longitudinal de réseau comme sur des sondes échographiques connues. 25 Le réseau 5 peut également être un réseau bidimensionnel de façon pouvoir émettre des ondes focalisées tridimensionnelles. La cavité réfléchissante 7 peut être remplie d'un liquide 10, par exemple de l'eau. 30 La cavité réfléchissante 7 peut également être remplie d'un gaz, par exemple un gaz absorbant faiblement les ondes et/ou les impulsions générées par les transducteurs 6. La cavité réfléchissante comporte des parois 35 constituées d'un matériau formant une interface très réfléchissant pour les ondes. Les parois de la cavité réfléchissante 7 peuvent par exemple être constituées d'une plaque de métal, d'un miroir optique ou électromagnétique ou d'un film fin séparant le liquide contenu dans la cavité de l'air extérieur à la cavité de façon à réaliser une interface liquide-air très réfléchissante pour des ondes et/ou impulsions acoustiques. La cavité réfléchissante 7 est en contact au niveau de l'une de ses extrémités 7a avec le milieu cible 2, directement ou par l'intermédiaire d'une lentille 9, par exemple une lentille acoustique, optique ou électromagnétique. Elle peut par exemple être munie d'une fenêtre 7b au niveau de ladite extrémité 7a, la fenêtre 7b comportant une paroi transmettant les ondes avec peu de pertes. La cavité réfléchissante 7 peut présenter une forme générale de parallélépipède rectangle, les transducteurs 6 du réseau étant par exemple situés sur ou à proximité d'une extrémité 7b de la cavité réfléchissante 7 qui est située à l'opposé de l'extrémité 7a en contact avec le milieu cible 2. La cavité réfléchissante peut plus généralement présenter la forme d'un cylindre, par exemple un cylindre de révolution ou un autre type de cylindre, s'étendant selon une direction d'extension de cavité Y et possédant une face plane du côté opposée à l'extrémité 7a en contact avec le milieu cible 2. Dans un autre mode de réalisation, la cavité réfléchissante 7 peut être de forme irrégulière, par 30 exemple grâce à des enfoncements ou des bosses pratiqués dans ses parois. La cavité réfléchissante 7 contient en outre un milieu multi-diffuseur 8 adapté pour être traversé par l'onde avant que celle-ci parvienne au milieu cible 2 et 35 pour provoquer une diffusion multiple de l'onde.
Le milieu multi-diffuseur 8 peut par exemple être situé à proximité de l'extrémité 7a de la cavité réfléchissante 7 en contact avec le milieu cible 2. Le milieu multi-diffuseur 8 peut par exemple 5 couvrir l'intégralité d'une section de la cavité réfléchissante 7, prise perpendiculairement à la direction d'extension de cavité Y. Le milieu multi-diffuseur 8 peut comporter un nombre quelconque de diffuseurs 8a, allant de quelques 10 dizaines à plusieurs milliers, par exemple quelques centaines. Les diffuseurs 8a sont adaptés pour diffuser l'onde acoustique. Les diffuseurs 8a sont avantageusement répartis de 15 façon aléatoire, ou non-périodique, dans le milieu multidiffuseur, c'est-à-dire de façon à ce que leur répartition ne présente pas de structure périodique. Dans l'exemple de la figure 1, ils présentent une forme générale de tige verticale s'étendant selon une 20 direction d'extension Z d'une extrémité inférieure à une extrémité supérieure. Les directions d'extension des diffuseurs acoustiques 8a peuvent par exemple être parallèles entre elles et perpendiculaires à l'axe longitudinal du réseau de 25 transducteurs et à la direction d'extension de la cavité Y. Les diffuseurs peuvent être maintenus par des armatures ou être fixés aux parois de la cavité réfléchissante 7 à leurs extrémités. En variante, ils peuvent présenter la forme de 30 billes, de grains, de cylindres, ou de n'importe quel solide tridimensionnel et être maintenu par une mousse, un élastomère ou des armatures tridimensionnelles de façon à être répartis dans les trois dimensions de l'espace et former le milieu multi-diffuseur 8. 35 La forme et la densité des diffuseurs 8a ainsi que les dimensions du milieu multi-diffuseur 8 sont choisies pour permettre une diffusion multiple maximale de l'onde ainsi qu'une bonne transmission. Les diffuseurs 8a peuvent présenter une surface 5 adaptée pour réfléchir fortement l'onde, par exemple un métal, un miroir optique ou électromagnétique ou une surface présentant une différence d'impédance importante avec le milieu de la cavité réfléchissante. Les diffuseurs 8a peuvent par exemple avoir une 10 section transversale, comprise sensiblement entre 0.1 et 5 fois la longueur d'onde de l'onde dans la cavité réfléchissante, par exemple entre 0.5 et 1 fois ladite longueur d'onde. Ladite section transversale est entendue comme 15 étant une section prise perpendiculairement à leur direction d'extension, par exemple perpendiculairement à leur direction de plus grande extension. Ainsi, le libre parcours moyen de diffusion, la distance moyenne entre deux évènements de diffusion de 20 l'onde, peut être minimisé et le libre parcours moyen de transport, la distance moyenne sur laquelle l'onde perd sa direction initiale, peut être maximisé. A titre d'exemple non-limitatif, pour une onde acoustique présentant une fréquence centrale de l'ordre de 1 MHz, les diffuseurs 8a 25 peuvent par exemple présenter une section transversale, prise perpendiculairement à leur direction d'extension ou suivant leur plus petite section transversale, comprise dans un cercle d'environ 0.8 mm de diamètre, et une longueur de 9 cm, par exemple suivant leur direction 30 d'extension. De même, les diffuseurs 8a peuvent être répartis dans le milieu multi-diffuseur 8 de façon à ce que leur densité surfacique selon une section transversale du milieu multi-diffuseur 8 soit comprise sensiblement entre 2 et 30 35 diffuseurs par surface équivalent à un carré de côté égal à dix fois la longueur d'onde de l'onde dans la cavité réfléchissante 7. Ladite section transversale est entendue comme étant une section prise perpendiculairement à la direction 5 d'extension des diffuseurs 8a et/ou à une direction de plus grande extension du milieu multi-diffuseur 8. Toujours à titre d'exemple, les diffuseurs 8a peuvent être répartis dans le milieu multi-diffuseur 8 de façon à ce que leur densité surfacique, selon une section 10 du milieu multi-diffuseur 8 transversale à la direction d'extension Z des diffuseurs 8a, soit, pour une onde acoustique présentant une fréquence centrale de l'ordre de 1 MHz, une dizaine de diffuseurs 8a par centimètres carrés, par exemple dix-huit diffuseurs acoustiques 8a par 15 centimètres carrés. Dans le cas d'un milieu multi-diffuseur tridimensionnel, les diffuseurs 8a peuvent être répartis dans le milieu multi-diffuseur 8 de façon à ce que leur densité volumique de remplissage du milieu multi-diffuseur 20 8 soit comprise entre 1% et 30%. Enfin, la longueur du milieu multi-diffuseur 8, prise suivant la direction de propagation de l'onde, peut être de quelques centimètres, par exemple deux centimètres pour une onde acoustique. 25 Dans le cas d'un milieu multi-diffuseur 8 tridimensionnel, la densité volumique des diffuseurs 8a pourra être par exemple d'une dizaine de diffuseurs 8a par centimètres cube et les dimensions du milieu multidiffuseur 8 suivant les trois directions de l'espace 30 pourront être de quelques centimètres. Bien entendu, d'autres formes générales de la cavité réfléchissante 7, du milieu multi-diffuseur 8 et/ou des diffuseurs 8a peuvent être envisagées. Une lentille 9 peut également être placée entre le 35 milieu cible 4 et la cavité réfléchissante 7.
Selon le mode de réalisation de l'invention, la lentille 9 pourra être une lentille acoustique, optique ou électromagnétique adaptée pour focaliser les ondes et/ou impulsions selon une ou deux directions.
Dans certains modes de réalisation, la cavité réfléchissante 7 et le milieu multi-diffuseur 8 peuvent donc être adaptés pour former un résonateur avec un facteur de qualité élevé. Dans un mode de réalisation où l'onde est une onde acoustique, la pression de l'onde acoustique générée par le réseau de transducteurs peut ainsi être amplifiée de plus de 20 dB par le résonateur formé par la cavité réfléchissante 7 et le milieu multi-diffuseur 8. Dans un mode de réalisation où l'onde est une onde 15 optique ou électromagnétique, la puissance de l'impulsion générée au point focal sera également fortement amplifiée. Les transducteurs 6 du réseau peuvent être placés sur une face de la cavité réfléchissante 7 opposée au milieu cible 2 ou sur une face latérale de la cavité 7c. 20 En variante, ils peuvent être placés sur une face latérale 7c et orientés de façon à émettre des ondes, vers le milieu multi-diffuseur, avec un certain angle par rapport à la direction d'extension de cavité Y, par exemple 60°. 25 Les transducteurs 6 sont commandés indépendamment les uns des autres par un micro-ordinateur 12 (classiquement doté d'interfaces utilisateur tels qu'un écran 12a et un clavier 12b), éventuellement par l'intermédiaire d'une unité centrale CPU et/ou d'une unité 30 munie de processeur graphiques GPU qui est contenue par exemple dans une baie électronique 11 reliée par un câble souple aux transducteurs 6. Cette baie électronique 11 peut comprendre par exemple 35 - un convertisseur analogique/digital C1-05 relié à chaque transducteur 6 ; - une mémoire M1-M6 reliée au convertisseur analogique/digital de chaque transducteur 6 et à l'unité centrale CPU et/ou l'unité munie de processeur graphiques 5 GPU; - et une mémoire générale M reliée à l'unité centrale CPU. Le dispositif peut également comporter un processeur de signal numérique ou "DSP" (acronyme anglo10 saxon de "digital signal processor") relié à l'unité centrale CPU. Le dispositif qui vient d'être décrit fonctionne comme suit. Préalablement à toute opération de focalisation, on 15 détermine d'abord une matrice de signaux d'émission élémentaire eik(t) qui sont tels que, pour générer une onde s(t) en un point cible k, on fasse émettre par chaque transducteur i du réseau 5 un signal d'émission: Si(t)=eik(t) Os (t) . 20 Ces signaux d'émission élémentaires peuvent éventuellement être déterminés par le calcul (par exemple par une méthode de filtre inverse spatio-temporel), ou ils peuvent être déterminés expérimentalement au cours d'une étape préliminaire d'apprentissage. 25 Au cours de cette étape d'apprentissage, on peut avantageusement faire émettre un signal impulsionnel ultrasonore par un émetteur tel qu'un hydrophone successivement au niveau de chaque point cible k, et on fait capter les signaux rik(t) reçus par chaque 30 transducteur i du réseau 5 à partir de l'émission dudit signal impulsionnel ultrasonore. Les signaux rik(t) sont convertis par les convertisseurs analogiques/digitaux et mémorisés dans les mémoires reliées à l'unité centrale CPU, qui calcule alors les signaux d'émission élémentaire eik(t) 35 par retournement temporel desdits signaux reçus : eik (t) = rik (-t) . Si le milieu cible 2 est un milieu liquide, il peut éventuellement être possible de procéder à l'étape préliminaire d'apprentissage en positionnant successivement l'émetteur d'onde ultrasonore sur les différents points cibles 4 de la zone cible 3. Si le milieu 2 est un tissu vivant, par exemple une partie du corps d'un patient ou un milieu similaire comprenant une grande quantité d'eau, il peut être possible de procéder à la phase d'apprentissage en remplaçant le milieu 2 par un volume de liquide, comprenant de préférence une majorité d'eau, en positionnant successivement l'émetteur d'onde ultrasonore aux emplacements des différents points cibles 4, repérés par rapport à la cavité réfléchissante 7.
En mettant à profit le principe de réciprocité spatiale, on peut aussi déterminer les signaux eik(t) en plaçant successivement un ou plusieurs hydrophones aux points cibles k dans le milieu liquide susmentionné. Pour chaque position k de l'hydrophone, on fait émettre successivement une impulsion ultrasonore par chaque transducteur i, et on capte les signaux rik(t) par l'hydrophone. On en déduit ensuite les signaux eik(t) par retournement temporel : eik ( t ) = rik ( -t ) .
Lorsqu'on veut ensuite émettre une ou plusieurs ondes focalisées sur un point cible k prédéterminés appartenant à la zone cible 3, on place la cavité réfléchissante 7 au contact du milieu cible, et on fait émettre par chaque transducteur i du réseau, un signal d'émission Si(t)=eik(t)Os(t). En variante, il est également possible de générer une onde s(t) focalisée en un nombre K supérieur à 1 de points cibles 4 de la zone cible 3, en faisant émettre par 35 chaque transducteur i du réseau 5 un signal d'émission S (t) =le (t) s(t) . k=1 Les ondes ainsi émises par les transducteurs 6 du réseau présentent une fréquence centrale qui peut être comprise notamment entre 200kHz et 100 Mhz, par exemple entre 0.5 Mhz et 10 Mhz. De plus, l'étape d'émission peut être réitérée avec une cadence comprise entre 10 Hz et 1000 Hz. Dans un mode de réalisation employant des ondes acoustiques, on peut générer des bulles de cavitation au point cible 4. Pour cela, une dépression supérieure au seuil de cavitation, par exemple -15 MPa, peut être générée au point cible 4 en émettant une onde acoustique ultrasonore s(t) (en continu ou non). Bien que le dispositif 1 ait été décrit précédemment comme un dispositif de focalisation d'impulsions, ce dispositif peut le cas échéant être utilisé, en plus de la focalisation où indépendamment de celle-ci, pour réaliser une imagerie, par exemple une imagerie ultrasonore comme cela va maintenant être décrit.
Lorsqu'il s'agit de réaliser une imagerie, par exemple une imagerie ultrasonore, après chaque émission d'onde acoustique focalisée sur un ou plusieurs des points cibles 4 de la zone cible 3, on fait capter les échos émis par le milieu cible 2, au moyen des transducteurs 6 du réseau. Les signaux ainsi captés sont numérisés par les échantillonneurs C1-05 et mémorisés dans les mémoires Ml-M6, puis traités par une technique classique de formation de voies qui réalise une focalisation en réception sur le ou les points cibles 4 visés lors de l'émission.
Les traitements en question, qui consistent notamment à imposer des retards différents aux signaux captés et à capter ces signaux, peuvent être mis en oeuvre par un circuit sommateur S relié aux mémoires M1-M6 ou au CPU.
Avantageusement, au cours de cette étape de réception d'échos, on peut mettre à profit le comportement non linéaire de l'un au moins des éléments traversés par l'onde, c'est-à-dire le milieu cible 2, la cavité réfléchissante 7 et/ou le milieu multi-diffuseur 8 (en pratique, c'est principalement le milieu cible 2 qui présentera un comportement non linéaire, la cavité réfléchissante 7 et le milieu multi-diffuseur 8 présentant de préférence un comportement linéaire). En effet, on génère l'onde avec une amplitude suffisante pour que des ondes harmoniques de la fréquence centrale fc de l'onde soient générées, avec un niveau suffisant pour pouvoir écouter les échos revenant du milieu cible 2 à une fréquence d'écoute qui est un multiple entier de la fréquence centrale d'émission fc. Avantageusement, on écoute ainsi les échos revenant du milieu cible 2 à une fréquence double ou triple de la fréquence fc. Cette écoute sélective en fréquence peut être 20 obtenue soit par la constitution même des transducteurs 6, de façon connue en soi, soit par un filtrage en fréquence des signaux provenant des transducteurs 6. Grâce à cette écoute à une fréquence différente de la fréquence fc, on s'affranchit de toute perturbation de 25 l'écoute par l'onde elle-même. On notera que le procédé et le dispositif selon l'invention seraient également utilisables pour des applications de nettoyage de précision par ultrasons ou de soudure aux ultrasons. 30

Claims (31)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif de focalisation d'impulsions comprenant au moins des moyens d'émission comportant un réseau (5) de transducteurs (6), ces moyens d'émission étant adaptés pour faire émettre par le réseau de transducteurs, dans une cavité réfléchissante (7), au moins une onde focalisée en au moins un point cible (4) d'un milieu cible (2), caractérisé en ce que la cavité réfléchissante comporte un milieu multi-diffuseur (8) adapté pour provoquer une diffusion multiple de ladite onde.
  2. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le milieu multi-diffuseur (8) comporte une pluralité de 15 diffuseurs (8a).
  3. 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel les diffuseurs (8a) sont sensiblement identiques entre eux.
  4. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 3, dans lequel chaque diffuseur (8a) 20 possède au moins une dimension transversale comprise sensiblement entre 0.1 et 5 fois la longueur d'onde de l'onde dans la cavité réfléchissante (7).
  5. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel chaque diffuseur (8a) 25 possède au moins une dimension transversale comprise sensiblement entre 0.5 et 1 fois la longueur d'onde de l'onde dans la cavité réfléchissante (7).
  6. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel les diffuseurs (8a) sont 30 répartis dans le milieu multi-diffuseur (8) de façon non-périodique.
  7. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, dans lequel les diffuseurs (8a) sont répartis dans le milieu multi-diffuseur (8) de façon à ce 35 que leur densité surfacique sur une section de la cavitéréfléchissante (7) soit comprise sensiblement entre 2 et 30 diffuseurs par surface équivalente à un carré de côté égal à dix fois la longueur d'onde de l'onde dans la cavité réfléchissante (7).
  8. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, dans lequel les diffuseurs acoustiques (8a) sont répartis dans le milieu multidiffuseur (8) de façon à ce que leur densité volumique de remplissage soit comprise entre 1% et 30%.
  9. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, dans lequel chaque diffuseur acoustique (8a) a un rapport longueur sur largeur supérieur à 5.
  10. 10.Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel l'onde est une onde acoustique.
  11. 11.Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel la cavité réfléchissante (7) contient un liquide (10).
  12. 12.Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel la cavité réfléchissante (7) comporte une fenêtre (7b) à au moins une de ses extrémités (7a).
  13. 13.Dispositif selon la revendication 12, dans 25 lequel le milieu multi-diffuseur (8) est placé à proximité de ladite extrémité (7a).
  14. 14.Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel le milieu cible (2) comporte un tissu vivant. 30
  15. 15.Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, comportant une lentille (9) placée entre la cavité réfléchissante (7) et le milieu cible (2).
  16. 16.Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, dans lequel les moyens d'émission 35 sont adaptés pour faire émettre l'onde s(t) vers un nombreK au moins égal à 1 de points cibles (4) prédéterminés k appartenant au milieu cible (2), en faisant émettre par chaque transducteur i du réseau (5) un signal d'émission : s(t) =le (t) 0 S(t) k=1 où les signaux eik(t) sont des signaux d'émission élémentaires prédéterminés adaptés pour que, lorsque les transducteurs i émettent des signaux eik(t), on génère une onde impulsionnelle au point cible k.
  17. 17.Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 16, dans lequel les moyens d'émission sont adaptés pour émettre une onde adaptée pour générer des bulles de cavitation en un point cible (4).
  18. 18.Procédé de focalisation d'impulsions comprenant au moins une étape d'émission au cours de laquelle on fait émettre par un réseau (5) de transducteurs (6) au moins une onde focalisée en au moins un point cible (4) d'un milieu cible (2), et on fait passer ladite onde dans une cavité réfléchissante (7) avant d'atteindre le milieu cible, caractérisé en ce que au cours de l'étape 20 d'émission on provoque une diffusion multiple de ladite onde par un milieu multi-diffuseur (8) situé dans la cavité réfléchissante.
  19. 19.Procédé selon la revendication 18, dans lequel, au cours de l'étape d'émission, on émet l'onde s(t) vers un 25 nombre K au moins égal à 1 de points cibles (4) prédéterminés k appartenant au milieu cible (2), en faisant émettre par chaque transducteur i du réseau (5) un signal d'émission : s(t) =le (t) 0 S(t) k =1 30 où les signaux eik(t) sont des signaux d'émission élémentaires prédéterminés adaptés pour que, lorsque les transducteurs i émettent des signaux eik(t), on génère une onde impulsionnelle au point cible k.
  20. 20.Procédé selon la revendication 19, dans lequel les signaux eik(t) sont codés sur un nombre de bits compris entre 1 et 64.
  21. 21.Procédé selon la revendication 20, dans lequel les signaux eik(t) sont codés sur 1 bit.
  22. 22.Procédé selon l'une quelconque des revendications 19 à 21, dans lequel les signaux d'émission élémentaires eik(t) sont déterminés expérimentalement au cours d'une étape d'apprentissage, préalable à ladite étape d'émission.
  23. 23.Procédé selon la revendication 22, dans lequel, au cours de l'étape d'apprentissage, on fait émettre un signal impulsionnel ultrasonore successivement au niveau de chaque point cible prédéterminé k, on fait capter les signaux rik(t) reçus par chaque transducteur i du réseau (5) à partir de l'émission dudit signal impulsionnel ultrasonore, et on détermine les signaux d'émission élémentaires eik(t) par retournement temporel des signaux reçus rik(t): eik ( t ) = rik ( -t ) .
  24. 24.Procédé selon l'une quelconque des revendications 22 à 23, dans lequel, au cours de l'étape d'apprentissage, on place un milieu liquide, distinct du milieu cible (2), au contact de la cavité réfléchissante, et on fait émettre ledit signal impulsionnel à partir dudit milieu liquide.
  25. 25.Procédé selon la revendication 22, dans lequel, au cours de l'étape d'apprentissage, pour un point cible prédéterminé k, on fait émettre un signal impulsionnel 30 ultrasonore successivement au niveau de chaque transducteur i du réseau, on fait capter les signaux rik(t) reçus au point cible k à partir de l'émission dudit signal impulsionnel ultrasonore, et on détermine les signaux d'émission élémentaires eik(t) par retournement temporel 35 des signaux reçus rik(t):eik(t) = rik(-t) .
  26. 26.Procédé selon la revendication 25, dans lequel, au cours de l'étape d'apprentissage, on place un milieu liquide, distinct du milieu cible (2), au contact de la cavité réfléchissante, et on capte les signaux rik(t) dans ledit milieu liquide.
  27. 27.Procédé selon la revendication 26 ou la revendication 24, dans lequel le milieu liquide, utilisé au cours de l'étape d'apprentissage, comprend essentiellement de l'eau, et au cours de l'étape d'émission, le milieu cible (2) dans lequel on focalise l'onde comporte un tissu vivant.
  28. 28.Procédé selon l'une quelconque des revendications 19 à 21, dans lequel les signaux d'émission 15 élémentaires eik(t) sont déterminés par le calcul.
  29. 29.Procédé selon l'une quelconque des revendications 18 à 28, dans lequel au cours de l'étape d'émission on émet une onde adaptée pour générer des bulles de cavitation au point cible (4). 20
  30. 30.Procédé selon l'une quelconque des revendications 18 à 29, dans lequel l'onde est une onde acoustique.
  31. 31.Procédé selon l'une quelconque des revendications 18 à 30, dans lequel l'étape d'émission est 25 réitérée au moins une fois avec une cadence comprise entre 10 Hz et 1000 Hz.
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