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EP1342103A1 - Systeme d'echographie et sonde acoustique pour un tel systeme - Google Patents

Systeme d'echographie et sonde acoustique pour un tel systeme

Info

Publication number
EP1342103A1
EP1342103A1 EP01980608A EP01980608A EP1342103A1 EP 1342103 A1 EP1342103 A1 EP 1342103A1 EP 01980608 A EP01980608 A EP 01980608A EP 01980608 A EP01980608 A EP 01980608A EP 1342103 A1 EP1342103 A1 EP 1342103A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
antenna
probe
transducers
ultrasound
ultrasound system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01980608A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Louis Thales Intellectual Property VERNET
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales SA
Original Assignee
Thales SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thales SA filed Critical Thales SA
Publication of EP1342103A1 publication Critical patent/EP1342103A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/13—Tomography
    • A61B8/14—Echo-tomography
    • A61B8/145—Echo-tomography characterised by scanning multiple planes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
    • A61B8/4483—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S15/8906—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques
    • G01S15/8909—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration
    • G01S15/8915—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration using a transducer array
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • G01S15/8915—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration using a transducer array
    • G01S15/8925—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration using a transducer array the array being a two-dimensional transducer configuration, i.e. matrix or orthogonal linear arrays

Definitions

  • the invention relates to an ultrasound system more particularly intended to be used for medical imaging purposes. It also relates to an acoustic probe intended to equip such a system.
  • ultrasound systems are commonly used to visualize the tissues constituting the organs of human beings, for examination purposes and more particularly for examinations carried out in real time.
  • acoustic probes provided with one or more antennas which are composed of acoustic transducers making it possible to insonify a delimited volume of work inside which the tissues to be scanned must be located, or placed.
  • the antennas are used to emit ultrasonic exploration signals and / or to recover the signals which are reflected by the tissues illuminated by the exploration signals.
  • the current trend is to produce probes whose antennas include a high number of transducers, with a narrow emission beam, so as to be able to obtain precise images from relatively large targets.
  • the dimensioning and the cost of connecting the transducers of a probe to the ultrasound system, which this probe serves become unacceptable when the number of transducers provided is very large.
  • the invention therefore proposes an ultrasound system making it possible to obtain high image precision, with a probe whose acoustic antenna transducers are served by a number of connecting wires which is significantly lower than that of a system as envisaged above.
  • This invention allows the establishment of a connection between a probe and an associated ultrasound system, which has high performance and which is technically acceptable, insofar as it can be produced in a low volume form and at a reasonable cost.
  • the acoustic probe comprises at least one antenna composed of a plurality of acoustic transducers making it possible to insonify a working volume in which the tissues to be examined must be located, or placed.
  • the ultrasound system is programmed to process the acoustic signals, reflected by the tissues, which are picked up by the transducers, after at least some of these transducers have previously emitted them, so as to group together these captured signals and to extract from them echographic images usable by a user
  • the system is equipped with an acoustic probe comprising at least one antenna, composed of one or more alignments of rigidly associated transducers making it possible to insonify a working volume in which are located, or placed, tissue to be examined.
  • This antenna is designed to be moved, along at least one dimension of a surface, during ultrasound and as part of an antenna treatment, of synthetic type.
  • the probe comprises at least one antenna composed of one or more alignments of rigidly associated transducers, which is mechanically moved in a plane or along a curved surface, in progress ultrasound.
  • the probe comprises at least one antenna composed of one or more alignments of rigidly associated transducers, which is designed to be manually moved in a plane or along a curved surface , during ultrasound.
  • the probe comprises at least one antenna intended to slide on a membrane, acting as an acoustic interface with respect to the tissues to be ultrasound.
  • the indications relating to the positioning of the probe antenna (s) are obtained by means of the drive mechanism. According to an implementation variant, the indications relating to the positioning of the probe antenna (s) are obtained by means of at least one measurement device independent of the means for moving the probe antenna (s). According to another implementation variant, the indications relating to the positioning of the probe antenna (s) are obtained by calculation in the ultrasound system, on the occasion of the programmed processing carried out by the latter using acoustic signals, reflected by the tissues, which were picked up by the transducers, during an ultrasound.
  • the transducers of a probe are distributed over three antennas, each consisting of at least one alignment of transducers and arranged in H, the central antenna being used in transmission and in reception to transmit and pick up the acoustic signals from which the ultrasound images, the lateral antennas being used in reception to pick up the signals from which the indications relating to the positioning of the H-shaped assembly formed by these three antennas are extracted.
  • the invention also provides an acoustic probe, for an ultrasound system, as defined in the main characteristic mentioned above.
  • the probe comprises a synthetic antenna composed of a plurality of acoustic transducers aligned in one or more columns on a surface and a system of addressing multiplexers making it possible to jointly select a part of the transducers, to transmission or / and reception, so as to achieve an apparent displacement of this part by selective addressing of the multiplexers.
  • FIG. 1 shows a known block diagram of an ultrasound system.
  • FIG. 2 presents a diagram relating to a first known type of probe antenna, to an alignment of transducers.
  • FIG. 3 presents a diagram relating to a second type of known probe antenna, comprising several alignments of transducers.
  • FIG. 4 presents a definition diagram relating to a linear displacement of the antenna.
  • FIG. 5 presents a block diagram illustrating the scanning capable of being carried out with a probe antenna, according to the invention, moved linearly within the framework of an operation for obtaining an ultrasound image.
  • FIG. 6 shows a block diagram relating to a first embodiment of an arrangement of probe for ultrasound system. according to the invention.
  • FIG. 7 presents a block diagram relating to a second embodiment of a probe arrangement for an ultrasound system, according to the invention.
  • FIG. 8 presents a block diagram illustrating the transmission modes for one of the transducers of a linear antenna.
  • FIG. 9 presents a diagram relating to an embodiment of a probe with multilinear antenna.
  • the ultrasound system shown diagrammatically in FIG. 1, conventionally comprises an ultrasound probe 1 including a plurality of transducers which define an antenna and which are intended to allow the insonification of a delimited volume of work, in which must be located, or placed, the tissue to be scanned.
  • the probe 1 is organized, in a manner developed below, to allow exploration of targets which are located at the level of the tissues and which are illuminated in a determined manner by the transducers. These are used both to emit acoustic signals, towards the targets, in the ultrasonic range and to recover these signals, after reflection by the targets.
  • the probe 1 is connected to an ultrasound system 4 which comprises an emitter stage 5, where the excitation signals are produced which are sent to the transducers of the probe.
  • This sending is carried out according to a determined sequencing and with a determined periodicity, under the impulse of a clock circuit 6, connected to this transmitter stage in a conventional manner, not shown here.
  • Control means, for example of the keyboard or desk type, of a man-machine interface 7 allow a user to act, according to his needs, on various constituent elements of the ultrasound system and possibly on the probe.
  • excitation signals are transmitted, in the form of pulse trains, to the transducers of at least one antenna that the probe comprises, from the transmitter stage 5 and via a stage separator 8, to which is also connected a receiving stage 9.
  • excitation signals are transformed into ultrasonic pulse signals, at the level of the transducers of the probe antenna (s).
  • the separator stage 8 makes it possible to prevent the excitation signals from blinding the receiver stage 9.
  • the reflected ultrasonic signals which are picked up by the transducers in the reception phase are taken into account by the receiver stage, where they are organized so as to be grouped by reception channels. The grouping is carried out in a manner which is determined according to the choices made available to the user, in particular for focusing purposes.
  • a signal processing stage 10 makes it possible to translate the signals supplied by the receiving stage into signals usable by the user and for example into ultrasound images capable of being presented on a display screen 11.
  • the operation of the ultrasound system is controlled by means of a programmed management unit, which may possibly be at least partially confused with the processing stage 10. This operation is temporally governed by the clock circuit 6, in connection with the programmed management unit.
  • FIG. 2 shows an acoustic probe, of type 1D, which comprises an antenna 2 composed of an alignment of ultrasonic transducers 12.
  • the number of aligned transducers can be large and an alignment comprises, for example, 128 transducers.
  • the displacement of the probe antenna is used to insonify a working volume by exploiting the possibilities of selective activation of the aligned transducers 12.
  • An image whose definition is comparable in two dimensions can be obtained, because the transducers can be considered as if they were distributed on a surface and they can therefore be used synthetically, by exploiting the movement of the antenna, both at l at the reception.
  • a signal, emitted at an instant tl and at a position El along the path followed by the antenna of the probe is received at time tl + ⁇ and at a position RI, as illustrated in FIG. 4.
  • the variation in delay time ⁇ '- ⁇ induces a phase variation, between receptions at positions RI and R2, at a given frequency.
  • This phase variation is twice the phase difference between two sensors of a fixed reception antenna of length E2-E1.
  • the antenna 2 of which is assumed to consist of 128 sensors distant by half a wavelength and therefore having a total length corresponding to 64 ⁇
  • the image obtained, if the probe antenna is moved by 32 ⁇ therefore corresponds to an image which would be provided by a plane probe antenna whose surface would be equal to 64 ⁇ x64 ⁇ .
  • a 2 ′ antenna probe comprising several rows of transducers, as shown diagrammatically in FIG. 3, for the linear antenna probe 2 envisaged so far.
  • This antenna 2 ′ is composed of a plurality of alignments each comprising a certain number of transducers 12 ′, this number possibly being able to be different from one row to another.
  • the number of transducers per alignment corresponds for example to the number of transducers envisaged for the probe 2, each transducer being individually controlled by the programmed management unit of the system to which it is connected via a preferably shared wired link, such as 17 or 17n.
  • FIG. 5 A rectilinear movement of an antenna of this kind is shown diagrammatically in FIG. 5, where four successive positions PI to P4 of the antenna, referenced 2 ", are represented. An example of a beam that can be obtained for each of these antenna positions is also illustrated, the various beams are here assumed to be oriented towards a central zone of interest Z.
  • the diagram of the antenna on transmission it is possible to vary the diagram of the antenna on transmission to concentrate the beam on a particular area of the space to be examined, by attacking the transducers by suitably delayed signals. It is also possible to vary the diagram of the receiving antenna to improve the imagery, for example by creating zeros in determined directions.
  • the displacement of the antenna 2 " is provided for at a fixed speed and under conditions practically analogous to those mentioned above, in connection with the antenna 2. It makes it possible to easily obtain images having comparable definitions, in a area that the operator can choose in the tissues examined. It is essential to be able to precisely locate the antenna of a probe during movement, whether this antenna is linear, such as 2, or multilinear, such as 2 '.
  • FIG. 6 An example of a probe with a linear antenna, capable of being mechanically moved, is illustrated in FIG. 6. It is assumed there that the drive mechanism makes it possible to know the position of the probe antenna better than ⁇ / 8, or practically 0.03 mm for an antenna of a probe operating with a wavelength of 0.3 mm.
  • the probe is supposed to operate at 5 MHz and to have an alignment whose length is 19.2mm, this probe antenna being composed of 128 12 "transducers, which are spaced ⁇ / 2 apart and whose width is practically equal to ⁇ .
  • the probe antenna can move parallel to itself under the action of the mechanism, not shown, by sliding on a relatively rigid membrane 13 stretched over a frame 14.
  • the displacement of the probe antenna is for example limited to a length of the order of a centimeter .
  • the membrane acts as an acoustic interface vis-à-vis the tissues to be examined, here assumed to be located under it.
  • the transducers of the probe are capable of being connected by a flexible connection 15 to the ultrasound system itself.
  • the linear antenna has a maximum directivity approximately equal to 0.9 ° or 1/64 radian in a plane, which therefore corresponds to a resolution of 3 mm at a distance of 20 cm and a resolution of 0.625 mm to 4 cm. It has a directivity in the other plane of 30 °, leading to a soundproof zone being obtained in the other plane, which is 2 cm at a range of 4 cm and 10 cm at a range of 2 cm .
  • the directivity that it is possible to obtain can be notably higher in the case of an antenna made up of several rows of transducers, this antenna being able to be used spatially in various ways, as has been explained above. It can also be used to increase the signal-to-noise ratio.
  • the displacement of the linear antenna, considered above, over a distance of 1 cm, is equivalent to obtaining a synthetic antenna whose directivity is 1/64 radian in both directions, which therefore corresponds to a antenna gain of 4096 and a resolution cell size of 0.6x0.6 or 0.36 mm 2 to 4 cm.
  • a probe with synthetically treated antenna which is constituted by a linear or multilinear antenna whose spatial position is obtained by implementing a measurement device which is independent of the displacement drive system of the antenna and which is not one of the conventional measuring devices considered above. This is particularly envisaged in the case where the movement of the probe antenna of an ultrasound system is carried out manually by the user. An example of a probe provided for such a case is shown diagrammatically in FIG.
  • the antenna of this probe is composed of three linear antennas AL arranged in H and each comprising the same number of transducers 12 ′′.
  • Each linear antenna AL is, for example, constituted in the same way as the linear antenna described in relation to FIGS. 2 and 5. It is assumed to have the same characteristics, it is also assumed that the assembly in H, formed by the three linear probe antennas AL, can move a short distance by sliding on a 13 '"membrane which is carried by a 14'" frame and under which the tissues to be examined are located. As before, the transducers of the probe are likely to be connected by a flexible connection to the actual ultrasound system.
  • the alignment M of transducers constituting the central antenna AL, located between the two lateral antennas, is used for viewing in the same way as the alignment of transducers 12 "of the antenna 2.
  • the two lateral antennas AL are used for measuring the movement of the probe antenna. This measurement implies that the echoes to be located at the level of the tissues under examination are fixed or can be considered to be fixed, when the probe antenna moves, so that the coherence of the reception signals can be ensured and that consequently a good image resolution and a good precision of the positioning measurements can be obtained.
  • channels V of specific appearance, as presented for a given transducer in a first antenna position pi of two successive positions pi, p2 shown in FIG. 8.
  • These channels V, V, N “have great finesse in the plane P, according to the alignment of transducers of the antenna 2 ' “and perpendicular to the plane defined by these transducers. They also have a significant width in the other direction, as shown for one of the channels in each of the two positions pi and p2 assumed successively to be reached by translation of the antenna.
  • results obtained correspond to those which could be achieved with a 2D probe composed, as is known, of a large number of transducers distributed in a rectangular matrix of large dimensions.
  • the processing of the recovered signals is carried out by re-phasing, the signals coming from a determined source point, in an area determined by the diagram of the probe antenna, as conventionally carried out in the field of radars for ground imagery from a satellite or plane.
  • the motion estimation is carried out by measuring the correlation between antenna sensors from one emission to another. .
  • the invention also applies when the antenna is of the 2D type, as assumed for the antenna 2 "" of the probe presented in FIG. 9 and when the scanning is carried out, not by mechanical means, but by using multiplexers 16, ..., 16n located inside the probe.
  • This allows, in fact, to reduce the number of connections 17, ..., 17n between the antenna transducers and the rest of the ultrasound system.

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Abstract

Système d'échographie constitué d'un échographe (4) auquel est associée une sonde acoustique (1) comportant au moins une antenne composée d'une pluralité de transducteurs acoustiques permettant d'insonifier un volume de travail dans lequel doivent être situés, ou placés, les tissus à examiner. Le système dispose d'une sonde incorporant au moins une antenne synthétiquement traitée qui est composée d'un ou de plusieurs alignements de transducteurs rigidement associés et qui est déplacée sur une surface, ordinairement plane, en cours d'échographie.

Description

Système d'échographie et sonde acoustique pour un tel système
L'invention concerne un système d'échographie plus particulièrement destiné à être mis en œuvre à des fins d'imagerie médicale. Elle concerne aussi une sonde acoustique destinée à équiper un tel système.
Comme il est connu, les systèmes d'échographie sont couramment utilisés pour visualiser les tissus constituant les organes des êtres humains, à des fins d'examen et plus particulièrement d'examens effectués en temps réel.
Ces systèmes mettent en œuvre des sondes acoustiques dotées d'une ou de plusieurs antennes qui sont composées de transducteurs acoustiques permettant d'insonifier un volume délimité de travail à l'intérieur duquel les tissus à échographier doivent être situés, ou placés. Les antennes sont utilisées pour émettre des signaux ultrasonores d'exploration et/ou pour récupérer les signaux qui sont réfléchis par les tissus illuminés par les signaux d'exploration. La tendance actuelle est de réaliser des sondes dont les antennes comportent un nombre élevé de transducteurs, à faisceau d'émission étroit, de manière à pouvoir obtenir des images précises à partir de cibles de relativement grandes dimensions. Toutefois le dimensionnement et le coût de liaison des transducteurs d'une sonde à l'échographe, que dessert cette sonde, deviennent inacceptables, lorsque le nombre de transducteurs prévu est très grand. Or il est possible de réaliser des sondes disposant, par exemple, de 2500 transducteurs disposés selon une matrice rectangulaire de 50 par 50. L'invention propose donc un système d'échographie permettant d'obtenir une grande précision d'image, avec une sonde dont les transducteurs acoustiques d'antenne sont desservis par un nombre de fils de liaison qui est nettement inférieur à celui d'un système tel qu'envisagé ci-dessus. Cette invention permet la mise en place d'une liaison, entre une sonde et un échographe associés, qui présente des performances élevées et qui est techniquement acceptable, dans la mesure où elle peut être réalisée sous une forme peu volumineuse et à un coût raisonnable.
La sonde acoustique comporte au moins une antenne composée d'une pluralité de transducteurs acoustiques permettant d'insonifier un volume de travail dans lequel doivent être situés, ou placés, les tissus à examiner. L'échographe est programmé de manière à traiter les signaux acoustiques, réfléchis par les tissus, qui sont captés par les transducteurs, après qu'au moins certains de ces transducteurs les aient précédemment émis, de manière à regrouper par voies ces signaux captés et à en extraire des images échographiques exploitables par un utilisateur
Selon une caractéristique principale de l'invention, le système est équipé d'une sonde acoustique comportant au moins une antenne, composée d'un ou de plusieurs alignements de transducteurs rigidement associés permettant d'insonifier un volume de travail dans lequel sont situés, ou placés, des tissus à examiner. Cette antenne est prévue pour être déplacée, selon au moins une dimension d'une surface, en cours d'échographie et dans le cadre d'un traitement d'antenne, de type synthétique.
Selon une forme de mise en œuvre de l'invention, la sonde comporte au moins une antenne composée d'un ou de plusieurs alignements de transducteurs rigidement associés, qui est mécaniquement déplacée dans un plan ou au long d'une surface courbe, en cours d'échographie. Selon une variante de mise en œuvre de l'invention, la sonde comporte au moins une antenne composée d'un ou de plusieurs alignements de transducteurs rigidement associés, qui est prévue pour être manuellement déplacée dans un plan ou au long d'une surface courbe, en cours d'échographie. Selon une forme particulière de mise en œuvre de l'invention, la sonde comporte au moins une antenne prévue pour coulisser sur une membrane, faisant fonction d'interface acoustique vis-à-vis des tissus à échographier.
Selon une forme de mise en œuvre de l'invention, les indications relatives au positionnement de la ou des antennes de sonde sont obtenues par l'intermédiaire du mécanisme d'entraînement. Selon une variante de mise en œuvre, les indications relatives au positionnement de la ou des antennes de sonde sont obtenues par l'intermédiaire d'au moins un dispositif de mesure indépendant des moyens de déplacement d'antenne(s) de sonde. Selon une autre variante de mise en œuvre, les indications relatives au positionnement de la ou des antennes de sonde sont obtenues par calcul dans l'échographe, à l'occasion du traitement programmé effectué par ce dernier à partir des signaux acoustiques, réfléchis par les tissus, qui ont été captés par les transducteurs, au cours d'une échographie. Selon une forme particulière de mise en œuvre, les transducteurs d'une sonde sont répartis sur trois antennes, constituées chacune d'au moins un alignement de transducteurs et disposées en H, l'antenne centrale étant exploitée en émission et en réception pour émettre et capter les signaux acoustiques d'où sont extraites les images échographiques, les antennes latérales étant exploitées en réception pour capter les signaux d'où sont extraites les indications relatives au positionnement de l'ensemble en H que forment ces trois antennes.
L'invention propose aussi une sonde acoustique, pour système d'échographie, telle que définie dans la caractéristique principale mentionnée ci-dessus.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la sonde comporte une antenne synthétique composée d'une pluralité de transducteurs acoustiques alignés en une ou plusieurs colonnes sur une surface et un système de multiplexeurs d'adressage permettant de sélectionner conjointement une partie des transducteurs, à l'émission ou/et à la réception, de manière à réaliser un déplacement apparent de cette partie par adressage sélectif des multiplexeurs.
L'invention, ses caractéristiques et ses avantages sont précisés dans la description qui suit en liaison avec les figures évoquées ci-dessous.
La figure 1 présente un schéma synoptique connu d'un système d'échographie. La figure 2 présente un schéma relatif à un premier type d'antenne de sonde, connu, à un alignement de transducteurs.
La figure 3 présente un schéma relatif à un second type d'antenne de sonde, connu, comportant plusieurs alignements de transducteurs.
La figure 4 présente un diagramme de définition relatif à un déplacement linéaire d'antenne.
La figure 5 présente un schéma de principe illustrant le balayage susceptible d'être réalisé avec une antenne de sonde, selon l'invention, déplacée linéairement dans le cadre d'une opération d'obtention d'une image échographique.
La figure 6 présente un schéma de principe relatif à une première forme de réalisation d'un agencement de sonde pour système d'échographie, .selon l'invention.
La figure 7 présente un schéma de principe relatif à une seconde forme de réalisation d'un agencement de sonde pour système d'échographie, selon l'invention. La figure 8 présente un schéma de principe illustrant les modes d'émission pour un des transducteurs d'une antenne linéaire.
La figure 9 présente un schéma relatif à une forme de réalisation d'une sonde à antenne multilinéaire.
Le système d'échographie, schématisé sur la figure 1, comporte classiquement une sonde échographique 1 incluant une pluralité de transducteurs qui définissent une antenne et qui sont destinés à permettre l'insonification d'un volume délimité de travail, dans lequel doivent être situés, ou placés, les tissus à échographier. La sonde 1 est organisée, d'une façon développée plus loin, pour permettre d'explorer des cibles qui sont situées au niveau des tissus et qui sont illuminées d'une manière déterminée par les transducteurs. Ceux-ci sont utilisés tant pour émettre des signaux acoustiques, vers les cibles, dans la gamme ultrasonore que pour récupérer ces signaux, après réflexion par les cibles.
A cet effet, la sonde 1 est reliée à un échographe 4 qui comporte un étage émetteur 5, où sont produits les signaux d'excitation qui sont envoyés aux transducteurs de la sonde. Cet envoi s'effectue selon un séquencement déterminé et avec une périodicité déterminée, sous l'impulsion d'un circuit d'horloge 6, relié à cet étage émetteur d'une manière classique, non représentée ici. Des moyens de commande, par exemple de type clavier ou pupitre, d'une interface homme- machine 7 permettent à un utilisateur d'agir, en fonction de ses besoins, sur différents éléments constitutifs de l'échographe et éventuellement sur la sonde. En phase d'émission, des signaux d'excitation sont transmis, sous forme de trains d'impulsions, aux transducteurs d'au moins une antenne que comporte la sonde, depuis l'étage émetteur 5 et par l'intermédiaire d'un étage séparateur 8, auquel est également relié un étage récepteur 9. Ces signaux d'excitation sont transformés en signaux impulsionnels ultrasonores, au niveau des transducteurs de la ou des antennes de sonde. L'étage séparateur 8 permet d'éviter que les signaux d'excitation ne viennent aveugler l'étage récepteur 9. Les signaux ultrasonores réfléchis qui sont captés par les transducteurs en phase de réception, sont pris en compte par l'étage récepteur, où ils sont organisés de manière à être regroupés par voies de réception. Le regroupement s'effectue d'une manière qui est déterminée en fonction de choix mis à disposition de l'utilisateur, notamment à des fins de focalisation. Un étage de traitement de signal 10 permet de traduire les signaux fournis par l'étage récepteur en signaux exploitables par l'utilisateur et par exemple en images échographiques susceptibles d'être présentées sur un écran d'affichage 11. Comme il est connu, le fonctionnement de l'échographe est contrôlé par l'intermédiaire d'une unité de gestion programmée, qui peut éventuellement être au moins partiellement confondue avec l'étage de traitement 10. Ce fonctionnement est temporellement régi par le circuit d'horloge 6, en liaison avec l'unité de gestion programmée.
La figure 2 présente une sonde acoustique, de type 1D, qui comporte une antenne 2 composée d'un alignement de transducteurs ultrasoniques 12. Le nombre de transducteurs alignés peut être grand et un alignement comporte, par exemple, 128 transducteurs. Selon l'invention il est prévu de déplacer une telle antenne de sonde 1D à une vitesse déterminée sur une surface, ordinairement plane ou courbe, suivant les besoins. Le déplacement de l'antenne de sonde est utilisé pour insonifier un volume de travail en exploitant les possibilités d'activation sélective des transducteurs 12 alignés. Une image dont la définition est comparable dans les deux dimensions peut être obtenue, car les transducteurs peuvent être considérés comme s'ils étaient distribués sur une surface et ils peuvent donc être exploités synthétiquement, en exploitant le mouvement de l'antenne, tant à l'émission qu'à la réception. Un signal, émis à un instant tl et en une position El au long du trajet suivi par l'antenne de la sonde, est reçu au temps tl+τ et en une position RI, comme illustré sur la figure 4.
Un signal, émis à un instant tl+T et en une position E2, est reçu au temps tl+T+τ' et en une position R2, τ' étant différent de τ. La variation de temps de retard τ'-τ induit une variation de phase, entre les réceptions aux positions RI et R2, à une fréquence donnée. Cette variation de phase est le double de la différence de phase entre deux capteurs d'une antenne fixe de réception de longueur E2-E1. L'enregistrement des signaux captés, obtenus à partir de signaux identiques, permet d'effectuer un traitement de remise en phase des signaux provenant d'un point source déterminé, dans une zone déterminée par le diagramme de l'antenne d'émission.
Dans le cas de la sonde évoquée en liaison avec la figure 2, dont l'antenne 2 est supposée constituée de 128 capteurs distants d'une demi-longueur d'onde et ayant donc une longueur totale correspondant à 64λ, l'image obtenue, si l'antenne de sonde est déplacée de 32λ, correspond donc à une image qui serait fournie par une antenne de sonde plane dont la surface serait égale à 64λx64λ. Il est également possible de substituer une sonde à antenne 2' comportant plusieurs rangées de transducteurs, telle que schématisée sur la figure 3, à la sonde à antenne linéaire 2 envisagée jusqu'ici. Cette antenne 2' est composée d'une pluralité d'alignements comportant chacun un certain nombre de transducteurs 12', ce nombre pouvant éventuellement être différent d'une rangée à l'autre. Le nombre de transducteurs par alignement correspond par exemple au nombre de transducteurs envisagé pour la sonde 2, chaque transducteur étant individuellement contrôlé par l'unité de gestion programmée du système auquel il est relié via une liaison filaire préférablement partagée, telle que 17 ou 17n.
Un déplacement rectiligne d'une antenne de ce genre est schématisé sur la figure 5, où quatre positions successives PI à P4 de l'antenne, référencée 2", sont représentées. Un exemple de faisceau susceptible d'être obtenu pour chacune de ces positions d'antenne est aussi illustré, les divers faisceaux sont ici supposés orientés vers une zone centrale d'intérêt Z.
Il est possible de faire varier le diagramme de l'antenne à l'émission pour concentrer le faisceau sur une zone particulière de l'espace à examiner, en attaquant les transducteurs par des signaux convenablement retardés. Il est aussi possible de faire varier le diagramme de l'antenne en réception pour améliorer l'imagerie, par exemple en créant des zéros dans des directions déterminées. Le déplacement de l'antenne 2" est prévu réalisé à vitesse déterminée et dans des conditions pratiquement analogues à celles évoquées ci-dessus, en liaison avec l'antenne 2. Il permet d'obtenir aisément des images ayant des définitions comparables, dans une zone que l'opérateur peut choisir dans les tissus examinés. Il est indispensable de pouvoir localiser précisément l'antenne d'une sonde en cours de déplacement, que cette antenne soit linéaire, telle 2, ou multilinéaire, telle 2'. Cette localisation peut n'être que relative, elle implique alors de connaître avec précision la position de l'antenne de sonde, à un instant donné, au cours du déplacement qu'elle effectue, par rapport à sa position initiale de départ, en début de déplacement. Une précision de l'ordre de 3/100 mm est par exemple à envisager, dans le cas où une fréquence de l'ordre de 5 MHz est utilisée. La connaissance du positionnement de l'antenne de sonde est susceptible d'être obtenue avec la précision requise, lorsque cette antenne de sonde est déplacée par l'intermédiaire d'un système précis et fidèle, qui peut être un système mécanique et par exemple un système entraîné par un ou des moteur(s) pas à pas. Les indications relatives au positionnement de la ou des antennes de sonde peuvent alors être obtenues par l'intermédiaire du mécanisme d'entraînement.
Il est aussi possible de connaître avec précision la position d'une antenne de sonde au moyen d'un ou de dispositifs de mesure, par exemple de type accéléromètre, indépendants des moyens de déplacement d'antennes, comme l'envisage aussi l'invention. Un exemple de sonde à antenne linéaire, susceptible d'être mécaniquement déplacée, est illustré sur la figure 6. Il y est supposé que le mécanisme d'entraînement permet de connaître la position de l'antenne de sonde à mieux que λ/8, soit pratiquement 0,03 mm pour une antenne d'une sonde fonctionnant avec une longueur d'onde de 0,3mm. La sonde est supposée fonctionner à 5 MHz et comporter un alignement dont la longueur est de 19,2mm, cette antenne de sonde étant composée de 128 transducteurs 12", qui sont distants de λ/2 et dont la largeur est pratiquement égale à λ. L'antenne de sonde peut se déplacer parallèlement à elle-même sous l'action du mécanisme, non représenté, en glissant sur une membrane 13 relativement rigide tendue sur un cadre 14. Le déplacement de l'antenne de sonde est par exemple limité à une longueur de l'ordre du centimètre. La membrane agit comme une interface acoustique vis-à- vis des tissus à examiner, ici supposés situés sous elle. Les transducteurs de la sonde sont susceptibles d'être reliés par une liaison souple 15 à l'échographe proprement dit. L'antenne linéaire a une directivité maximum approximativement égale à 0,9° ou 1/64 radian dans un plan, ce qui correspond donc à une résolution de 3 mm à une distance de 20 cm et une résolution de 0,625 mm à 4 cm. Elle a une directivité dans l'autre plan de 30°, conduisant à ce qu'une zone insonifiée soit obtenue dans l'autre plan, qui soit de 2 cm à une portée de 4 cm et de 10 cm à une portée de 2 cm.
La directivité qu'il est possible d'obtenir, peut être notablement supérieure dans le cas d'une antenne constituée de plusieurs rangées de transducteurs, cette antenne pouvant être utilisée spatialement de diverses manières, comme il a été exposé plus haut. Elle peut de plus être utilisée de manière à augmenter le rapport signal à bruit.
Le déplacement de l'antenne linéaire, envisagée ci-dessus, sur une distance de 1 cm, équivaut à l'obtention d'une antenne synthétique dont la directivité est de 1/64 radian dans les deux directions, ce qui correspond donc à un gain d'antenne de 4096 et une taille de cellule de résolution de 0,6x0,6 soit 0,36 mm2 à 4 cm. Il est également envisageable de réaliser une sonde à antenne traitée synthétiquement qui est constituée par une antenne linéaire ou multilinéaire dont la position spatiale est obtenue par mise en œuvre d'un dispositif de mesure qui est indépendant du système d'entraînement en déplacement de l'antenne et qui n'est pas un des dispositifs de mesure classiques, envisagés plus haut. Ceci est notamment envisagé dans le cas où le déplacement de l'antenne de sonde d'un système d'échographie est réalisé manuellement par l'utilisateur. Un exemple de sonde prévue pour un tel cas est schématisé sur la figure 7, l'antenne de cette sonde est composée de trois antennes linéaires AL disposées en H et comportant chacune un même nombre de transducteurs 12'". Chaque antenne linéaire AL est, par exemple, constituée de la même manière que l'antenne linéaire décrite en relation avec les figures 2 et 5. Elle est supposée présenter les mêmes caractéristiques. Il est également supposé que l'ensemble en H, formé par les trois antennes linéaires de sonde AL, peut se déplacer sur une courte distance en glissant sur une membrane 13'" qui est portée par un cadre 14'" et sous laquelle sont situés les tissus à examiner. Comme précédemment, les transducteurs de la sonde sont susceptibles d'être reliés par une liaison souple à l'échographe proprement dit. L'alignementMde transducteurs constituant l'antenne centrale AL, située entre les deux antennes latérales, est utilisé pour la visualisation de la même manière que l'alignement de transducteurs 12" de l'antenne 2. Les deux antennes latérales AL sont utilisées pour la mesure du mouvement de l'antenne de sonde. Cette mesure implique que les échos à localiser au niveau des tissus en examen soient fixes ou puissent être considérés comme fixes, lorsque l'antenne de sonde se déplace, de manière à ce que la cohérence des signaux en réception puisse être assurée et qu'en conséquence une bonne résolution d'image et une bonne précision des mesures de positionnement puissent être obtenues.
Dans le cas d'une antenne linéaire 2'", correspondant par exemple à l'élément central AL évoqué ci-dessus, il est possible d'obtenir la formation de voies V, d'allure spécifique, telles que présentées pour un transducteur donné dans une première position d'antenne pi de deux positions successives pi, p2 montrées sur la figure 8. Ces voies V, V, N" présentent une grande finesse dans le plan P, selon l'alignement de transducteurs de l'antenne 2'" et perpendiculairement au plan que définissent ces transducteurs. Elles présentent aussi une largeur significative dans l'autre direction, comme montré pour une des voies dans chacune des deux positions pi et p2 supposées successivement atteintes par translation de l'antenne.
Si l'on suppose qu'environ cent voies sont formées à l'aide d'une antenne centrale AL qui est utilisée pour la visualisation, et que la période de récurrence de l'émission soit d'environ 250 μs, pour une portée de 20 cm, il faut alors que la vitesse de déplacement de l'ensemble constitué par les trois antennes linéaires AL n'excède pas 100x250= 25 ms pour 0J5 mm. Ceci correspond donc à une vitesse de 6 mm/s et à un balayage réalisé en un peu plus de trois secondes, si le déplacement s'effectue sur 2 cm. Il faut alors que les éléments des tissus, qui servent à la formation des échos, n'aient pas bougé sur une distance, correspondant au côté de case distance, de plus de 0,6 mm, si la portée prise en compte est de 4 cm, comme envisagé ci-dessus.
Les contraintes exposées ci-dessus, sont également à prendre en compte avec l'antenne linéaire envisagée plus haut, quelle que soit la manière, manuelle ou mécanique, selon laquelle cette antenne linéaire est déplacée. Lorsque le déplacement d'une antenne de sonde, de type ID ou 1,5D, est mécanique et se réalise de manière suffisamment déterminée, pour que la position de l'antenne de sonde puisse être considérée comme parfaitement connue à tout instant lors de son déplacement, la seule opération qu'il est nécessaire de faire, avant traitement, est de mettre en mémoire les signaux réfléchis, de manière à pouvoir ultérieurement constituer les voies synthétiques. Lorsque le' déplacement de l'antenne ne s'effectue pas dans les conditions envisagées ci-dessus, par exemple par ce qu'il est réalisé de manière manuelle, il est toutefois possible de connaître la position de l'antenne de sonde avec précision. Tel est le cas, si celle-ci fait partie d'un ensemble d'antennes, du type à trois antennes linéaires AL montées en H, qui est décrit plus haut. La mesure du déplacement de l'ensemble constitué par les trois antennes en H est réalisée en se basant sur les deux antennes latérales, utilisées uniquement en réception, et par l'intermédiaire de mesures de corrélation effectuées sur les capteurs de ces antennes, de récurrence à récurrence. L'utilisation de deux antennes latérales situées aux extrémités de l'antenne centrale permet d'augmenter la précision de la mesure de rotation de l'ensemble constitué par les trois antennes. Quel que soit le cas, une fois que les signaux récupérés sont enregistrés en mémoire, il est possible de former des voies dans tout l'espace que l'antenne a insonifié, lors de son déplacement. Les résultats obtenus correspondent à ceux qui pourraient être atteints avec une sonde 2D composée, comme il est connu, d'un grand nombre de transducteurs distribués selon une matrice rectangulaire de grandes dimensions. Comme indiqué plus haut, le traitement des signaux récupérés s'effectue en remettant en phase, les signaux provenant d'un point source déterminé, dans une zone déterminée par le diagramme de l'antenne de sonde, comme classiquement réalisé dans le domaine des radars pour l'imagerie au sol depuis un satellite ou un avion. L'estimation de mouvement est réalisée par la mesure de la corrélation entre capteurs d'antenne d'une émission à l'autre..
L'invention s'applique aussi lorsque l'antenne est du type 2D, comme supposé pour l'antenne 2"" de la sonde présentée sur la figure 9 et que le balayage est réalisé, non par des moyens mécaniques, mais à l'aide de multiplexeurs 16, ..., 16n situés à l'intérieur de la sonde. Ceci permet, en effet, de réduire le nombre de liaisons 17, ..., 17n entre les transducteurs de l'antenne et le reste du système d'échographie. Suivant le nombre et le type de connexions nécessaires, il est possible de réaliser un balayage avec une sonde ayant une antenne, de type ID, telle que 2', comportant une seule rangée de transducteurs ou avec une des antennes, de type multilinéaire, envisagées ci-dessus, en bénéficiant de l'avantage d'un nombre réduit de câbles de liaison entre la sonde et le système.
Par ailleurs, dans cette configuration, il est possible de modifier par simple changement de la loi d'adressage des multiplexeurs, la vitesse de déplacement de la partie d'antenne utilisée à l'émission ou à la réception de manière avantageuse en ce qui concerne la durée de formation de l'image et les performances du traitement Doppler.

Claims

REVENDICATIONS
1/ Système d'échographie constitué d'un echographe (4) auquel est associée une sonde acoustique (1) comportant au moins une antenne composée d'une pluralité de transducteurs acoustiques (12) permettant d'insonifier un volume de travail dans lequel doivent être situés, ou placés, les tissus à examiner, l'échographe étant programmé de manière à traiter les signaux acoustiques réfléchis par les tissus qui sont captés par les transducteurs, après qu'au moins certains de ces transducteurs les aient précédemment émis, de manière à regrouper par voies les signaux captés et à en extraire des images échographiques exploitables par un utilisateur, ledit système étant caractérisé en ce qu'il comporte une sonde, du type à antenne traitée synthétiquement, à antenne (2 ou 2'), composée d'un ou de plusieurs alignements de transducteurs rigidement associés, qui est prévue pour être déplacée, selon au moins une dimension d'une surface, en cours d'échographie. 2/ Système d'échographie, selon la revendication 1, dans lequel la sonde comporte au moins une antenne, composée d'un ou de plusieurs alignements de transducteurs rigidement associés, qui est mécaniquement déplacée dans un plan ou au long d'une surface courbe, en cours d'échographie. 3/ Système d'échographie, selon la revendication 1, dans lequel la sonde comporte au moins une antenne, composée d'un ou de plusieurs alignements de transducteurs rigidement associés, qui est prévue pour être manuellement déplacée dans un plan ou au long d'une surface courbe, en cours d'échographie. 4/ Système d'échographie, selon l'une des revendications 2 ou 3, dans lequel la sonde comporte au moins une antenne prévue pour coulisser sur une membrane (13) faisant fonction d'interface acoustique vis-à-vis des tissus à échographier. 5/ Système d'échographie, selon l'une des revendications 2, 4, caractérisé' en ce qu'il comprend un mécanisme d'entraînement qui fournit les indications relatives au positionnement de la ou des antennes de sonde. 6/ Système d'échographie, selon l'une des revendications 2, 3, ou 4, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de mesures indépendant du mécanisme d'entraînement , dans lequel des indications relatives au positionnement de la ou des antennes de sonde sont obtenues par l'intermédiaire d'au moins un dispositif de mesure indépendant des moyens de déplacement d'antenne(s) de sonde. Il Système d'échographie, selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'échographe comprend des moyens de calcul, dans l'échographe à l'occasion du traitement programmé, des indications relatives au positionnement de la ou des antennes de sonde, à partir des signaux acoustiques, réfléchis par les tissus, qui ont été captés par les transducteurs au cours d'une échographie, . 8/ Système d'échographie, selon la revendication 7, dans lequel les transducteurs d'une sonde sont répartis sur trois antennes constituées chacune d'au moins un alignement de transducteurs (AL) et disposées en H, l'antenne centrale étant exploitée en émission et en réception pour émettre et capter les signaux acoustiques d'où sont extraites les images échographiques, les antennes latérales étant exploitées en réception pour capter les signaux d'où sont extraites les indications relatives au positionnement de l'ensemble en H que forment ces trois antennes.
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