L'invention concerne un système d'échographie plus particulièrement destiné à tre mis en oeuvre 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 tres humains, à des fins d'examen et plus particulièrement d'examens effectués en temps réel.

Ces systèmes mettent en oeuvre 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 tre 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 tre 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 tre 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 tre 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 oeuvre 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 oeuvre 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 tre manuellement déplacée dans un plan ou au long d'une surface courbe, en cours d'échographie.

Selon une forme particulière de mise en oeuvre 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 oeuvre 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 oeuvre, 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 oeuvre, 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 oeuvre, les transducteurs d'une sonde sont répartis sur trois antennes, constituées chacune d'au moins un alignement de transducteurs et disposées en H, 1'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'tre 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 tre 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 tre 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'tre 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 tre 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 tre 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 tre obtenue, car les transducteurs peuvent tre considérés comme s'ils étaient distribués sur une surface et ils peuvent donc tre 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+ 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+'et en une position R2, T'étant différent de. La variation de temps de retard T 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 64S, l'image obtenue, si l'antenne de sonde est déplacée de 32S, correspond donc à une image qui serait fournie par une antenne de sonde plane dont la surface serait égale à 64. x64A..

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 tre 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 P1 à P4 de l'antenne, référencée 2", sont

représentées. Un exemple de faisceau susceptible d'tre obtenu pour chacune de ces positions d'antenne est aussi illustré, les divers faisceaux sont ici supposés orientés vers une zone centrale d'intért 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'tre 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'tre obtenue avec la précision requise, lorsque cette antenne de sonde est déplacée par l'intermédiaire d'un système précis et fidèle, qui peut tre 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 tre 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 1'envisage aussi l'invention.

Un exemple de sonde à antenne linéaire, susceptible d'tre 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 X/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 B/2 et dont la largeur est pratiquement égale à S. L'antenne de sonde peut se déplacer

parallèlement à elle-mme 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'tre 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 tre notablement supérieure dans le cas d'une antenne constituée de plusieurs rangées de transducteurs, cette antenne pouvant tre utilisée spatialement de diverses manières, comme il a été exposé plus haut. Elle peut de plus tre 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.

II 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 oeuvre 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, 1'antenne de cette sonde est composée de trois antennes linéaires AL disposées en H et comportant chacune un mme nombre de transducteurs 12"'. Chaque antenne linéaire AL est, par exemple, constituée de la mme manière que l'antenne linéaire décrite en relation avec les figures 2 et 5. Elle est supposée présenter les mmes caractéristiques. Il est également supposé que 1'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'tre reliés par une liaison souple à l'échographe proprement dit. L'alignement, de transducteurs constituant l'antenne centrale AL, située entre les deux antennes latérales, est utilisé pour la visualisation de la mme 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 tre considérés comme fixes, lorsque l'antenne de sonde se déplace, de manière à ce que la cohérence des signaux en réception puisse tre assurée et qu'en conséquence une bonne résolution d'image et une bonne précision des mesures de positionnement puissent tre 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 pl de deux positions successives pl, p2 montrées sur la figure 8. Ces voies V, V', V"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 pl 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 lis, 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 0,15 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 1D ou 1, 5D, est mécanique et se réalise de manière suffisamment déterminée, pour que la position de l'antenne de sonde puisse tre 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 1'espace que l'antenne a insonifié, lors de son déplacement. Les résultats obtenus correspondent à ceux qui pourraient tre 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 1D, 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.