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WO2025056380A1 - Systeme d'imagerie ultrasonore - Google Patents

Systeme d'imagerie ultrasonore Download PDF

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Publication number
WO2025056380A1
WO2025056380A1 PCT/EP2024/074621 EP2024074621W WO2025056380A1 WO 2025056380 A1 WO2025056380 A1 WO 2025056380A1 EP 2024074621 W EP2024074621 W EP 2024074621W WO 2025056380 A1 WO2025056380 A1 WO 2025056380A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
probe
probes
master device
ultrasonic
ultrasound
Prior art date
Application number
PCT/EP2024/074621
Other languages
English (en)
Inventor
Bogdan Rosinski
David Savery
Martin Flesch
Benjamin GUERIF
Maxime BENCHEMOUL
César Douady
Original Assignee
Vermon
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 Vermon filed Critical Vermon
Publication of WO2025056380A1 publication Critical patent/WO2025056380A1/fr

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    • 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
    • A61B8/4477—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device using several separate ultrasound transducers or probes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/42—Details of probe positioning or probe attachment to the patient
    • A61B8/4245—Details of probe positioning or probe attachment to the patient involving determining the position of the probe, e.g. with respect to an external reference frame or to the patient
    • A61B8/4254—Details of probe positioning or probe attachment to the patient involving determining the position of the probe, e.g. with respect to an external reference frame or to the patient using sensors mounted on the probe
    • 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
    • A61B8/4444—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device related to the probe
    • A61B8/4461—Features of the scanning mechanism, e.g. for moving the transducer within the housing of the probe
    • A61B8/4466—Features of the scanning mechanism, e.g. for moving the transducer within the housing of the probe involving deflection of the probe
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    • A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
    • A61B8/4444—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device related to the probe
    • A61B8/4472—Wireless probes
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • 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
    • A61B8/4488—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer the transducer being a phased array

Definitions

  • the present description relates generally to the field of ultrasound imaging systems.
  • POC Point Of Care
  • Such a system typically comprises a portable ultrasound probe, and a mobile terminal of the smartphone or tablet type adapted to communicate with the probe.
  • the probe makes it possible to acquire ultrasound data from the patient's body, this data being transmitted to the mobile terminal, and processed to generate images displayed in real time on a screen of the mobile terminal to allow the user to carry out an examination of the patient.
  • an ultrasound imaging system comprising a set of N probes ultrasound imaging, where N is an integer greater than or equal to 2, and a master device external to the probes, in which each ultrasound probe comprises:
  • an electronic transmission-reception circuit adapted to apply electrical excitation signals to the elementary transducers of the probe and to read and digitize electrical response signals from the elementary transducers of the probe;
  • the master device is adapted to synchronously control the emission and/or reception of ultrasonic waves by the probes, in which the master device is configured to control P probes among the N probes, with P being a strictly positive integer and strictly less than N, to synchronously emit ultrasonic waves and to control P' probes among the (N-P) other probes, with P' being a strictly positive integer and less than or equal to N-P, to receive the ultrasonic waves emitted by a body to be analyzed.
  • each ultrasonic probe comprises a device for geolocating the probe.
  • the geolocation device of the probe is adapted to measure the position of the probe according to three degrees of mechanical freedom in translation and according to three degrees of mechanical freedom in rotation.
  • the geolocation device comprises a satellite or closed environment geolocation chip, possibly coupled to inertial sensors.
  • the geolocation device in each probe, is an ultrasonic geolocation system configured to control the emission and reception of ultrasonic waves by the elementary ultrasonic transducers of the probe.
  • the master device is configured to spatially align the images acquired by the different probes relative to the same fixed reference point, taking into account positioning data of the probes measured by the geolocation device of each probe.
  • the master device is adapted to control the P probes to emit ultrasonic waves in a synchronized manner so as to exert a pushing force by acoustic radiation pressure on an area of a body to be analyzed, and to implement an imaging function of said area by the remaining N-P probes of the system.
  • the synchronization precision of the probes relative to each other is less than 10 ms, or less than 10 ps, or less than 20 ns.
  • the communication circuit of each probe is a wireless communication circuit, by radio link.
  • the master device is adapted to control the P probes to emit ultrasonic waves in a synchronized manner and to control the other probes to receive the ultrasonic waves diffused by the body, following a variety of scattering angles, so as to characterize the microstructure of the body examined.
  • the digital processing circuit of the probe is adapted to detect dazzling of the probe by another probe and to emit an alert signal to the attention of the master device, the master device being adapted to modify the synchronization of the probes accordingly.
  • each probe signals its presence and indicates to the master device an identification number specific to the probe, then the master device communicates to each probe a passage order and initiates with each probe a clock synchronization sequence; then
  • each time a probe has completed a predefined operation it sends to the other probes an end-of-operation signal indicating its passage number, which constitutes an operation trigger signal for the probe having the next passage number.
  • Figure 1 schematically represents an example of an ultrasound imaging system according to one embodiment
  • Figure 2 shows in more detail, in block form, an example of an ultrasound probe of an ultrasound imaging system according to one embodiment
  • Figure 3 shows in more detail, in the form of blocks, an example of a mobile terminal of an ultrasound imaging system according to one embodiment.
  • a system comprising a plurality of ultrasound imaging probes controlled by a single master device, external to the probes, the master device being adapted to synchronously control the emission and/or reception of ultrasound waves by the probes.
  • the ultrasound probes are preferably portable probes, for example of the POC type.
  • the master device may be a portable terminal, for example a smartphone or a touch tablet.
  • the master device may be configured to communicate with one or more (for example all) of the ultrasound imaging probes of the system.
  • Figure 1 schematically represents an example of an ultrasound imaging system according to one embodiment.
  • the system of Figure 1 comprises a plurality of portable ultrasound imaging probes 100, for example POC probes.
  • three ultrasound probes 100 have been shown.
  • the embodiments described are however not limited to this particular case, and apply, more generally, regardless of the number N of ultrasound probes 100 of the system, with N being an integer greater than or equal to 2, for example greater than or equal to 3, for example in the range from 3 to 20.
  • the system further comprises a master device 110 external to the probes, adapted to control the probes 100 in a synchronized manner.
  • each probe 100 is connected to the master device 110 via a wireless link 120, for example a radio link.
  • each probe 100 is adapted to receive data, in particular control data, from the master device 110, and to transmit data, for example ultrasound images, to the master device 110, via a wireless link 120.
  • the wireless links 120 can be replaced by wired links, for example of the USB type.
  • the ultrasonic probes 100 are for example identical, apart from manufacturing variations.
  • Each probe 100 comprises a set of elementary ultrasonic transducers (not detailed in the figure), for example arranged in a linear array or in a matrix.
  • Each probe further comprises an electronic transmission-reception circuit (not detailed in the figure) adapted to apply electrical excitation signals to the elementary transducers of the probe and to read and digitize electrical response signals from the transducers.
  • Each probe 100 further comprises a communication circuit adapted to transmit and receive data via the communication link 120 connecting the probe to the master device 110.
  • Each probe 100 may further comprise a battery providing an electrical power supply to the various electronic components of the probe.
  • An advantage of the proposed system lies in the fact that it comprises a plurality of portable ultrasound probes that can be controlled in a synchronized manner to scan the same patient. This makes it possible in particular to speed up the examination of the patient. This also allows an enlargement of the field of vision compared to that of a single probe. It is thus possible to reconstruct a larger investigation volume than that obtained with a single probe. This also makes it possible to obtain functionalities that are not usually accessible using a single portable probe, such as for example the implementation of wave elastography analyses. decoupled thrust shear and imaging, or multiple scattering angle imaging functions.
  • each ultrasound probe 100 comprises a clock signal generator.
  • the master device 110 is adapted to carry out joint and synchronized programming of the transmission-reception sequences of the multiple probes 100.
  • the master device 110 is further adapted to pool the ultrasound imaging data acquired by all of the different probes 100.
  • an ultrasound wave is first sent towards the body to be analyzed during a transmission phase, then a return ultrasound wave, retrodiffused by the anatomical structures of the body to be analyzed, is measured during a reception phase.
  • the elementary transducers of the probe are for example controlled in parallel to emit an ultrasonic excitation pulse, for example in the form of a convergent wave or a plane wave, in the direction of the body to be analyzed, or even in the form of a divergent wave.
  • an acoustic signal reflected by the superficial or internal structure of the body to be analyzed is measured by means of each elementary transducer of the probe, during an acquisition time window of determined duration.
  • An image of the superficial or internal structure of the body can thus be reconstructed.
  • M denotes the number of successive emission-reception cycles carried out to acquire an image, with M being an integer, for example included in the range going from 1 to 300.
  • the acquisition sequences can be repeated to obtain a video stream, for example from 1 to 100 images per second.
  • the N portable probes 100 can be manipulated respectively by N different users independently on different areas of a polytrauma patient, so as to speed up the patient examination time.
  • the master device can advantageously be configured to synchronize the N probes of the device so that a single ultrasound probe 100 emits or receives ultrasound waves at each instant of the examination phase. This makes it possible in particular to prevent several probes from firing at the same time. This also makes it possible to prevent a probe from firing an ultrasound shot during a reception phase of another probe. This can also make it possible to prevent the return wave measured by an ultrasound probe from being polluted by an ultrasound shot carried out by another probe.
  • the master device 110 can be configured to successively control the acquisition of an ultrasound image by each probe 100i, with i being an integer ranging from 1 to N.
  • the M transmission-reception cycles necessary for the reconstruction of the image are implemented successively, before starting the acquisition of another image by another probe.
  • the sequence of the N successive acquisitions can then be repeated, for example periodically, for example at a rate allowing a video stream to be obtained, for example from 1 to 100 images per second, by ultrasound probe.
  • the N probes are controlled successively to each implement a single transmission-reception cycle.
  • the transmission phase (ultrasonic firing) is implemented after the end of the reception phase of another ultrasonic wave by the previous probe.
  • the sequence is repeated M times so that each probe performs the M transmission-reception cycles necessary for the reconstruction of an image.
  • the entire sequence can be repeated, for example periodically, for example at a rate making it possible to obtain a video stream, for example from 1 to 100 images per second, per ultrasonic probe.
  • the N probes are controlled successively to each implement L successive emission-reception cycles, with L an integer greater than 1 and less than M.
  • the sequence is repeated, until having carried out, for each probe, the M emission-reception cycles necessary for the reconstruction of an image.
  • the entire sequence can be reiterated, for example periodically, for example at a rate making it possible to obtain a video stream, for example from 1 to 100 images per second, per ultrasound probe.
  • N ultrasonic shots are carried out successively by the N probes, then, after the last shot, N corresponding reception phases are implemented successively by the N probes so that each probe measures an echo of the wave that it has emitted.
  • the sequence is then repeated M times so as to allow the reconstruction of an image per probe.
  • the whole of the sequence can be repeated, for example periodically, for example at a rate allowing a video stream to be obtained, for example from 1 to 100 images per second, by ultrasound probe.
  • the synchronization precision of the different ultrasonic probes is for example less than 50 ms, preferably less than 10 ms, for example less than 1 ms.
  • the synchronization precision is of the order of
  • each ultrasound probe can be connected to a specific portable terminal, for example a smartphone or a tablet, to allow each operator to view in real time, that is to say during the examination, the images acquired by the probe that he is handling.
  • the master device can be one of the N portable terminals, or an additional device, for example a computer or a remote server, not necessarily portable.
  • the master device can then be configured to communicate with one or more portable terminals among the N portable terminals associated with the probes, rather than directly with the corresponding probe(s).
  • the system can further be adapted to detect collisions, i.e. the dazzling of an active probe in reception by another probe in transmission. This detection can be carried out in the processing circuit 205 (figure 2) internal to each probe.
  • the dazzling detection is for example based on a comparison of the echo signal read by the probe with a dazzling threshold. When a probe detects dazzling, the transmission-reception cycle affected by the dazzling is eliminated and is not taken into account for the reconstruction of the image.
  • the clock signal of the probe may be modified, either by a phase jump, or by a change in the probe clock frequency, or both. These phase and/or frequency changes can be arbitrary according to predetermined values, or random.
  • collisions detected by the probe are communicated to the master device, which can decide to modify the firing order of the probes.
  • the N image streams acquired respectively by the N probes can be transmitted to the master device, for example to constitute the patient's file and/or to allow simultaneous viewing of all the images acquired by a caregiver.
  • the images acquired respectively by the multiple probes 100 can be spatially aligned with respect to each other to reconstruct an investigation volume of larger dimensions.
  • each ultrasound probe 100 comprises a geolocation device capable of measuring the position according to the six mechanical degrees of freedom (three degrees of translation and three degrees of rotation) of the probe, and of storing the evolution, as a function of time, of said position.
  • the temporal evolution of the position of each probe can be transmitted to the master device 110 via the associated communication link 120.
  • the master device 110 can thus spatially align the images acquired by the different probes with respect to a fixed reference point and reconstruct a three-dimensional volume from these images.
  • the geolocation device may for example comprise a satellite geolocation chip (for example example a GPS chip), or a local geolocation system in a closed environment, possibly associated with inertial sensors, for example of the MEMS type (from the English “MicroElectroMechanical System” - microelectromechanical system).
  • a satellite geolocation chip for example example a GPS chip
  • a local geolocation system in a closed environment possibly associated with inertial sensors, for example of the MEMS type (from the English “MicroElectroMechanical System” - microelectromechanical system).
  • the system of FIG. 1 can be used to implement more complex imaging functionalities, implementing synchronized programming of the emission and reception sequences of the different ultrasound probes in the same ultrasound event, taking into account in particular the position of each probe.
  • the system of Figure 1 can be used to implement a shear wave elastography analysis.
  • a tissue pushing function by radiation force is performed by the synchronized firings of P among the N ultrasound probes of the system, with P being a strictly positive integer and strictly less than N, while a shear displacement wave imaging function, by emitting and then receiving ultrasound waves, is implemented by the remaining N-P probe(s) of the system.
  • the synchronization precision of the different ultrasonic probes is for example less than 10 ps, preferably less than 1 ps.
  • the duration for creating the thrust radiation force is for example between 10 ps and 1 ms, for example of the order of 100 ps.
  • the period of the shear wave is for example between 1 ms and 100 ms, for example of the order of 10 ms.
  • the propagation time of the shear wave is for example between 1 ms and 100 ms, for example of the order of 10 ms.
  • fine synchronization for example less than 10 ps, preferably less than 1 ps, of the ultrasonic probes 100, makes it possible to implement various processing and/or imaging functionalities requiring relatively high acoustic power.
  • the ultrasonic probes 100 can be synchronized to allow the simultaneous emission of ultrasound by P probes among the N probes 100, with P being a strictly positive integer and less than or equal to N, and the reception of the resulting echoes by the N probes in the same ultrasonic emission-reception event.
  • the probes 100 are mechanically free relative to each other, their relative positioning can be adapted according to the examination to be carried out, for example so as to bypass an obstacle such as the ribs of a patient.
  • the synchronization precision of the different ultrasonic probes is for example less than 1 ms, for example less than 20 ns, preferably less than 10 ns.
  • Such synchronization precision also advantageously makes it possible to implement triangulation ultrasonic shots to determine the position and orientation, according to the six degrees of mechanical freedom, of each ultrasonic probe 100 of the system.
  • Such an ultrasonic geolocation mechanism can advantageously replace a device for geolocating probes by satellite or closed environment and/or by means of inertial sensors.
  • the probes are for example programmed by the master device 110 to implement a sequence specific geometric calibration.
  • the calibration sequence may for example include a set of shots, aimed at the patient.
  • a first probe may transmit successively with each of its ultrasound transduction elements (for example one at a time, one after the other).
  • the second probe may receive simultaneously with all its ultrasound transduction elements.
  • We can then generate a set of ultrasound data making it possible to evaluate the time of flight of each transduction element of the first probe to each transduction element of the second probe, then reconstruct from transducer geometry data and a sound speed hypothesis, the relative positions of distance and angle between the N probes.
  • the master device 110 is configured to control P probes from among the N probes 100, with P being a strictly positive integer and strictly less than N, to emit ultrasonic waves in a synchronized manner, for example simultaneously, and to control P' probes from among the (N-P) other probes, with P' being a strictly positive integer and less than or equal to N-P, to receive the ultrasonic waves diffused by a body to be analyzed.
  • P is an integer strictly greater than 1 and/or P' is an integer strictly greater than 1.
  • the P probes used for transmission can also be used for reception, in addition to the P' other probes used for reception only. It will be noted that the use of the P transmitting probes for reception does not require any additional need for synchronization since these P probes have already been synchronized for transmission.
  • the waves emitted by the P probes are for example plane or divergent waves, which allows the cooperative use of the probes to implement unconventional imaging scenarios, for example ultrafast imaging scenarios.
  • the system of Figure 1 can be used to implement an analysis by so-called ultrafast imaging.
  • an emission in the form of a plane or divergent wave is executed by the synchronized shots of P among the N ultrasonic probes of the system, with P a strictly positive integer, for example strictly greater than 1, and strictly less than N.
  • the direction of the shot of each of the P ultrasonic probes can form an angle relative to the normal to the emission surface of the probe so that the combined shots of the P ultrasonic probes form a plane or divergent wave whose characteristics (direction, radius of curvature) are previously communicated to each probe 100 by the master device 110.
  • the orientation of each of the probes is for example determined by their geolocation device.
  • the reception of the ultrasonic waves scattered or reflected by the medium is implemented by P' probes among the remaining NP probes, with P' a strictly positive integer, for example strictly greater than 1, and less than or equal to N, and by the P emitting probes.
  • Figure 2 shows in more detail, in block form, an example of an ultrasound probe 100 of the ultrasound imaging system of Figure 1.
  • the probe 100 comprises a set 201 of elementary transducers (not detailed in the figure), for example arranged in a 2D matrix or in a linear bar.
  • the transducers of the set 101 are for example transducers of the CMUT type (capacitive membrane ultrasonic transducers), piezoelectric transducers, for example of the PMUT type (piezoelectric micromachined ultrasonic transducer), crystal transducers, or any other type of ultrasonic transducers.
  • the probe 100 of FIG. 2 further comprises a transmission-reception circuit 203 adapted to apply electrical excitation signals to the elementary transducers of the probe and to read and digitize electrical response signals from the elementary transducers of the probe.
  • the probe 100 of FIG. 2 further comprises a digital processing circuit 205 adapted to control the electronic transmission-reception circuit 203 in transmission, and to process digital response signals supplied by analog-digital converters of the transmission-reception circuit 203.
  • the digital processing circuit 205 comprises for example a microprocessor or microcontroller, and a memory circuit (not detailed in the figure).
  • the memory circuit is for example adapted to store the digital data of one or more ultrasound images acquired by the probe before their transfer to a device external to the probe.
  • the digital processing circuit 205 is further adapted to memorize one or more sequences of instructions for transmitting and receiving ultrasonic waves by the transducers of the probe, and to control the transmitting and receiving circuit 203 to execute said sequences.
  • the probe 100 of FIG. 2 further comprises a circuit 207 for generating a clock signal.
  • the circuit 207 provides a clock signal applied to an input node of the digital processing circuit 205.
  • the clock signal provided by the circuit 207 allows precise time-stamping of the events in each probe, at the desired synchronization precision between the probes.
  • the synchronization of the different probes with respect to each other can be implemented by a network time protocol or NTP (from the English "Network Time Protocol").
  • NTP from the English "Network Time Protocol"
  • the clocks of the probes can be synchronized to a clock of the master device.
  • the GPS chip can be configured to receive a clock signal from the GPS system which can serve as a reference clock for all the probes.
  • the probe 100 of FIG. 2 further comprises a geolocation device 209 capable of measuring the position according to the six mechanical degrees of freedom (three degrees of translation and three degrees of rotation) of the probe.
  • the device 209 comprises, for example, a satellite geolocation chip, possibly associated with inertial sensors, for example of the MEMS type.
  • the device 209 is for example mechanically secured to a housing of the probe.
  • the device 209 is for example adapted to provide geolocation signals to the digital processing device 205.
  • the digital processing device 205 is adapted to memorize the temporal evolution of the location signals of the probe provided by the device 209.
  • the device 209 is an ultrasonic geolocation device. It then comprises a memory circuit storing instructions for transmission-reception sequences of ultrasonic signals making it possible to determine, by time-of-flight measurements, the respective positions and orientations of the different probes of the system.
  • the geolocation sequences are for example executed by the digital processing circuit 205 on instruction from the master device 110.
  • the probe 100 of FIG. 2 further comprises a communication circuit 211, for example a wireless communication circuit by radio link, adapted to transmit data bidirectionally between the digital processing circuit 205 and an external device, for example a corresponding communication circuit of the master device 110 or another device.
  • a communication circuit 211 for example a wireless communication circuit by radio link, adapted to transmit data bidirectionally between the digital processing circuit 205 and an external device, for example a corresponding communication circuit of the master device 110 or another device.
  • All of the elements 201, 203, 205, 207, 209 and 211 described above are for example integrated into a protective housing 213 of the probe, for example a plastic or metal housing, for example a hermetic housing.
  • the dimensions of the housing 213 are for example of the order of a few centimeters to a few tens of centimeters. By way of example, the largest dimension of the housing is between 10 and 30 cm.
  • Figure 3 shows in more detail, in block form, an example of the master device 110 of the system of Figure 1.
  • the device 110 is a mobile terminal, for example of the smartphone or digital tablet type. It comprises a digital processing circuit 301, comprising for example a microprocessor and one or more memory circuits (not detailed in the figures).
  • the device 110 of FIG. 2 further comprises a communication circuit 303, for example a wireless communication circuit by radio link, adapted to transmit data bidirectionally between the digital processing circuit 301 and one or more external devices, for example a corresponding communication circuit of a probe 100 of the system.
  • a communication circuit 303 for example a wireless communication circuit by radio link, adapted to transmit data bidirectionally between the digital processing circuit 301 and one or more external devices, for example a corresponding communication circuit of a probe 100 of the system.
  • the device 110 comprises for example a display screen, not shown, controlled by the digital processing circuit 301 to display ultrasound images transmitted by the probes 100.
  • the described embodiments are not limited to the examples of medical applications mentioned above. More generally, the described systems can be used in any other application field, medical or non-medical, which can benefit from the use of a plurality of synchronized ultrasonic probes, for example in the field of non-destructive ultrasonic testing.
  • the synchronization of the ultrasonic probes is ensured directly by the external master device.
  • the probes can synchronize with each other autonomously after an initialization sequence implemented by the master device.
  • each probe (or each portable terminal associated with a probe) signals its presence and indicates its identification number to the master device.
  • the master device communicates to each probe its passage order and initiates with each probe a clock synchronization sequence.
  • the allocation of the passage orders can be random, or take into account the location of the probes if this information is known.
  • each time a probe has completed a predefined operation (an ultrasonic shot, or one or more transmission-reception cycles), it signals this to the other probes by indicating its passage number. This constitutes an operation trigger instruction signal for the probe having the next passage number, which then starts the predefined operation that it must carry out.
  • each probe can calculate a timeout value based on its order of passage. If no operation trigger instruction reaches the probe within a time period corresponding to the calculated timeout value, the probe executes the operation for which it is programmed. [ 0090 ]

Landscapes

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Abstract

La présente description concerne un système d'imagerie ultrasonore comportant un ensemble de N sondes d'imagerie ultrasonore (100) et un dispositif maître (110) externe aux sondes, dans lequel chaque sonde ultrasonore (100) comporte: - un ensemble (201) de transducteurs ultrasonores élémentaires; - un circuit électronique d'émission-réception (203); - un circuit numérique de traitement (205) adapté à contrôler le circuit électronique d'émission-réception (203) de la sonde; - un générateur de signal d'horloge (207); et - un circuit de communication (211) adapté à transmettre des données entre le circuit numérique de traitement (205) de la sonde et le dispositif maître (110), et dans lequel le dispositif maitre (110) est adapté à commander de façon synchronisée l'émission et/ou la réception d'ondes ultrasonores par les sondes (100).

Description

DESCRIPTION
TITRE : Système d'imagerie ultrasonore
La présente demande est basée sur, et revendique la priorité de, la demande de brevet français N°23/09676 déposée le 14 septembre 2023 et ayant pour titre "Système d'imagerie ultrasonore" qui est considérée comme faisant partie intégrante de la présente description dans les limites prévues par la loi.
Domaine technique
[0001] La présente description concerne de façon générale le domaine des systèmes d'imagerie ultrasonore.
Technique antérieure
[0002] On a déjà proposé des systèmes d'échographie ultrasonore portatifs généralement appelés systèmes POC (de l'anglais « Point Of Care » - point d'intervention) , destinés à être apportés à proximité d'un patient sur un lieu d'intervention non nécessairement médicalisé.
[0003] Un tel système comporte typiquement une sonde ultrasonore portative, et un terminal mobile de type smartphone ou tablette adapté à communiquer avec la sonde. La sonde permet d' acquérir des données ultrasonores du corps du patient, ces données étant transmises au terminal mobile, et traitées pour générer des images affichées en temps réel sur un écran du terminal mobile pour permettre à l'utilisateur de réaliser un examen du patient.
[0004] Il serait souhaitable d'améliorer au moins en partie certains aspects des systèmes d' échographie ultrasonores connus .
Résumé de l'invention
[0005] Pour cela, un mode de réalisation prévoit un système d' imagerie ultrasonore comportant un ensemble de N sondes d' imagerie ultrasonore , où N est un entier supérieur ou égal à 2 , et un dispositi f maître externe aux sondes , dans lequel chaque sonde ultrasonore comporte :
- un ensemble de transducteurs ultrasonores élémentaires ; un circuit électronique d' émission-réception adapté à appliquer des signaux électriques d' excitation aux transducteurs élémentaires de la sonde et à lire et numériser des signaux électriques de réponse des transducteurs élémentaires de la sonde ;
- un circuit numérique de traitement adapté à contrôler le circuit électronique d' émission-réception de la sonde ;
- un générateur de signal d' horloge ; et
- un circuit de communication adapté à transmettre des données entre le circuit numérique de traitement de la sonde et le dispositi f maître , et dans lequel le dispositi f maître est adapté à commander de façon synchronisée l ' émission et/ou la réception d' ondes ultrasonores par les sondes , dans lequel le dispositi f maître est configuré pour commander P sondes parmi les N sondes , avec P entier strictement positi f et strictement inférieur à N, pour émettre de façon synchronisée des ondes ultrasonores et à commander P' sondes parmi les (N-P ) autres sondes , avec P' entier strictement positi f et inférieur ou égal à N-P, pour recevoir les ondes ultrasonores di f fusées par un corps à analyser .
[ 0006 ] Selon un mode de réalisation, chaque sonde ultrasonore comprend un dispositi f de géolocalisation de la sonde .
[ 0007 ] Selon un mode de réalisation, dans chaque sonde , le dispositi f de géolocalisation de la sonde est adapté à mesurer la position de la sonde selon trois degrés de liberté mécanique en translation et selon trois degrés de liberté mécanique en rotation . [0008] Selon un mode de réalisation, dans chaque sonde, le dispositif de géolocalisation comprend une puce de géolocalisation par satellite ou en milieu fermé, éventuellement couplée à des capteurs inertiels.
[0009] Selon un mode de réalisation, dans chaque sonde, le dispositif de géolocalisation est un système de géolocalisation par ultrasons configuré pour commander l'émission et la réception d'ondes ultrasonores par les transducteurs ultrasonores élémentaires de la sonde.
[0010] Selon un mode de réalisation, le dispositif maître est configuré pour aligner spatialement les images acquises par les différentes sondes par rapport à un même repère fixe, en tenant compte de données de positionnement des sondes mesurées par le dispositif de géolocalisation de chaque sonde.
[0011] Selon un mode de réalisation, le dispositif maître est adapté à commander les P sondes pour émettre de façon synchronisée des ondes ultrasonores de manière à exercer une force de poussée par pression de radiation acoustique sur une zone d'un corps à analyser, et à mettre en œuvre une fonction d' imagerie de ladite zone par les N-P sondes restantes du système .
[0012] Selon un mode de réalisation, la précision de synchronisation des sondes les unes par rapport aux autres est inférieure à 10 ms, ou inférieure à 10 ps, ou inférieure à 20 ns .
[0013] Selon un mode de réalisation, le circuit de communication de chaque sonde est un circuit de communication sans fil, par liaison radio.
[0014] Selon un mode de réalisation, le dispositif maître est adapté à commander les P sondes pour émettre de façon synchronisée des ondes ultrasonores et à commander les autres sondes pour recevoir les ondes ultrasonores diffusées par le corps, suivant une variété d'angles de diffusion, de manière à caractériser la microstructure du corps examiné.
[0015] Selon un mode de réalisation, dans chaque sonde, le circuit numérique de traitement de la sonde est adapté à détecter un éblouissement de la sonde par une autre sonde et émettre un signal d'alerte à l'attention du dispositif maître, le dispositif maître étant adapté à modifier en conséquence la synchronisation des sondes.
[0016] Selon un mode de réalisation :
- lors d'une phase d'initialisation, chaque sonde signale sa présence et indique au dispositif maître un numéro d'identification spécifique à la sonde, puis le dispositif maître communique à chaque sonde un ordre de passage et initie avec chaque sonde une séquence de synchronisation d'horloge ; puis
- après la phase d'initialisation, pendant une phase d'examen, chaque fois qu'une sonde a terminé une opération prédéfinie, elle envoie aux autres sondes un signal de fin d'opération en indiquant son numéro de passage, ce qui constitue un signal de déclenchement d'opération pour la sonde ayant le numéro de passage suivant.
Brève description des dessins
[0017] Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
[0018] la figure 1 représente de façon schématique un exemple d'un système d'imagerie ultrasonore selon un mode de réalisation ;
[0019] la figure 2 représente plus en détail, sous forme de blocs, un exemple d'une sonde ultrasonore d'un système d' imagerie ultrasonore selon un mode de réalisation ; et [0020] la figure 3 représente plus en détail, sous forme de blocs, un exemple d'un terminal mobile d'un système d'imagerie ultrasonore selon un mode de réalisation.
Description des modes de réalisation
[0021] De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques.
[0022] Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, la réalisation des transducteurs ultrasonores et des divers circuits électroniques des sondes ultrasonores des systèmes décrits n'ont pas été détaillés, la réalisation de ces éléments étant à la portée de la personne du métier à partir des indications de la présente description. De façon similaire, la réalisation d'un dispositif externe de contrôle des sondes ultrasonores des systèmes décrits n'a pas été détaillée, la réalisation d'un tel dispositif étant à la portée de la personne du métier à partir des indications de la présente description .
[0023] Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés (en anglais "coupled") entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments. [0024] Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près.
[0025] Selon un aspect des modes de réalisation décrits, on prévoit un système comportant une pluralité de sondes d'imagerie ultrasonore contrôlées par un même dispositif maître, externe aux sondes, le dispositif maître étant adapté à commander de façon synchronisée l'émission et/ou la réception d'ondes ultrasonores par les sondes. Ceci permet d'offrir une plus large palette de scénarios d'examen. Les sondes ultrasonores sont de préférence des sondes portatives, par exemple de type POC . Le dispositif maître peut être un terminal portatif, par exemple un smartphone ou une tablette tactile. Le dispositif maître peut être configuré pour communiquer avec une seule ou plusieurs (par exemple la totalité) des sondes d'imagerie ultrasonore du système.
[0026] La figure 1 représente de façon schématique un exemple d'un système d'imagerie ultrasonore selon un mode de réalisation .
[0027] Le système de la figure 1 comprend une pluralité de sondes d'imagerie ultrasonore portatives 100, par exemple des sondes POC. Sur la figure 1, trois sondes ultrasonores 100 ont été représentées. Les modes de réalisation décrits ne se limitent toutefois pas à ce cas particulier, et s'appliquent, plus généralement, quel que soit le nombre N de sondes ultrasonores 100 du système, avec N entier supérieur ou égal à 2, par exemple supérieur ou égal à 3, par exemple compris dans la plage allant de 3 à 20. Le système comporte en outre un dispositif maître 110 externe aux sondes, adapté à contrôler les sondes 100 de façon synchronisée. Dans l'exemple de la figure 1, chaque sonde 100 est reliée au dispositif maître 110 par l'intermédiaire d'une liaison sans fil 120, par exemple une liaison radio. Ainsi, chaque sonde 100 est adaptée à recevoir des données, notamment de contrôle, en provenance du dispositif maître 110, et à transmettre des données, par exemple des images ultrasonores , au dispositif maître 110, par l'intermédiaire d'une liaison sans fil 120. A titre de variante, les liaisons sans fil 120 peuvent être remplacées par des liaisons filaires, par exemple de type USB.
[0028] Les sondes ultrasonores 100 sont par exemple identiques, aux dispersions de fabrication près. Chaque sonde 100 comprend un ensemble de transducteurs ultrasonores élémentaires (non détaillés sur la figure) , par exemple agencés en barrette linéaire ou en matrice. Chaque sonde comprend en outre un circuit électronique d'émission- réception (non détaillé sur la figure) adapté à appliquer des signaux électriques d'excitation aux transducteurs élémentaires de la sonde et à lire et numériser des signaux électriques de réponse des transducteurs. Chaque sonde 100 comprend en outre un circuit de communication adapté à émettre et recevoir des données via la liaison de communication 120 reliant la sonde au dispositif maître 110. Chaque sonde 100 peut en outre comprendre une batterie fournissant une alimentation électrique aux divers composants électroniques de la sonde.
[0029] Un avantage du système proposé réside dans le fait qu' il comprend une pluralité de sondes ultrasonores portatives contrôlables de façon synchronisées pour scanner un même patient. Ceci permet en particulier d'accélérer l'examen du patient. Ceci permet en outre un agrandissement du champ de vision par rapport à celui d'une sonde unique. On peut ainsi reconstruire un volume d' investigation plus large que celui obtenu avec une sonde unique. Ceci permet en outre d'obtenir des fonctionnalités habituellement non accessibles au moyen d'une sonde portative unique, comme par exemple la mise en œuvre d'analyses d' élastographie à onde de cisaillement à poussée et imagerie découplées, ou des fonctions d'imagerie à angles de diffusion multiples.
[0030] Pour cela, selon un aspect des modes de réalisation décrits, chaque sonde ultrasonore 100 comprend un générateur de signal d'horloge. Le dispositif maître 110 est adapté à effectuer une programmation conjointe et synchronisée des séquences d'émission-réception des multiples sondes 100. Le dispositif maître 110 est en outre adapté à mettre en commun les données d'imagerie ultrasonore acquises par l'ensemble des différentes sondes 100.
[0031] Lors d'une phase d'acquisition d'une image ultrasonore d'un corps à analyser par une sonde 100 du système, une onde ultrasonore est d' abord envoyée vers le corps à analyser lors d'une phase d'émission, puis une onde ultrasonore retour, rétrodif fusée par les structures anatomiques du corps à analyser, est mesurée lors d'une phase de réception.
[0032] Lors de la phase d'émission, aussi appelée tir ultrasonore, les transducteurs élémentaires de la sonde sont par exemple commandés en parallèle pour émettre une impulsion ultrasonore d'excitation, par exemple sous la forme d'une onde convergente ou d'une onde plane, en direction du corps à analyser, ou encore sous la forme d'une onde divergente.
[0033] Lors de la phase de réception, on vient mesurer, au moyen de chaque transducteur élémentaire de la sonde, pendant une fenêtre temporelle d'acquisition de durée déterminée, un signal acoustique réfléchi par la structure superficielle ou interne du corps à analyser. Une image de la structure superficielle ou interne du corps peut ainsi être reconstruite En pratique, pour obtenir une image de bonne qualité, plusieurs cycles successifs d'émission-réception peuvent être répétés. On désigne ci-après par M le nombre de cycles successifs d'émission-réception effectués pour acquérir une image, avec M entier, par exemple compris dans la plage allant de 1 à 300. De plus, les séquences d'acquisition peuvent être répétées pour obtenir un flux vidéo, par exemple de 1 à 100 images par secondes. Ainsi, à titre d'exemple, dans le cas d'une acquisition mettant en œuvre M=100 cycles successifs d'émission-réception par image, l'acquisition d'un flux vidéo de 25 images par secondes met en œuvre une fréquence de tirs ultrasonores de l'ordre de M*25 Hz = 2,5 kHz.
[0034] A titre d'exemple non limitatif d'application, les N sondes portatives 100 peuvent être manipulées respectivement par N utilisateurs différents de manière indépendante sur différentes zones d'un patient polytraumatisé, de façon à accélérer le temps d'examen du patient.
[0035] Dans ce cas, le dispositif maître peut avantageusement être configuré pour synchroniser les N sondes du dispositif de façon qu'une seule sonde ultrasonore 100 émette ou reçoive des ondes ultrasonores à chaque instant de la phase d'examen. Ceci permet en particulier d'éviter que plusieurs sondes ne tirent en même temps. Ceci permet en outre d'éviter qu'une sonde effectue un tir ultrasonore pendant une phase de réception d'une autre sonde. Ceci peut en outre permettre d'éviter que l'onde retour mesurée par une sonde ultrasonore ne soit polluée par un tir ultrasonore effectué par une autre sonde .
[0036] A titre d'exemple, si l'on désigne respectivement par 100i, . . . 100N les N sondes ultrasonores du système, le dispositif maître 110 peut être configuré pour commander successivement l'acquisition d'une image ultrasonore par chaque sonde 100i, avec i entier allant de 1 à N. A chaque acquisition d'une image par une sonde 100i, les M cycles d'émission-réception nécessaires à la reconstruction de l'image sont mis en œuvre successivement, avant de démarrer l'acquisition d'une autre image par une autre sonde. La séquence des N acquisitions successives peut ensuite être réitérée, par exemple de façon périodique, par exemple à une cadence permettant d'obtenir un flux vidéo, par exemple de 1 à 100 images par secondes, par sonde ultrasonore.
[0037] A titre de variante, les N sondes sont commandées successivement pour mettre en œuvre chacune un unique cycle d'émission-réception. Pour chaque sonde, la phase d'émission (tir ultrasonore) est mise en œuvre après la fin de la phase de réception d'une autre onde ultrasonore par la sonde précédente. La séquence est répétée M fois de façon que chaque sonde effectue les M cycles d'émission-réception nécessaires à la reconstruction d'une image. L'ensemble de la séquence peut être réitéré, par exemple de façon périodique, par exemple à une cadence permettant d'obtenir un flux vidéo, par exemple de 1 à 100 images par secondes, par sonde ultrasonore.
[0038] A titre de variante dans le cas où M est supérieur ou égal à 3, les N sondes sont commandées successivement pour mettre en œuvre chacune L cycles successifs d'émission- réception, avec L entier supérieur à 1 et inférieur à M. Lorsque les N sondes ont chacune réalisé L cycles d'émission- réception, la séquence est répétée, jusqu'à avoir réalisé, pour chaque sonde, les M cycles d'émission-réception nécessaires à la reconstruction d'une image. L'ensemble de la séquence peut être réitéré, par exemple de façon périodique, par exemple à une cadence permettant d'obtenir un flux vidéo, par exemple de 1 à 100 images par secondes, par sonde ultrasonore .
[0039] A titre de variante, N tirs ultrasonores sont effectués successivement par les N sondes, puis, après le dernier tir, N phases de réception correspondantes sont mises en œuvre successivement par les N sondes de façon à ce que chaque sonde mesure un écho de l'onde qu'elle a émise. La séquence est ensuite répétée M fois de manière à permettre la reconstruction d'une image par sonde. L'ensemble de la séquence peut être réitéré, par exemple de façon périodique, par exemple à une cadence permettant d'obtenir un flux vidéo, par exemple de 1 à 100 images par secondes, par sonde ultrasonore .
[0040] La précision de synchronisation des différentes sondes ultrasonores est par exemple inférieure à 50 ms, de préférence inférieure à 10 ms, par exemple inférieure à 1 ms . A titre de variante, la précision de synchronisation est de l'ordre de
1 ms, ou de l'ordre de 1 ps, ou de l'ordre de 10 ns.
[0041] Dans ce mode de fonctionnement, chaque sonde ultrasonore peut être reliée à un terminal portatif spécifique, par exemple un smartphone ou une tablette, pour permettre à chaque opérateur de visualiser en temps réel, c'est à dire pendant l'examen, les images acquises par la sonde qu'il manipule. Le dispositif maître peut être l'un parmi les N terminaux portatifs, ou un dispositif supplémentaire, par exemple un ordinateur ou un serveur distant, non nécessairement portatif. Le dispositif maître peut alors être configuré pour communiquer avec un ou plusieurs terminaux portatifs parmi les N terminaux portatifs associés aux sondes, plutôt que directement avec la ou les sondes correspondantes.
[0042] Le système peut en outre être adapté à détecter des collisions, c'est à dire l'éblouissement d'une sonde active en réception par une autre sonde en transmission. Cette détection peut être réalisée dans le circuit de traitement 205 (figure 2) interne à chaque sonde. La détection d'éblouissement est par exemple basée sur une comparaison du signal d'écho lu par la sonde à un seuil d'éblouissement. Lorsqu'une sonde détecte un éblouissement, le cycle d'émission-réception affecté par l'éblouissement est éliminé et n'est pas pris en compte pour la reconstruction de l'image.
[0043] Si la collision est répétée et dégrade la qualité d'image, le signal d'horloge de la sonde peut être modifié, soit par un saut de phase, soit par une modification de la fréquence d'horloge de la sonde, soit les deux. Ces modifications de phase et/ou de fréquence peuvent être arbitraires selon des valeurs prédéterminées, ou aléatoires.
[0044] A titre d'exemple, les collisions détectées par la sonde sont communiquées au dispositif maître, qui peut décider de modifier l'ordre de tir des sondes.
[0045] Alternativement ou de façon complémentaire, les N flux d' images acquis respectivement par les N sondes peuvent être transmis au dispositif maître, par exemple pour constituer le dossier du patient et/ou pour permettre une visualisation simultanée de l'ensemble des images acquises par un soignant.
[0046] De façon avantageuse, en considérant le patient et les organes à imager comme suffisamment statiques, les images acquises respectivement par les multiples sondes 100 peuvent être alignées spatialement les unes par rapport aux autres pour reconstruire un volume d' investigation de plus grandes dimensions .
[0047] Pour cela, de manière préférentielle, chaque sonde ultrasonore 100 comprend un dispositif de géolocalisation capable de mesurer la position selon les six degrés de liberté mécaniques (trois degrés de translation et trois degrés de rotation) de la sonde, et de mémoriser l'évolution, en fonction du temps, de ladite position. L'évolution temporelle de la position de chaque sonde peut être transmise au dispositif maître 110 par l'intermédiaire de la liaison de communication 120 associée. Le dispositif maître 110 peut ainsi aligner spatialement les images acquises par les différentes sondes par rapport à un repère fixe et reconstruire un volume tridimensionnel à partir de ces images.
[0048] Le dispositif de géolocalisation peut par exemple comprendre une puce de géolocalisation par satellite (par exemple une puce GPS) , ou un système de géolocalisation local en milieu fermé, éventuellement associé à des capteurs inertiels, par exemple de type MEMS (de l'anglais « MicroElectroMechanical System » - microsystème électromécanique) .
[0049] Avantageusement, le système de la figure 1 peut être utilisé pour mettre en œuvre des fonctionnalités d' imagerie plus complexes, mettant en œuvre une programmation synchronisée des séquences d'émission et de réception des différentes sondes ultrasonores dans un même évènement ultrasonore, en tenant compte notamment de la position de chaque sonde.
[0050] Par exemple, le système de la figure 1 peut être utilisé pour mettre en œuvre une analyse d' élastographie par onde de cisaillement. Pour cela, une fonction de poussée des tissus par force de radiation est exécutée par les tirs synchronisés de P parmi les N sondes ultrasonores du système, avec P entier strictement positif et strictement inférieur à N, tandis qu'une fonction d'imagerie de l'onde de déplacement de cisaillement, par émission puis réception d'ondes ultrasonores, est mise en œuvre par la ou les N-P sondes restantes du système.
[0051] Pour cela, la précision de synchronisation des différentes sondes ultrasonores est par exemple inférieure à 10 ps, de préférence inférieure à 1 ps .
[0052] La durée pour créer la force de radiation de poussée est par exemple comprise entre 10 ps et 1 ms, par exemple de l'ordre de 100 ps . La période de l'onde de cisaillement est par exemple comprise entre 1 ms et 100 ms, par exemple de l'ordre de 10 ms. Le temps de propagation de l'onde de cisaillement est par exemple compris entre 1 ms et 100 ms, par exemple de l'ordre de 10 ms. [0053] Un avantage du système de la figure 1 est qu'il permet de découpler la phase de poussée de la phase d'imagerie, ce qui permet notamment d' éviter un temps de latence entre la poussée et l'imagerie.
[0054] Ceci permet en outre de partager la consommation électrique liée à la poussée entre plusieurs sondes, et de répartir la dissipation de chaleur associée à la poussée entre plusieurs sondes. Ceci permet par exemple d'augmenter la cadence de répétition des phases de poussée pendant un examen.
[0055] En outre, le fait de disposer de plusieurs sondes synchronisées, localisées à des positions différentes et selon des angles différents par rapport à la zone visée par la poussée, permet de rendre plus robuste l'estimation du mouvement et d'améliorer la qualité des élastogrammes , ou encore d'évaluer 1 ' anisotropie de la vitesse de propagation de l'onde de cisaillement, en lien avec des structures anatomiques comme par exemple la direction des fibres musculaires .
[0056] Plus généralement, une synchronisation fine, par exemple inférieure à 10 ps, de préférence inférieure à 1 ps, des sondes ultrasonores 100, permet de mettre en œuvre diverses fonctionnalités de traitement et/ou d'imagerie nécessitant une puissance acoustique relativement élevée. Par exemple, on pourra prévoir de distribuer sur les N sondes ultrasonores 100 du système une séquence de tirs ultrasonores thérapeutiques focalisés, alternant avec de l'imagerie pour le guidage et la surveillance des tirs, ou encore une séquence de tirs ultrasonores permettant de faciliter l'administration locale d'un médicament et son guidage.
[0057] A titre de variante, les sondes ultrasonores 100 peuvent être synchronisées pour permettre l'émission simultanée d'ultrasons par P sondes parmi les N sondes 100, avec P entier strictement positif et inférieur ou égal à N, et la réception des échos résultants par les N sondes dans un même évènement d'émission-réception ultrasonore.
[0058] Ceci permet d'augmenter la surface d'émission et de réception, et ainsi de permettre une reconstruction améliorée en termes de rapport signal sur bruit et en résolution latérale .
[0059] Lorsque les sondes 100 sont libres mécaniquement les unes par rapport aux autres, leur positionnement relatif peut être adapté en fonction de l'examen à réaliser, par exemple de manière à contourner un obstacle tel que les côtes d'un patient .
[0060] Ceci permet en outre d'augmenter la diversité des angles de diffusion des tirs ultrasonores . La diffusion à des angles différents et sa quantification permet par exemple de caractériser des propriétés microstructurales des tissus, propriétés non mesurables en échographie standard à une seule sonde où l'onde ultrasonore reçue par la sonde résulte uniquement de la rétrodiffusion.
[0061] Pour cela, la précision de synchronisation des différentes sondes ultrasonores est par exemple inférieure à 1 ms, par exemple inférieure à 20 ns, de préférence inférieure à 10 ns .
[0062] Une telle précision de synchronisation permet en outre avantageusement de mettre en œuvre des tirs ultrasonores de triangulation pour déterminer la position et l'orientation, selon les six degrés de liberté mécanique, de chaque sonde ultrasonore 100 du système. Un tel mécanisme de géolocalisation ultrasonore peut avantageusement remplacer un dispositif de géolocalisation des sondes par satellite ou milieu fermé et/ou au moyen de capteurs inertiels.
[0063] Pour cela, les sondes sont par exemple programmées par le dispositif maître 110 pour mettre en œuvre une séquence spécifique de calibration géométrique. La séquence de calibration peut par exemple inclure un ensemble de tirs, visant le patient. Par exemple, si l'on considère une paire de sondes ultrasonores 100 chacune en contact avec le patient, une première sonde peut émettre successivement avec chacun de ses éléments de transduction ultrasonores (par exemple un à la fois, l'un après l'autre) . La deuxième sonde peut quant à elle recevoir simultanément avec tous ses éléments de transduction ultrasonore. On peut alors générer un ensemble de données ultrasonores permettant d' évaluer le temps de vol de chaque élément de transduction de la première sonde vers chaque élément de transduction de la deuxième sonde, puis reconstruire à partir de données de géométrie des transducteurs et d'une hypothèse de vitesse du son, les positions relatives de distance et d'angle entre les N sondes.
[0064] Selon un mode de réalisation, le dispositif maître 110 est configuré pour commander P sondes parmi les N sondes 100, avec P entier strictement positif et strictement inférieur à N, pour émettre de façon synchronisée, par exemple simultanément, des ondes ultrasonores, et à commander P' sondes parmi les (N-P) autres sondes, avec P' entier strictement positif et inférieur ou égal à N-P, pour recevoir les ondes ultrasonores diffusées par un corps à analyser.
[0065] Ceci permet par exemple de mettre en oeuvre des opérations de reconstruction 3D coopérative multisondes. Un avantage de ce mode de fonctionnement (par rapport à l'utilisation de séquences d' émission/réception successives par chaque sonde) est qu'il permet d'acquérir une image en volume d'un corps ou organe en mouvement rapide.
[0066] A titre d'exemple P est un entier strictement supérieur à 1 et/ou P' est un entier strictement supérieur à 1. [0067] Les P sondes utilisées pour l'émission peuvent être utilisées en réception également, en complément des P' autres sondes utilisées en réception uniquement. On notera que l'utilisation e, réception des P sondes émettrices ne nécessite pas de besoin supplémentaire de synchronisation dans la mesure où ces P sondes ont déjà été synchronisées pour l'émission.
[0068] Les ondes émises par les P sondes sont par exemple des ondes planes ou divergentes, ce qui permet l'utilisation coopérative des sondes pour mettre en oeuvre des scénarios d'imagerie non conventionnels, par exemple des scénarios d'imagerie ultrarapide.
[0069] [0068] Par exemple, le système de la figure 1 peut être utilisé pour mettre en œuvre une analyse par imagerie dite ultrarapide. Pour cela une émission sous forme d'onde plane ou divergente est exécutée par les tirs synchronisés de P parmi les N sondes ultrasonores du système, avec P entier strictement positif, par exemple strictement supérieure à 1, et strictement inférieur à N. La direction du tir de chacune des P sondes ultrasonore peut former un angle par rapport à la normale à la surface d'émission de la sonde de manière à ce que les tirs combinés des P sondes ultrasonores forment une onde plane ou divergente dont les caractéristiques (direction, rayon de courbure) sont préalablement communiquées à chaque sonde 100 par le dispositif maître 110. L'orientation de chacune des sondes est par exemple déterminée par leur dispositif de géolocalisation. La réception des ondes ultrasonores diffusées ou réfléchies par le milieu est mise en œuvre par P' sondes parmi les N-P sondes restantes, avec P' un entier strictement positif, par exemple strictement supérieur à 1, et inférieur ou égal à N, et par les P sondes émettrices. Les signaux reçus par les P+P' sondes ultrasonores sont transmises au dispositif maître pour reconstruire une image en volume. Par exemple, avec P = 2 les deux sondes sont synchronisées pour émettre une onde divergente chacune selon un secteur angulaire donné. En réception les deux P sondes déjà synchronisées pour l'émission auxquelles s'ajoute une troisième sonde synchronisée pour la réception uniquement (donc P' = 1 dans cet exemple) détectent le signal ultrasonore diffusé ou réfléchi par l'ensemble du milieu insonifié et le transmettent au système maître avec leur information de géolocalisation pour une reconstruction d'une image volumique
[0070] La figure 2 représente plus en détail, sous forme de blocs, un exemple d'une sonde ultrasonore 100 du système d'imagerie ultrasonore de la figure 1.
[0071] Dans l'exemple représenté, la sonde 100 comprend un ensemble 201 de transducteurs élémentaires (non détaillés sur la figure) , par exemple agencés en matrice 2D ou en barrette linéaire. Les transducteurs de l'ensemble 101 sont par exemple des transducteurs de type CMUT (transducteurs ultrasonores capacitifs à membrane) , des transducteurs piézoélectriques, par exemple de type PMUT (transducteur ultrasonore micro- usiné piézoélectrique) , des transducteurs à cristal, ou tout autre type de transducteurs ultrasonores.
[0072] La sonde 100 de la figure 2 comprend en outre un circuit d'émission-réception 203 adapté à appliquer des signaux électriques d'excitation aux transducteurs élémentaires de la sonde et à lire et numériser des signaux électriques de réponse des transducteurs élémentaires de la sonde .
[0073] La sonde 100 de la figure 2 comprend de plus un circuit de traitement numérique 205 adapté à contrôler en émission le circuit électronique d'émission-réception 203, et à traiter des signaux numériques de réponse fournis par des convertisseurs analogique-numérique du circuit d'émission- réception 203. Le circuit de traitement numérique 205 comprend par exemple un microprocesseur ou microcontrôleur, et un circuit mémoire (non détaillés sur la figure) . Le circuit mémoire est par exemple adapté à stocker les données numériques d'une ou plusieurs images ultrasonores acquises par la sonde avant leur transfert vers un dispositif externe à la sonde. Le circuit de traitement numérique 205 est en outre adapté à mémoriser une ou plusieurs séquences de consignes d'émission-réception d'ondes ultrasonores par les transducteurs de la sonde, et à commander le circuit d'émission-réception 203 pour exécuter lesdites séquences.
[0074] La sonde 100 de la figure 2 comprend de plus un circuit 207 de génération d'un signal d'horloge. Le circuit 207 fournit un signal d'horloge appliqué sur un nœud d'entrée du circuit de traitement numérique 205. Le signal d'horloge fourni par le circuit 207 permet un horodatage précis des évènements dans chaque sonde, à la précision de synchronisation souhaitée entre les sondes. La synchronisation des différentes sondes les unes par rapport aux autres peut être mise œuvre par un protocole de temps de réseau ou NTP (de l'anglais « Network Time Protocol ») . Pour cela, les horloges des sondes peuvent être synchronisées sur une horloge du dispositif maître. A titre de variante, dans le cas où les sondes sont munies de puces GPS, la puce GPS peut être configurée pour recevoir un signal d'horloge du système GPS qui peut servir d'horloge de référence pour toutes les sondes.
[0075] La sonde 100 de la figure 2 comprend en outre un dispositif 209 de géolocalisation capable de mesurer la position selon les six degrés de liberté mécaniques (trois degrés de translation et trois degrés de rotation) de la sonde Le dispositif 209 comprend par exemple une puce de géolocalisation par satellite, éventuellement associée à des capteurs inertiels, par exemple de type MEMS . Le dispositif 209 est par exemple solidaire mécaniquement d'un boîtier de la sonde. Le dispositif 209 est par exemple adapté à fournir des signaux de géolocalisation au dispositif de traitement numérique 205. Le dispositif de traitement numérique 205 est adapté à mémoriser l'évolution temporelle des signaux de localisation de la sonde fournis par le dispositif 209.
[0076] A titre de variante, le dispositif 209 est un dispositif de géolocalisation par ultrasons. Il comprend alors un circuit mémoire mémorisant des consignes de séquences d'émission-réception de signaux ultrasonores permettant de déterminer, par des mesures de temps de vol, les positions et orientations respectives des différentes sondes du système. Les séquences de géolocalisation sont par exemple exécutées par le circuit de traitement numérique 205 sur instruction du dispositif maître 110.
[0077] La sonde 100 de la figure 2 comprend de plus un circuit de communication 211, par exemple un circuit de communication sans fil par liaison radio, adapté à transmettre des données de façon bidirectionnelle entre le circuit numérique de traitement 205 et un dispositif externe, par exemple un circuit de communication correspondant du dispositif maître 110 ou d'un autre dispositif.
[0078] L'ensemble des éléments 201, 203, 205, 207, 209 et 211 décrits ci-dessus est par exemple intégré dans un boîtier de protection 213 de la sonde, par exemple un boîtier plastique ou métallique, par exemple un boîtier hermétique. Les dimensions du boîtier 213 sont par exemple de l'ordre de quelques centimètres à quelques dizaines de centimètres. A titre d'exemple, la plus grande dimension du boîtier est comprise entre 10 et 30 cm.
[0079] La figure 3 représente plus en détail, sous forme de blocs, un exemple du dispositif maître 110 du système de la figure 1. [0080] Dans cet exemple, le dispositif 110 est un terminal mobile, par exemple de type smartphone ou tablette numérique. Il comprend un circuit de traitement numérique 301, comprenant par exemple un microprocesseur et un ou plusieurs circuits mémoire (non détaillés sur les figures) .
[0081] Le dispositif 110 de la figure 2 comprend en outre un circuit de communication 303, par exemple un circuit de communication sans fil par liaison radio, adapté à transmettre des données de façon bidirectionnelle entre le circuit numérique de traitement 301 et un ou plusieurs dispositifs externes, par exemple un circuit de communication correspondant d'une sonde 100 du système.
[0082] Le dispositif 110 comprend par exemple un écran d'affichage, non représenté, contrôlé par le circuit de traitement numérique 301 pour afficher des images ultrasonores transmises par les sondes 100.
[0083] Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. La personne du métier comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d'autres variantes apparaîtront à la personne du métier. En particulier, les modes de réalisation décrits ne se limitent pas à l'exemple décrit ci-dessus dans lequel les sondes 100 sont dans des boîtiers respectifs entièrement libres mécaniquement les uns par rapport aux autres. A titre de variante, toutes ou une partie des N sondes 100 du système peuvent être fixées à un support déformable, par exemple un matelas médicalisé.
[0084] En outre, les modes de réalisation décrits ne se limitent pas aux exemples d'applications médicales mentionnés ci-dessus. Plus généralement, les systèmes décrits peuvent être utilisés dans tout autre domaine applicatif, médical ou non médical, pouvant tirer profit de l'utilisation d'une pluralité de sondes ultrasonores synchronisées, par exemple dans le domaine du contrôle non destructif par ultrasons.
[0085] Par ailleurs, dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, la synchronisation des sondes ultrasonores est assurée directement par le dispositif maître externe. A titre de variante, les sondes peuvent se synchroniser entre elles de façon autonome après une séquence d' initialisation mise en œuvre par le dispositif maître.
[0086] A l'initialisation, chaque sonde (ou chaque terminal portatif associé à une sonde) signale sa présence et indique au dispositif maître son numéro d'identification. Le dispositif maître communique à chaque sonde son ordre de passage et initie avec chaque sonde une séquence de synchronisation d'horloge. L'attribution des ordres de passage peut être aléatoire, ou tenir compte de la localisation des sondes si cette information est connue.
[0087] Cette initialisation est effectuée avant que l'examen démarre .
[0088] En phase d'examen, chaque fois qu'une sonde a terminé une opération prédéfinie (un tir ultrasonore, ou un ou plusieurs cycles d'émission-réception) , elle le signale aux autres sondes en indiquant son numéro de passage. Ceci constitue un signal d' instruction de déclenchement d'opération pour la sonde ayant le numéro de passage suivant, qui démarre alors l'opération prédéfinie qu'elle doit réaliser .
[0089] Pour améliorer la robustesse du système, chaque sonde peut calculer une valeur de timeout en fonction de son ordre de passage. Si aucune instruction de déclenchement d'opération ne parvient à la sonde dans une période de temps correspondant à la valeur de timeout calculée, la sonde exécute l'opération pour laquelle elle est programmée. [ 0090 ] Enfin, la mise en œuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de la personne du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus .

Claims

REVENDICATIONS
1. Système d' imagerie ultrasonore comportant un ensemble de N sondes d'imagerie ultrasonore (100) , où N est un entier supérieur ou égal à 2, et un dispositif maître (110) externe aux sondes, dans lequel chaque sonde ultrasonore (100) comporte : un ensemble (201) de transducteurs ultrasonores élémentaires ;
- un circuit électronique d'émission-réception (203) adapté à appliquer des signaux électriques d'excitation aux transducteurs élémentaires de la sonde et à lire et numériser des signaux électriques de réponse des transducteurs élémentaires de la sonde ; un circuit numérique de traitement (205) adapté à contrôler le circuit électronique d'émission-réception (203) de la sonde ;
- un générateur de signal d'horloge (207) ; et
- un circuit de communication (211) adapté à transmettre des données entre le circuit numérique de traitement (205) de la sonde et le dispositif maître (110) , et dans lequel le dispositif maître (110) est adapté à commander de façon synchronisée l'émission et/ou la réception d'ondes ultrasonores par les sondes (100) , dans lequel le dispositif maître (110) est configuré pour commander P sondes parmi les N sondes (100) , avec P entier strictement positif et strictement inférieur à N, pour émettre de façon synchronisée des ondes ultrasonores et à commander P' sondes parmi les (N-P) autres sondes, avec P' entier strictement positif et inférieur ou égal à N-P, pour recevoir les ondes ultrasonores diffusées par un corps à analyser .
2. Système selon la revendication 1, dans lequel chaque sonde ultrasonore (100) comprend un dispositif (209) de géolocalisation de la sonde.
3. Système selon la revendication 2, dans lequel, dans chaque sonde (100) , le dispositif (209) de géolocalisation de la sonde est adapté à mesurer la position de la sonde selon trois degrés de liberté mécanique en translation et selon trois degrés de liberté mécanique en rotation.
4. Système selon la revendication 2 ou 3, dans lequel, dans chaque sonde (100) , le dispositif (209) de géolocalisation comprend une puce de géolocalisation par satellite ou en milieu fermé, éventuellement couplée à des capteurs inertiels .
5. Système selon la revendication 2 ou 3, dans lequel, dans chaque sonde (100) , le dispositif (209) de géolocalisation est un système de géolocalisation par ultrasons configuré pour commander l'émission et la réception d'ondes ultrasonores par les transducteurs ultrasonores élémentaires de la sonde.
6. Système selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel le dispositif maître (110) est configuré pour aligner spatialement des images acquises par les différentes sondes (100) par rapport à un même repère fixe, en tenant compte de données de positionnement des sondes mesurées par le dispositif de géolocalisation (209) de chaque sonde.
7. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le dispositif maître (110) est adapté à commander les P sondes pour émettre de façon synchronisée des ondes ultrasonores de manière à exercer une force de poussée par pression de radiation acoustique sur une zone d'un corps à analyser, et à mettre en œuvre une fonction d' imagerie de ladite zone par les N-P sondes restantes du système .
8. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la précision de synchronisation des sondes (100) les unes par rapport aux autres est inférieure à 10 ms, ou inférieure à 10 ps, ou inférieure à 20 ns.
9. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le circuit de communication (211) de chaque sonde (100) est un circuit de communication sans fil, par liaison radio.
10. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à
9, dans lequel le dispositif maître (110) est adapté à commander les P sondes pour émettre de façon synchronisée des ondes ultrasonores et à commander les (N-P) autres sondes pour recevoir les ondes ultrasonores diffusées par le corps, suivant une variété d'angles de diffusion, de manière à caractériser la microstructure du corps examiné.
11. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à
10, dans lequel, dans chaque sonde (100) , le circuit numérique de traitement (205) de la sonde est adapté à détecter un éblouissement de la sonde par une autre sonde et émettre un signal d'alerte à l'attention du dispositif maître, le dispositif maître étant adapté à modifier en conséquence la synchronisation des sondes.
12. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à
11, dans lequel :
- lors d'une phase d'initialisation, chaque sonde signale sa présence et indique au dispositif maître un numéro d'identification spécifique à la sonde, puis le dispositif maître communique à chaque sonde un ordre de passage et initie avec chaque sonde une séquence de synchronisation d'horloge ; puis après la phase d' initialisation, pendant une phase d'examen, chaque fois qu'une sonde a terminé une opération prédéfinie, elle envoie aux autres sondes un signal de fin d'opération en indiquant son numéro de passage, ce qui constitue un signal de déclenchement d'opération pour la sonde ayant le numéro de passage suivant.
13. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, utilisé pour mettre en œuvre une analyse d'un milieu par imagerie ultrarapide, dans lequel une émission ultrasonore sous forme d'onde plane ou divergente est exécutée par les tirs synchronisés desdites P sondes (100) , et la réception des ondes ultrasonores diffusées ou réfléchies par le milieu est mise en œuvre par lesdites P sondes et lesdites P' sondes (100) .
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