EP2691948B1

EP2691948B1 - Procede et appareil de generation d'ondes ultrasonores focalisees a modulation de surface

Info

Publication number: EP2691948B1
Application number: EP12714787.4A
Authority: EP
Inventors: Jérémy VINCENOT; David MELODELIMA; Emmanuel Blanc; Jean-Yves Chapelon
Original assignee: Institut National de la Sante et de la Recherche Medicale INSERM; EDAP TMS France SAS
Current assignee: Institut National de la Sante et de la Recherche Medicale INSERM; EDAP TMS France SAS
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2015-03-11
Anticipated expiration: 2032-03-15
Also published as: FR2973550B1; EP2691948A1; JP2014522245A; WO2012131212A1; JP6100751B2; US9936969B2; CN103650031A; US20180177519A1; US20140180320A1; CN103650031B; FR2973550A1

Description

La présente invention concerne le domaine technique des appareils ou des dispositifs comportant une sonde ultrasonore formée par une pluralité d'éléments transducteurs ultrasonores, adaptés pour émettre des ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU).
L'objet de la présente invention trouve des applications particulièrement avantageuses dans le domaine des traitements thérapeutiques par des ondes ultrasonores focalisées.
Il est connu que la thérapie par ultrasons focalisés permet de créer des lésions biologiques dans les tissus résultant d'une combinaison des effets thermiques et de l'activité de cavitation acoustique. La forme de ces lésions tissulaires est issue directement de la forme de la surface d'émission de la sonde ultrasonore utilisée. Par exemple, une sonde ultrasonore de forme sphérique permet d'obtenir une zone de focalisation ponctuelle tandis qu'une sonde de forme torique conduit à l'obtention d'une zone de focalisation en forme d'anneau ou de couronne.
En chaque point de la zone de focalisation, il est à noter que les distances parcourues depuis la surface d'émission par les ondes ultrasonores sont identiques et que la pression est directement reliée à la convergence des ondes ultrasonores en ce point. En pratique, les ondes ultrasonores traversent entre la surface d'émission et la zone de focalisation, divers milieux de propagation de nature différente tels que l'eau d'un circuit de refroidissement, la peau, la graisse, les muscles, etc. Or, ces différents milieux présentent des caractéristiques d'atténuation acoustique différentes. Il apparaît ainsi, pour chacun des chemins parcourus, une atténuation des ondes ultrasonores dépendant de la distance parcourue dans chacun des milieux traversés.
De plus, après l'émission dans les milieux de propagation, il est observé un effet de focalisation dû à la concavité de la surface d'émission. Les ondes ultrasonores vont se concentrer sur la zone de focalisation (point ou couronne) donnant lieu à une augmentation progressive de la pression le long du trajet de l'onde ultrasonore.
Pour tenter de s'affranchir des inconvénients liés à l'hétérogénéité acoustique des tissus, il est connu, par exemple par le brevet FR 2 642 640 , d'utiliser un dispositif de focalisation dont la face d'émission de la sonde est divisée en plusieurs éléments transducteurs auxquels sont appliqués, par l'intermédiaire de circuits de commande, des signaux d'activation obtenus par retournement de la répartition dans le temps et de la forme des signaux d'échos reçus en retour d'un faisceau non focalisé envoyé sur les tissus à traiter. Les éléments transducteurs émettent ainsi des puissances acoustiques différentes dépendantes de l'atténuation et de l'effet de focalisation des ondes acoustiques.
En pratique, les éléments transducteurs possèdent des surfaces d'émission identiques afin que chacune d'elles présente la même impédance électrique. Les circuits de commande de chacun de ces éléments transducteurs sont également identiques pour faciliter la réalisation d'un tel dispositif.
Cependant, cette solution présente un inconvénient majeur. En effet, la puissance électrique disponible pour chacun des éléments transducteurs est limitée par l'électronique du circuit de commande. Ainsi, dès que l'un des éléments transducteurs fonctionne à sa puissance maximale pour compenser la différence d'atténuation et de focalisation des ondes ultrasonores, les autres transducteurs ultrasonores doivent fonctionner avec une puissance électrique réduite et l'électronique du circuit de commande ne sera pas en mesure de fournir la puissance maximale pour laquelle il a été conçu. En pratique, le circuit de commande fonctionne toujours en deçà de sa capacité maximale.
Il est également connu par le brevet US 4 888 746 un transducteur de thérapie formé de plusieurs éléments transducteurs pouvant être activés indépendamment les uns des autres par des signaux d'amplitude et de phases variables afin de moduler la forme de l'onde ultrasonore au point de focalisation en vue, en particulier, de réduire les effets de cavitation.
De même, le brevet FR 2 903 616 décrit une sonde de thérapie de forme torique dont les divers éléments transducteurs sont activés de façon séquentielle pour permettre une focalisation des ondes ultrasonores selon une couronne.
Les transducteurs décrits par ces brevets ne permettent pas d'homogénéiser les contributions énergétiques apportées par les divers éléments transducteurs ultrasonores sur une zone de traitement spécifique dans la mesure où les effets de focalisation et d'atténuation subies par les ondes ultrasonores sur leur trajet ne sont pas pris en compte.
Dans le domaine de l'imagerie, le brevet US 5 922 962 décrit un transducteur ultrasonore comportant une série d'éléments transducteurs présentant des longueurs identiques mais des largeurs différentes. Les largeurs des éléments transducteurs sont déterminées de manière à conserver le même profil de faisceau ultrasonore c'est-à-dire la même résolution échographique, quelle que soit la distance de focalisation.
Ce document décrit diverses techniques de formation de faisceaux pour focaliser dynamiquement à différentes profondeurs dans les modes d'émission et de réception ainsi que divers techniques d'apodisation pour réduire les effets des lobes latéraux Ces techniques de formation de faisceaux ne prennent pas en considération les atténuations acoustiques des ondes ultrasonores sur le trajet entre la zone cible et les éléments transducteur en vue d'obtenir dans la zone cible un apport d'énergie sensiblement identique des ondes ultrasonores émises par chacun des éléments transducteur.
De manière similaire, les documents US 5 165 414 , EP 0 689 187 et EP 0 401 027 décrivent des transducteurs d'imageries présentant les mêmes inconvénients que le transducteur décrit par le brevet US 5 922 962 . Les transducteurs décrits par de tels documents ne visent pas à homogénéiser les contributions énergétiques des différents éléments transducteurs, dans la mesure où il n'est pas recherché un apport d'énergie dans une zone cible à visée de thérapie.
La présente invention vise donc à remédier aux inconvénients de l'état de la technique en proposant une nouvelle technique de focalisation des ondes ultrasonores permettant d'homogénéiser les contributions énergétiques sur une zone cible en vue d'obtenir des lésions biologiques tissulaires.
Pour atteindre un tel objectif, le procédé de génération d'ondes ultrasonores focalisées sur une zone de focalisation pour assurer des lésions biologiques, comprend l'activation d'une pluralité d'éléments transducteurs ultrasonores répartis sur une surface d'émission pour émettre respectivement une pluralité d'ondes ultrasonores focalisées dans la zone de focalisation, en traversant des milieux de propagation à atténuations acoustiques différentes.
Selon l'invention :

on choisit une zone cible dans laquelle est souhaitée une homogénéisation des apports d'énergie des ondes ultrasonores émises par les éléments transducteurs ultrasonores,
on détermine l'effet de focalisation ainsi que les atténuations acoustiques des ondes ultrasonores sur leur trajet entre la zone cible et les éléments transducteurs ultrasonores,
on compense l'effet de focalisation et les atténuations acoustiques des ondes ultrasonores, avec des éléments transducteurs ultrasonores dont au moins certains d'entre eux présentent des surfaces d'émissions non identiques afin que dans la zone cible, l'apport d'énergie des ondes ultrasonores émises par les différents éléments transducteurs ultrasonores soit sensiblement identique.

De plus, le procédé selon l'invention peut présenter en outre en combinaison au moins l'une et/ou l'autre des caractéristiques additionnelles suivantes :

compenser les effets de focalisation et les atténuations acoustiques en affectant à chacun des éléments transducteurs ultrasonores un facteur de pondération surfacique dépendant de l'atténuation acoustique et de l'effet de focalisation subies par les ondes ultrasonores,
déterminer les facteurs de pondération acoustiques, en prenant en compte la distance entre les éléments transducteurs ultrasonores et la zone de séparation des milieux de propagation,
prendre en compte la distance entre les éléments transducteurs ultrasonores et la zone de séparation des milieux de propagation, en calculant cette distance en fonction de la configuration du milieu de propagation par rapport auxdits éléments transducteurs ultrasonores,
prendre en compte la distance entre les éléments transducteurs ultrasonores et la zone de séparation des milieux de propagation, en mesurant les échos réfléchis à la suite de l'envoi d'un signal d'étalonnage par les éléments transducteurs ultrasonores,
regrouper des éléments transducteurs ultrasonores de tailles élémentaires de manière à constituer des éléments transducteurs ultrasonores de surfaces d'émissions différentes configurables en fonction des atténuations acoustiques rencontrées,
pour une pluralité d'éléments transducteurs ultrasonores répartis sur une surface d'émission concave de rayon de courbure Rc, à calculer l'aire Sn de chaque élément transducteur ultrasonore n telle que : $Sn = [S_{totale} (1 / (Fp (n) . Z))]$
avec S_totale : la somme des surfaces des éléments transducteurs ultrasonores,
Fp (n) = Max E(t) / Max E(n),

Z : somme des 1/Fp pour tous les éléments transducteurs.
Un autre objet de l'invention est de proposer un appareil de thérapie pour générer des ondes ultrasonores focalisées sur une zone de focalisation, comportant une sonde ultrasonore formée par une pluralité d'éléments transducteurs ultrasonores répartis sur une surface d'émission pour émettre une pluralité d'ondes ultrasonores focalisées dans la zone de focalisation, en traversant des milieux de propagation à atténuations acoustiques différentes, les éléments transducteurs ultrasonores étant excités par des signaux de commande provenant d'un circuit de commande, caractérisé en ce qu'au moins certains des éléments transducteurs ultrasonores présentent des surfaces d'émission non identiques pour émettre des ondes ultrasonores focalisées qui, dans une zone cible, possèdent des apports d'énergie sensiblement identiques.
De plus, l'appareil selon l'invention peut présenter en outre en combinaison au moins l'une et/ou l'autre des caractéristiques additionnelles suivantes :

au moins certains des éléments transducteurs ultrasonores sont pilotés par des signaux d'excitation de valeurs sensiblement identiques,
les éléments transducteurs ultrasonores sont répartis selon une surface d'émission concave tronquée ou non,
les éléments transducteurs ultrasonores sont répartis selon des anneaux ou des segments d'anneaux concentriques les uns aux autres selon l'axe de focalisation en présentant des surfaces d'émission différentes,
les éléments transducteurs ultrasonores sont répartis sur une surface plane.

Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention.

La Figure 1 est une vue en perspective d'une première forme de réalisation d'une sonde de thérapie conforme à l'invention.
La Figure 2 est une vue schématique d'une demie-coupe élévation de la sonde de thérapie illustrée à la Fig. 1 permettant de décrire l'objet de l'invention.
Les Figures 3A à 3D sont des vues schématiques en demi-coupe élévation de la sonde de thérapie illustrée à la Fig. 1 et montrant respectivement, l'effet de focalisation, l'effet d'absorption acoustique, la combinaison des effets de focalisation et d'absorption, le rééquilibrage de l'apport énergétique dans une zone cible par application de l'invention.
Les Figures 4 et 5 sont des schémas en demi-coupe élévation permettant d'expliciter une variante selon l'invention.
La Figure 6 est une vue de dessus montrant sur la partie gauche, la répartition des éléments transducteurs ultrasonores de l'art antérieur et sur la partie droite, la répartition des éléments transducteurs ultrasonores conforme à l'invention.
La Figure 7 montre un exemple de réalisation d'une sonde de thérapie conforme à l'invention du type plan.

Les Fig. 7A et 7B montrent une autre variante de réalisation de la sonde décrite à la Fig. 7 , avec la Fig. 7A illustrant la sonde avec des éléments transducteurs ultrasonores élémentaires de même surface qui à la Fig. 7B sont assemblées électroniquement pour présenter une modulation de surface identique de celle illustrée à la Fig. 7 .
Les Figures 1 et 2 illustrent un premier exemple de réalisation d'une sonde ultrasonore de thérapie 1 faisant partie d'un appareil de génération d'ondes ultrasonores focalisées. La sonde ultrasonore 1 comporte une pluralité d'éléments transducteurs ultrasonores 3 répartis selon une surface d'émission 4. Les éléments transducteurs ultrasonores 3 sont excités par des signaux de commande provenant d'un circuit de commande non représenté mais connu en soi et adapté de manière que les éléments transducteurs ultrasonores 3 émettent des ondes ultrasonores focalisées dans une zone de focalisation 5 pour assurer des lésions biologiques ou tissulaires. Dans l'exemple illustré aux Fig. 1 et 2 , les éléments transducteurs ultrasonores 3 sont répartis selon une surface d'émission concave 4 et présentent chacun une forme d'anneau ou de couronne. Les éléments transducteurs ultrasonores 3 sont donc montés de manière concentrique les uns par rapport aux autres et par rapport à l'axe de focalisation X.
Conformément à l'invention, au moins certains des éléments transducteurs ultrasonores 3 présentent des surfaces d'émission non identiques pour émettre des ondes ultrasonores focalisées qui dans une zone cible 7 possèdent des apports d'énergie sensiblement identiques. En d'autres termes, les éléments transducteurs ultrasonores 3 possèdent des surfaces d'émissions de valeurs différentes pour compenser les différences de focalisation et d'atténuation acoustique que subissent les ondes ultrasonores lors de leur trajet entre la surface d'émission 4 et la zone cible 7. Cette zone cible 7 peut ainsi être choisie, comme cela sera montrée dans la suite de la description, en tous endroits situés à partir de la surface d'émission 4 et jusqu'à la zone de focalisation 5, cette dernière étant la zone cible 7 dans une variante avantageuse de réalisation.
En effet, il doit être considéré que les ondes ultrasonores traversent depuis la surface d'émission 4 jusqu'à la zone cible 7, plusieurs milieux de propagation E₁, E₂ ... E_i ... E_k, présentant chacun des atténuations acoustiques respectivement A₁, A₂ ... A_i, ... A_k.A titre d'exemple, la Fig. 2 illustre l'interposition entre la zone de focalisation 5 et la sonde 1, d'un premier milieu de propagation E₁ en contact avec la surface d'émission 4, présentant une atténuation acoustique A₁ = 0 et d'un deuxième milieu E₂ situé à une distance a du plan tangent à la sonde. Le premier milieu de propagation E₁ et le deuxième milieu de propagation E₂ possède une zone de séparation ou une interface 6. Ce deuxième milieu E₂ qui présente une atténuation acoustique A₂ (avec A₂ ≠ A₁) s'étend au moins jusqu'à la zone de focalisation 5. La zone cible 7 est un plan situé dans l'exemple illustré à la Fig. 2 , dans le deuxième milieu E₂, entre la zone de focalisation 5 et l'interface 6.
Lors du trajet de l'onde ultrasonore entre la surface d'émission 4 et la zone de focalisation 5, deux phénomènes, du point de vue de la pression, rentrent en jeu, à savoir l'effet de focalisation géométrique et l'atténuation acoustique. L'effet de focalisation est dû à la concavité de la surface d'émission 4 donnant lieu à une forte augmentation de la pression le long du trajet de l'onde ultrasonore tandis que l'atténuation acoustique qui représente le transfert d'énergie de l'onde ultrasonore vers son milieu de propagation, dépend principalement des propriétés absorbantes du milieu de propagation, se traduisant par une diminution de pression au cours du chemin parcouru.
La pression d'une onde ultrasonore entre la zone cible 7 et la sonde 1 est fonction de la distance parcourue par les ondes dans chacun des milieux E₁, E₂ et présente l'expression (1) suivante : $P (r) = P_{0} . \prod_{i = 1}^{i = k} (e^{- A_{i} . D_{i}}) . \frac{Rc}{Rc - r}$

Ei : milieu de propagation avec i = 1 à k,
D_i : distance parcourue dans le milieu de propagation Ei (m),
P(r) : pression à la distance r de la surface d'émission (P_a),
Rc : rayon de courbure de l'élément transducteur (m),
P₀ : pression lors de l'émission (Pa),
Ai : Absorption acoustique du milieu de propagation Ei (Np.m^-1)

Afin de calculer la pression dans la zone cible 7, seuls l'atténuation et l'effet de focalisation ont été pris en compte. Il est bien sûr possible d'affiner le modèle en considérant tout autre effet mis en jeu lors de l'émission ultrasonore, notamment la diffraction avec un modèle de Rayleigh par exemple.
Dans le cas où l'onde ultrasonore traverse deux milieux E₁ , E₂ entre la surface d'émission 4 et la zone cible 7, l'expression est la suivante : $P (r) = P_{0} . e^{- A 1 * D 1} . e^{- A 2 * D 2} . Rc / (Rc - r)$
Au niveau de la zone cible 7, il doit être noté comme illustré à la Fig. 3A , une inégalité des contributions énergétiques au sein de cette zone le long de l'axe x puisque l'effet de focalisation est plus fort au centre de cette zone et plus faible sur la périphérie. De plus, ce phénomène est augmenté par l'atténuation acoustique comme illustré à la Fig. 3B . Dans le cas où le premier milieu E₁ (de l'eau par exemple) présente une atténuation acoustique nulle, les ondes ultrasonores n'étant pas atténuées dans le milieu E₁, alors ces ondes ultrasonores possèdent toutes la même intensité lorsqu'elles arrivent à l'interface 6 (c'est-à-dire la peau par exemple). Au-delà de l'interface 6, les distances parcourues sont inégales de sorte que les ondes ultrasonores émises par un élément transducteur situé à la périphérie de la surface d'émission ont une distance plus grande à parcourir, que celles émises depuis le centre de la surface d'émission et sont donc atténuées lorsque l'on s'éloigne de l'axe de focalisation x. Au final, la combinaison de ces deux phénomènes donne lieu à la courbe de pression P₁ illustrée à la Fig. 3C . Cette courbe de pression montre une inégalité de pression au niveau de la zone cible 7 (à savoir la peau dans l'exemple considéré), cette inégalité de pression pouvant conduire à la création de brûlures proches de l'axe de focalisation x.
Compte tenu que l'effet de focalisation ainsi que l'atténuation subie par les ondes ultrasonores sont différentes en fonction de leur lieu d'émission sur la sonde 1, il s'ensuit une inégalité, au niveau de la zone cible 7, en termes de contribution énergétique apportée par les différentes ondes ultrasonores.
Conformément à l'invention, cette inégalité en termes de contribution énergétique dans la zone cible 7 est compensée en affectant aux éléments transducteurs ultrasonores 3, des surfaces de tailles ou de valeurs différentes. Il est à noter que tous les éléments transducteurs ultrasonores 3 sont pilotés par des signaux d'excitation de valeurs sensiblement identiques. En d'autres termes, une même consigne de puissance est appliquée à tous les éléments transducteurs ultrasonores 3. Il apparaît donc possible d'utiliser l'intégralité de la puissance disponible par la sonde.
Le procédé selon l'invention vise ainsi à déterminer un facteur de pondération surfacique F_s pour chacun des éléments transducteurs ultrasonores 3, tel que : $F_{s} (n) = 1 / [F_{p} (n) . Z]$
avec 0< F_s <1

n : le numéro de l'élément transducteur 3 et variant de 1 à t dans le sens axe de focalisation X vers la périphérie de la surface d'émission 4,
F_p : le facteur de puissance,
Z : la somme sur les éléments transducteurs des 1/F_p.

Le facteur de puissance F_p(n) s'exprime en fonction de l'effet de focalisation et des atténuations acoustiques sur chaque élément transducteur ultrasonore 3 entre l'élément transducteur et la zone cible 7, lors d'une découpe de la surface d'émission en surfaces égales (avant modulation).
Le facteur de puissance F_p(n) peut s'exprimer de la manière suivante : $F_{p} (n) = Max E (t) / Max E (n),$

Max E(t) : valeur maximale de la contribution énergétique de l'élément transducteur t situé à la périphérie de la surface d'émission 4,
Max E(n) : valeur maximale de la contribution énergétique de l'élément transducteur n dans la zone cible 7.

L'aire ou la surface S(n) de chaque élément transducteur ultrasonore 3 de rang n est tel que : $S (n) = S_{totale} F_{s} (n)$
avec S_totale, la surface totale de la sonde.
Il ressort des expressions ci-dessus, que les éléments transducteurs 3 proches du centre de la sonde (de l'axe de focalisation X) présentent une surface plus grande par rapport aux éléments transducteurs 3 proches de la périphérie de la sonde. Ainsi, la surface des éléments transducteurs 3 augmente pour les éléments transducteurs 3 proches du centre et inversement diminue pour les éléments transducteurs proches de la périphérie de la sonde.
L'application de ces différents facteurs de pondération surfacique F_s pour les éléments transducteurs ultrasonores 3 entraîne une modification du champ de pression et permet ainsi de rééquilibrer l'apport énergétique de chacun des éléments transducteurs ultrasonores 3 dans la zone cible 7. Comme cela ressort de la Fig. 3D , l'apport d'énergie des ondes ultrasonores émises par les différents éléments transducteurs ultrasonores 3 est sensiblement identique dans la zone cible 7 (courbe P₂) malgré l'effet de focalisation et les atténuations acoustiques subies par les ondes ultrasonores sur leur trajet.
Dans l'exemple illustré à la Fig. 2 , les ondes ultrasonores traversent deux milieux d'atténuation acoustiques dont l'interface 6 entre les milieux est plane, parallèle au plan tangent à la sonde. Bien entendu, le nombre de milieux d'atténuation acoustiques traversés par les ondes ultrasonores peut être plus important. De même, la forme de l'interface 6 entre les milieux d'atténuation acoustiques peut être différente d'un plan parallèle au plan tangent à la sonde.
La Fig. 4 illustre un exemple dans lequel l'interface 6 entre les deux milieux d'atténuation acoustiques E₁, E₂ est de forme convexe. En effet, à la Fig. 4 , le volume d'eau (milieu d'atténuation acoustique E₁) est plus important de sorte que le contraste de focalisation et d'atténuation soit plus important. Le contraste des contributions énergétiques est accentué pour une interface 6 de forme convexe par rapport à une interface plane.
Au contraire, une interface 6 de forme concave comme illustrée à la Fig. 5 conduit à un rééquilibrage des contributions énergétiques par rapport à l'exemple illustré à la Fig. 2 . Bien entendu, dans le cas précis où l'interface 6 entre les milieux acoustiques et la zone cible 7 présente le même centre de courbure que la face d'émission de la sonde 1, alors les contributions énergétiques des éléments transducteurs ultrasonores sont identiques dans la zone cible 7.
D'une manière générale, il doit être considéré que le procédé selon l'invention vise à choisir une zone cible 7 dans laquelle est souhaitée une homogénéisation des apports d'énergie des ondes ultrasonores émises par les éléments transducteurs ultrasonores 3. Selon une première variante préférée de réalisation, cette zone cible correspond à la zone de focalisation. Selon une deuxième variante préférée de réalisation, cette zone cible correspond à un plan inclus dans un milieu de propagation et en particulier dans le deuxième milieu de propagation, correspondant aux tissus situés entre l'eau de refroidissement et le tissu à traiter.
Le procédé selon l'invention vise à déterminer l'effet de focalisation ainsi que les atténuations acoustiques des ondes ultrasonores sur leur trajet entre cette zone cible 7 et les éléments transducteurs ultrasonores 3. Comme expliqué ci-dessus, cette phase de détermination consiste à prendre en compte l'effet de focalisation et les atténuations acoustiques des divers milieux de propagation traversés et la distance entre les éléments transducteurs ultrasonores 3 et l'interface ou les interfaces entre les milieux. Cette distance peut être calculée en fonction de la configuration du ou des milieux de propagation par rapport aux éléments transducteurs ultrasonores 3. Il est à noter que la distance entre les éléments transducteurs ultrasonores 3 et l'interface des milieux peut être déterminée de manière plus précise par la mesure des échos réfléchis en mode A qui consiste à mesurer les échos réfléchis à la suite de l'envoi d'un signal d'étalonnage par les éléments transducteurs ultrasonores 3.
En première approximation, à partir de l'équation (1), il peut être calculé la pression dans la zone cible 7 pour une multitude d'ondes ultrasonores issues de la surface d'émission permettant d'obtenir la courbe de pression P₁ illustrée à la Fig. 3C .
La surface d'émission 4 est découpée à partir de l'axe de focalisation x jusqu'à sa partie périphérique. Dans le cas d'une surface d'émission 4 de révolution, la surface d'émission 4 est découpée en anneaux concentriques contribuant chacun à une partie de la courbe de pression P₁. Pour chaque anneau, la valeur maximale de pression est déterminée et un facteur de pondération surfacique F_s est appliqué de telle sorte que cette valeur maximum de pression devient identique sur tous les éléments (courbe P₂).
Le procédé selon l'invention permet donc de moduler la surface d'émission des éléments transducteurs ultrasonores 3 en aires de tailles différentes mais adaptées de manière que l'apport d'énergie des ondes ultrasonores soit sensiblement identique dans la zone cible 7. Ainsi, les différents éléments transducteurs 3 sont configurés avec des surfaces d'émission de valeurs différentes adaptées pour une ou plusieurs applications données. Il est à noter que plus le nombre d'éléments transducteurs ultrasonores 3 est important, plus la modulation est précise et efficace.
La Fig. 6 illustre le découpage d'une sonde focalisante présentant des éléments transducteurs 3 en forme d'anneaux. La partie gauche de la Fig. 6 représente des éléments transducteurs ultrasonores de surfaces égales alors que la partie droite de la Fig. 6 représente des éléments transducteurs ultrasonores 3 avec des surfaces différentes modulées selon le procédé conforme à l'invention.
Bien entendu, le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre pour des sondes de thérapie de diverses formes. Dans l'exemple illustré sur la Fig. 1 , les éléments transducteurs ultrasonores 3 sont répartis selon une surface d'émission concave complète de révolution. Pour des applications déterminées, cette surface concave peut être tronquée de part et d'autre d'un plan de symétrie central de sorte que les éléments transducteurs ultrasonores 3 sont répartis selon des segments d'anneaux concentriques les uns aux autres. Selon une variante préférée de réalisation, cette surface concave présente la forme d'un tore c'est-à-dire que cette surface concave est engendrée par la rotation d'un segment de courbe concave de longueur finie autour d'un axe de symétrie qui se trouve à une distance non nulle du centre de courbure du segment de courbe concave. Bien entendu, cette surface d'émission de forme torique peut être tronquée de part et d'autre d'un plan de symétrie central. Selon une autre variante de réalisation, la surface d'émission concave est issue d'une géométrie cylindrique engendrée par la translation de deux segments de courbe concave de longueur finie, symétriques par rapport à un plan de symétrie, cette translation étant réalisée selon une longueur limitée et selon une direction perpendiculaire au plan contenant lesdits segments de courbe concave. La Fig. 7 illustre à titre d'exemple, une sonde 1 de forme plane dont les différents éléments transducteurs ultrasonores 3 présentent des surfaces d'émission de tailles différentes.
Bien entendu, dans le cas d'une sonde de thérapie 1 de forme plane, chaque élément transducteur ultrasonore est alimenté par des signaux présentant des déphasages permettant d'obtenir un effet de focalisation dans la zone cible.
Un autre objet de l'invention est de pouvoir proposer une technique permettant de réaliser une sonde configurable à la demande en fonction de la configuration des milieux de propagation des ondes ultrasonores. Tel que cela ressort plus précisément des Fig. 7A, 7B , cette technique prévoit de choisir une taille élémentaire pour l'ensemble des éléments transducteurs ultrasonores 3₁. Ainsi dans l'exemple illustré à la Fig. 7A illustrant une surface d'émission plane, tous les éléments transducteurs ultrasonores 3₁ élémentaires présentent la même surface d'émission. Ces éléments transducteurs ultrasonores 3₁ élémentaires sont ensuite regroupés de manière à réaliser des éléments transducteurs ultrasonores 3 qui présentent des tailles de surfaces différentes ( Fig. 7B ). Ainsi, cette technique permet de créer à la demande, des éléments transducteurs ultrasonores 3 possédant des surfaces différentes d'émission. Il est à noter que dans le cas d'une surface d'émission concave, les éléments transducteurs ultrasonores 3₁ peuvent présenter des tailles élémentaires différentes, avec une largeur identique pour tous les éléments transducteurs ultrasonores 3₁.

Claims

Procédé de génération d'ondes ultrasonores focalisées sur une zone de focalisation (5) pour assurer des lésions biologiques, comprenant l'activation d'une pluralité d'éléments transducteurs ultrasonores (3) répartis sur une surface d'émission (4) pour émettre respectivement une pluralité d'ondes ultrasonores focalisées dans la zone de focalisation (5), en traversant des milieux de propagation (E_i ) à atténuations acoustiques différentes, caractérisé en ce qu'on :
- choisit une zone cible (7) dans laquelle est souhaitée une homogénéisation des apports d'énergie des ondes ultrasonores émises par les éléments transducteurs ultrasonores,

- détermine l'effet de focalisation ainsi que les atténuations acoustiques des ondes ultrasonores sur leur trajet entre la zone cible (7) et les éléments transducteurs ultrasonores (3),

- compense l'effet de focalisation et les atténuations acoustiques des ondes ultrasonores, avec des éléments transducteurs ultrasonores (3) dont au moins certains d'entre eux présentent des surfaces d'émissions non identiques afin que dans la zone cible (7), l'apport d'énergie des ondes ultrasonores émises par les différents éléments transducteurs ultrasonores (3) soit sensiblement identique,

- active les éléments transducteurs ultrasonores (3) par des signaux d'excitation de valeurs sensiblement identiques afin que dans la zone cible (7), l'apport d'énergie des ondes ultrasonores émises par les différents transducteurs ultrasonores (3) soit sensiblement identique et assure des lésions biologiques.
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à compenser l'effet de focalisation et les atténuations acoustiques en affectant à chacun des éléments transducteurs ultrasonores (3) un facteur de pondération surfacique (F_s ) dépendant de l'atténuation acoustique et de l'effet de focalisation subies par les ondes ultrasonores.
Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer les facteurs de pondération acoustiques (F_s ), en prenant en compte la distance entre les éléments transducteurs ultrasonores (3) et la zone de séparation (6) des milieux de propagation (E_i ).
Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il consiste à prendre en compte la distance entre les éléments transducteurs ultrasonores et la zone de séparation (6) des milieux de propagation, en calculant cette distance en fonction de la configuration du milieu de propagation (E_i ) par rapport auxdits éléments transducteurs ultrasonores.
Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il consiste à prendre en compte la distance entre les éléments transducteurs ultrasonores et la zone de séparation (6) des milieux de propagation, en mesurant les échos réfléchis à la suite de l'envoi d'un signal d'étalonnage par les éléments transducteurs ultrasonores (3).
Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il consiste à regrouper des éléments transducteurs ultrasonores (3₁ ) de tailles élémentaires de manière à constituer des éléments transducteurs ultrasonores (3) de surfaces d'émissions différentes configurables en fonction des atténuations acoustiques rencontrées.
Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il consiste pour une pluralité d'éléments transducteurs ultrasonores (3) répartis sur une surface d'émission concave de rayon de courbure Rc, à calculer l'aire Sn de chaque élément transducteur ultrasonore n telle que : $S (n) = [S_{totale} (1 / (Fp (n) . Z))]$

- avec S_totale : la somme des surfaces des éléments transducteurs ultrasonores,

- Fp (n) = Max E(t) / Max E(n),
avec Max E(t), la valeur maximale de la contribution énergétique de l'élément transducteur t situé à la périphérie de la surface d'émission (4) et Max E(n), la valeur maximale de la contribution énergétique de l'élément transducteur n dans la zone cible (7).
Z : somme des 1/Fp pour tous les éléments transducteurs.
Appareil de thérapie générant des ondes ultrasonores focalisées sur une zone de focalisation (5), comportant une sonde ultrasonore (1) formée par une pluralité d'éléments transducteurs ultrasonores (3) répartis sur une surface d'émission (4) pour émettre une pluralité d'ondes ultrasonores focalisées dans la zone de focalisation (5), en traversant des milieux de propagation (E_i ) à atténuations acoustiques différentes (A_i ), les éléments transducteurs ultrasonores (3) étant excités par des signaux de commande provenant d'un circuit de commande, caractérisé en ce qu'au moins certains des éléments transducteurs ultrasonores (3) présentent des surfaces d'émission non identiques pour émettre des ondes ultrasonores focalisées qui, dans une zone cible (7), possèdent des apports d'énergie sensiblement identiques et en ce que le circuit de commande active les éléments transducteurs ultrasonores (3) par des signaux d'excitation de valeurs sensiblement identiques afin que dans la zone cible (7), l'apport d'énergie des ondes ultrasonores émises par les différents transducteurs ultrasonores (3) soit sensiblement identique et asssure des lésions biologiques.
Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'au moins certains des éléments transducteurs ultrasonores (3) sont pilotés par des signaux d'excitation de valeurs sensiblement identiques.
Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que les éléments transducteurs ultrasonores (3) sont répartis selon une surface d'émission concave (4) tronquée ou non et en particulier selon une surface d'émission concave de forme torique tronquée.
Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que les éléments transducteurs ultrasonores (3) sont répartis selon des anneaux ou des segments d'anneaux concentriques les uns aux autres selon l'axe de focalisation en présentant des surfaces d'émission de valeurs différentes.
Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que les éléments transducteurs ultrasonores (3) sont répartis sur une surface plane.
Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que les éléments transducteurs ultrasonores (3) sont répartis selon une surface d'émission concave issue d'une géométrie cylindrique engendrée par la translation de deux segments de courbe concave de longueur finie, symétriques par rapport à un plan de symétrie, cette translation étant réalisée selon une longueur limitée et selon une direction perpendiculaire au plan contenant lesdits segments de courbe concave.