ES2267506T3

ES2267506T3 - Procedimiento y dispositivo de formacion de imagenes que utilizan ondas de cizallado.

Info

Publication number: ES2267506T3
Application number: ES00910925T
Authority: ES
Inventors: Mathias Fink; Laurent Sandrin; Michael Tanter; Stefan Catheline
Original assignee: Societe dElastographie Impulsonnelle pour les Systemes de Mesure de lElasticite SEISME
Current assignee: Societe dElastographie Impulsonnelle pour les Systemes de Mesure de lElasticite SEISME
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 2000-03-13
Publication date: 2007-03-16
Anticipated expiration: 2020-03-13
Also published as: JP2002538911A; BRPI0009022B8; CN1343310A; EP1169636B1; PT1169636E; DE60028952D1; DE60028952T2; FR2791136A1; IL145352A0; EP1169636A1; CN1174246C; AU3296300A; US6770033B1; DK1169636T3; CY1106327T1; AU762374B2; CA2366265A1; ATE331216T1; BRPI0009022B1; CA2366265C

Abstract

Procedimiento de formación de imágenes que utiliza las ondas de cizallado para observar un medio viscoelástico difusor (1) que contiene unas partículas (5) que reflejan las ondas ultrasónicas de compresión, procedimiento en el cual se genera una onda elástica de cizallado en el medio viscoelástico y se observa, por medio de por lo menos una onda ultrasónica de compresión, el desplazamiento de un medio viscoelástico (1) sometido a dicha onda de cizallado, caracterizado porque se genera la onda de cizallado aplicando al medio viscoelástico una excitación que tiene la forma de un impulso de baja frecuencia que presenta una frecuencia central f comprendida entre 20 y 5.000 Hz, presentando este impulso de baja frecuencia una duración comprendida entre 1/2f y 20/f, porque comprende una etapa de observación de propagación en el curso de la cual se observa la propagación de la onda de cizallado simultáneamente en una multitud de puntos en el medio observado, formando estos puntos un campo de observación sensiblemente continuo que se extiende por lo menos según un primer eje (X), consistiendo esta etapa de observación de propagación de la onda de cizallado en: - emitir en el medio observado una sucesión de por lo menos 10 disparos de ondas ultrasónicas de compresión a una cadencia comprendida entre 100 y 100.000 disparos por segundo, - detectar y registrar en tiempo real los ecos generados por las partículas reflectantes del medio viscoelástico a cada disparo de onda ultrasónica, correspondiendo dichos ecos a unas imágenes sucesivas del medio observado, y porque dicho procedimiento comprende además una etapa ulterior de tratamiento de imagen en el curso de la cual se tratan en tiempo diferido las imágenes así obtenidas por lo menos por intercorrelación entre imágenes sucesivas, para determinar en cada punto del campo de observación un parámetro de movimiento elegido entre el desplazamiento y la deformación del medio viscoelástico, de manera que se obtenga así una sucesión de imágenesque muestran la evolución del parámetro de movimiento del medio viscoelástico bajo el efecto de la propagación de la onda de cizallado.

Description

Procedimiento y dispositivo de formación de imágenes que utilizan ondas de cizallado.

La presente invención se refiere a los procedimientos y dispositivos de formación de imágenes que utilizan las ondas de cizallado.

Más particularmente, la invención se refiere a un procedimiento de formación de imágenes que utiliza las ondas de cizallado para observar un medio viscoelástico que se difunde y que contiene unas partículas que reflejan las ondas ultrasonoras de compresión, procedimiento en el cual se genera una onda elástica de cizallado en el medio viscoelástico y se observa, por medio de por lo menos una onda ultrasónica de compresión, el desplazamiento del medio viscoelástico sometido a dicha onda de cizallado.

El documento US-A-5 810 731 describe un ejemplo de un procedimiento de este tipo, en el cual la onda de cizallado es generada localmente en el interior del medio viscoelástico observado, por medio de la presión de radiación de una onda ultrasónica modulada y enfocada sobre un punto que se va a observar. Se envía a continuación sobre este punto focal una onda ultrasónica suplementaria cuya reflexión permite conocer algunos parámetros de propagación de la onda de cizallado (en particular, la viscosidad dinámica del medio y su módulo de cizallado) a nivel del punto focal mencionado anteriormente.

Esta técnica adolece del inconveniente de que permite el análisis de un solo punto del medio viscoelástico estudiado cada vez que se genera una onda de cizallado. Si se desea obtener una imagen completa del medio viscoelástico observado, resulta necesario repetir la operación un número muy grande de veces, lo cual implica un tiempo de pausa importante (por ejemplo, varios minutos) para obtener esta imagen.

Este tiempo de pausa importante hace que este procedimiento de la técnica anterior resulte poco práctico de utilizar.

Además, dicho tiempo de pausa puede perjudicar la utilización de dicho procedimiento para obtener una imagen de un tejido vivo, que está siempre en movimiento.

La presente invención tiene en particular por objeto evitar estos inconvenientes.

A este fin, según la invención, un procedimiento del tipo en cuestión está secuencialmente caracterizado porque se genera la onda de cizallado aplicando al medio viscoelástico una excitación que tiene la forma de un impulso de baja frecuencia que presenta una frecuencia central f comprendida entre 20 y 5.000 Hz, presentando este impulso de baja frecuencia una duración comprendida entre 1/2f y 20/f,

porque comprende una etapa de observación de propagación en el curso de la cual se observa la propagación de la onda de cizallado simultáneamente en una multitud de puntos en el medio observado, formando estos puntos un campo de observación sensiblemente continuo que se extiende por lo menos según un primer eje, consistiendo esta etapa de observación de propagación de la onda de cizallado en:

-: emitir en el medio observado una sucesión de por lo menos 10 disparos de ondas ultrasónicas de compresión a una cadencia comprendida entre 100 y 100.000 disparos por segundo,

-: detectar y registrar en tiempo real los ecos generados por las partículas reflectantes del medio viscoelástico a cada disparo de onda ultrasónica, correspondiendo estos ecos (directa o indirectamente) a unas imágenes sucesivas del medio observado,

y porque dicho procedimiento comprende además una etapa ulterior de tratamiento de imágenes en el curso de la cual se trata en tiempo diferido las imágenes así obtenidas por lo menos por intercorrelación entre imágenes sucesivas, para determinar en cada punto del campo de observación un parámetro de movimiento seleccionado de entre el desplazamiento y la deformación del medio viscoelástico, de manera que se obtenga así una sucesión de imágenes que muestran la evolución del parámetro de movimiento del medio viscoelástico bajo el efecto de la propagación de la onda de cizallado.

Gracias a estas disposiciones, se obtiene una película que ilustra claramente la propagación de la onda de cizallado en el medio viscoelástico, que puede permitir por ejemplo, en aplicaciones médicas, detectar directamente unas zonas cancerosas en los tejidos de un paciente: la propagación de las ondas de cizallado se desarrolla en los mismos en efecto de forma muy diferente a las zonas adyacentes.

Esta detección se efectúa mucho más fácilmente que por observación clásica por simple ecografía ultrasónica, puesto que la propagación de las ondas de cizallado es función del módulo de cizallado del medio, el cual es en sí mismo muy variable entre una zona de tejidos sanos y una zona de tejidos cancerosos: el módulo de cizallado varía típicamente en una relación de 1 a 30 entre una zona sana y una zona cancerosa, mientras que el módulo de compresión, que rige la propagación de las ondas acústicas de compresión utilizadas en la ecografía ultrasonora, varía solamente del orden de 5% entre un tejido sano y un tejido canceroso.

Se observará que la película obtenida ilustra la propagación de la onda de cizallado mucho más claramente que la simple sucesión de las imágenes dadas por las partículas reflectantes del medio, puesto que dicha película permite visualizar en cada instante las zonas del medio observado que sufren unos movimientos de la misma amplitud debido a la propagación de la onda de cizallado, mientras que la sucesión de las imágenes de las partículas reflectantes sólo permitiría visualizar una niebla de puntos luminosos en movimiento.

En unas formas de realización preferidos del procedimiento según la invención, se puede eventualmente recurrir además a una y/o a la otra de las disposiciones siguientes:

-: la duración del impulso de baja frecuencia está comprendida entre 1/2f y 2/f;

-: la frecuencia central del impulso de baja frecuencia está comprendida entre 30 y 1.000 Hz;

-: el medio viscoelástico observado está constituido por un cuerpo vivo que comprende por lo menos un órgano interno sometido a unos movimientos de impulsos, estando el impulso de baja frecuencia que genera la onda de cizallado constituido por un movimiento de impulso de dicho órgano interno;

-: el medio viscoelástico está delimitado por la superficie exterior, y el impulso de baja frecuencia es aplicado a nivel de esta superficie exterior;

-: el impulso de baja frecuencia es aplicado por un medio de excitación seleccionado de entre:

\bullet: una onda acústica generada por al menos un transductor acústico,

\bullet: y un choque generado localmente por contacto físico a nivel de la superficie exterior del medio viscoelástico;

-: se emiten los disparos de ondas ultrasónicas de compresión y se detectan los ecos generados por las partículas reflectantes del medio viscoelástico, por medio de una batería de transductores que comprende por lo menos un transductor y que está dispuesta en contacto con la superficie exterior del medio viscoelástico, imponiendo la onda de cizallado aplicada al medio viscoelástico un desplazamiento de impulso a dicha batería de transductores;

-: dicho parámetro de movimiento es la deformación del medio viscoelástico: esta disposición es particularmente útil en el último caso previsto anteriormente, puesto que permite liberarse del desplazamiento de la batería de transductores, desplazamiento que perturbaría en caso contrario la medición del desplazamiento de los puntos del campo de observación;

-: en el curso de la observación de la propagación de la onda de cizallado, se emiten entre 100 y 10.000 disparos de ondas ultrasónicas de compresión a una cadencia comprendida entre 100 y 100.000 disparos por segundo;

-: el campo de observación se extiende por lo menos según un plano que comprende por una parte, el primer eje y por otra parte, un segundo eje perpendicular al primer eje;

-: en el curso de la etapa de observación de propagación, se utiliza una batería de varios transductores acústicos dispuestos por lo menos según un segundo eje para emitir los disparos de ondas ultrasónicas de compresión y detectar los ecos generados por las partículas reflectantes del medio viscoelástico, siendo los ecos detectados por cada transductor acústico memorizados directamente sin tratamiento previo en el curso de la etapa de observación de propagación, y comprendiendo la etapa de tratamiento de imagen una subetapa preliminar de formación de vías en el curso de la cual se genera una imagen del medio viscoelástico correspondiente a cada disparo de onda ultrasónica de compresión, por combinación de por lo menos algunos de los ecos recibidos por los diferentes transductores;

-: la etapa de tratamiento de imágenes es seguida (inmediatamente o no) por una etapa de visualización en el curso de la cual se visualiza al ralentí una película constituida por una sucesión de las imágenes tratadas, presentando cada punto de cada imagen un parámetro óptico que varía según el valor del parámetro de movimiento asignado a este punto;

-: el parámetro óptico se elige entre el nivel de gris y el nivel cromático;

-: la etapa de tratamiento de imágenes es seguida (inmediatamente o no) por una etapa de cartografía en el curso de la cual, a partir de la evolución del parámetro de movimiento en el curso del tiempo en el campo de observación, se calcula por lo menos un parámetro de propagación de la onda de cizallado en por lo menos algunos puntos del campo de observación;

\newpage

-: el parámetro de propagación de la onda de cizallado que es calculado en el curso de la etapa de cartografía se elige entre la velocidad de las ondas de cizallado, el módulo de cizallado, la atenuación de las ondas de cizallado, la elasticidad de cizallado, y la viscosidad de cizallado.

Por otra parte, la invención tiene también por objeto un dispositivo de formación de imágenes que utiliza las ondas de cizallado para observar un medio viscoelástico difusor que contiene unas partículas que reflejan las ondas ultrasónicas de compresión, comprendiendo este dispositivo unos medios de excitación para generar una onda elástica de cizallado en el medio viscoelástico y unos medios de adquisición para observar, por medio de por lo menos una onda ultrasónica de compresión, el desplazamiento del medio viscoelástico sometido a dicha onda de cizallado,

caracterizado porque los medios de excitación están adaptados para aplicar al medio viscoelástico una excitación que tiene la forma de un impulso de baja frecuencia que presenta una frecuencia central f comprendida entre 20 y 5.000 Hz, presentando este impulso de baja frecuencia una duración comprendida entre 1/2f y 20/f,

porque los medios de adquisición están adaptados para observar la propagación de la onda de cizallado simultáneamente en una multitud de puntos en el medio observado, formando estos puntos un campo de observación sensiblemente continuo que se extiende por lo menos según un primer eje, estando dichos medios de adquisición adaptados para:

y porque dicho dispositivo comprende además unos medios de tratamiento de imagen adaptados para tratar en tiempo diferido las imágenes obtenidas a partir de los medios de observación, por lo menos por intercorrelación entre imágenes sucesivas, para determinar en cada punto del campo de observación un parámetro de movimiento elegido entre el desplazamiento y la deformación del medio viscoelástico, de manera que se obtenga así una sucesión de imágenes que muestra la evolución del parámetro de movimiento del medio viscoelástico bajo el efecto de la propagación de la onda de cizallado.

En unas formas de realización preferidas del dispositivo según la invención, se puede eventualmente recurrir además a una y/o a la otra de las disposiciones siguientes:

-: los medios de observación comprenden una batería de transductores que incluye por lo menos un transductor y que está adaptada para ser dispuesta en contacto con una superficie exterior que delimita al medio viscoelástico, estando los medios de excitación adaptados para imponer un desplazamiento de impulsos a dicha batería de transductores;

-: dicho parámetro de movimiento es la deformación del medio viscoelástico;

-: el campo de observación se extiende por lo menos según un plano que comprende por una parte, el primer eje y, por otra parte, un segundo eje perpendicular el primer eje, comprendiendo la batería de transductores varios transductores dispuestos según el segundo eje, estando previstos unos medios de mando para hacer funcionar selectivamente el dispositivo o bien en el modo de formación de imágenes por ondas de cizallado, o bien en un modo de ecografía estándar que permite adquirir entre 10 y 100 imágenes por segundo.

Otras características y ventajas de la invención aparecerán en el curso de la descripción siguiente de varias de sus formas de realización, dadas a título de ejemplos no limitativos, con respecto a los planos anexos.

En los planos:

- la figura 1 es una vista esquemática de un dispositivo de formación de imágenes por ondas de cizallado según una forma de realización de la invención,

- la figura 2 es una vista en detalle que muestra una variante del dispositivo de la figura 1.

En las diferentes figuras, las mismas referencias designan elementos idénticos o similares.

La figura 1 representa un ejemplo de dispositivo de formación de imágenes por ondas de cizallado según la invención, para estudiar la propagación de las ondas elásticas de cizallado en un medio viscoelástico 1 que es difusor con respecto a las ondas ultrasónicas de compresión, y que puede ser por ejemplo:

-: un cuerpo inerte, en particular en el caso del control de calidad para aplicaciones industriales, en especial agroalimentarias,

-: o un cuerpo vivo, por ejemplo una parte del cuerpo de un paciente, en el caso de las aplicaciones médicas.

Este dispositivo comprende un transductor acústico tal como un altavoz 2 o un bote vibrador que está dispuesto contra la superficie exterior 3 del medio observado 1, estando esta superficie 3 constituida por ejemplo por la piel del paciente en las aplicaciones médicas.

El altavoz 2 puede ser mandado por un microordenador 4, por ejemplo por medio de un circuito generador de impulsos de baja frecuencia G (este circuito puede estar constituido en particular por la tarjeta de sonido del microordenador 4) y un amplificador A, para aplicar a la superficie 3 del medio observado una excitación en forma de un impulso de baja frecuencia, de manera que se genere una onda de cizallado en el medio viscoelástico 1.

Este impulso de baja frecuencia presenta en general una amplitud que puede ser del orden de 1 mm y una frecuencia central f comprendida entre 20 y 5.000 Hz, aplicada durante una duración comprendida entre 1/2f y 20/f. Preferentemente, la duración de aplicación del impulso de baja frecuencia está comprendida entre 1/2f y 2/f y la frecuencia f está comprendida entre 30 y 1.000 Hz, pudiendo esta frecuencia ser típicamente del orden de 50 Hz.

En una variante, la onda acústica de cizallado podría también ser obtenida (con las características mencionadas anteriormente de amplitud y frecuencia):

-: por un choque generado localmente por contacto físico a nivel de la superficie exterior del medio viscoelástico, por lo menos por un accionador mecánico automático mandado por el microordenador 4,

-: por un choque aplicado manualmente por contacto físico a nivel de la superficie exterior del medio viscoelástico,

-: o también, por un movimiento de impulso natural de un órgano interno del cuerpo humano o animal (por ejemplo, un latido del corazón) en las aplicaciones médicas.

La onda elástica de cizallado producida por el altavoz 2 se desplaza con una velocidad Cs relativamente baja, del orden de algunos m/s (típicamente, de 1 a 10 m/s en el cuerpo humano) produciendo unos movimientos internos en el medio viscoelástico 1 observado.

Estos medios son seguidos enviando al medio 1, unas ondas ultrasónicas de compresión que interactúan con las partículas difusoras 5 contenidas en el medio 1, las cuales partículas son reflectantes para las ondas ultrasónicas de compresión. Las partículas 5 pueden estar constituidas por cualquier heterogeneidad del medio 1, y en particular, cuando se trata de una aplicación médica, por unas partículas de colágeno presentes en los tejidos humanos.

Para observar la propagación de la onda de cizallado, se utiliza por tanto una sonda ultrasónica 6 dispuesta contra la superficie exterior 3 del medio observado 1. Esta sonda envía, según un eje X, unos impulsos de ondas ultrasónicas de compresión del tipo de las corrientemente utilizadas en ecografía, a una frecuencia comprendida por ejemplo entre 1 y 100 MHz y preferentemente entre 3 y 15 MHz. Se observará que la sonda 6 puede estar dispuesta:

-: o bien por el mismo lado del medio 1 que el altavoz 2, como se ha representado en la figura 1,

-: o bien en la parte opuesta del altavoz 2 con respecto al medio 1,

-: o bien en cualquier otra posición, por ejemplo en una disposición transversal con respecto al altavoz 2.

La sonda ultrasónica 6 está constituida por una batería de N transductores ultrasónicos T1, T2, …, Ti, …, Tn, siendo n un número entero por lo menos igual a 1.

Esta sonda 6 se presenta muy a menudo en forma de una varilla lineal que puede comprender por ejemplo n = 128 transductores alineados según un eje Y perpendicular al eje X, que envía simultáneamente sus impulsos de ondas ultrasónicas de manera que generen una onda "plana" (es decir, en el ejemplo, una onda cuyo frente de onda es rectilíneo en el plano X, Y) o cualquier otro tipo de onda que ilumina el conjunto del campo de observación.

En una variante, la batería 2 de transductores puede eventualmente estar reducida a un transductor único T1, o por el contrario presentarse en forma de una red de dos dimensiones que se extiende por ejemplo según un plano perpendicular al eje X.

Cada uno de los transductores T1, T2, … Tn es mandado por el microordenador 4 o por una unidad central CPU (que está contenida por ejemplo en un bastidor electrónico 7 conectado por un cable flexible a la sonda 6), para emitir unos disparos sucesivos de ondas de compresión ultrasónicas en el medio 2, en el curso de una fase de observación que puede durar por ejemplo menos de un segundo y en el curso de la cual son emitidos p disparos de ondas ultrasónicas de compresión (siendo p un entero comprendido entre 100 y 10.000 y preferentemente entre 1.000 y 100.000), a una cadencia comprendida entre 100 y 100.000 disparos por segundo y preferentemente comprendida entre 1.000 y 100.000 disparos por segundo, en particular entre 1.000 y 10.000 disparos por segundo (esta cadencia está limitada por el tiempo de ida y retorno por segundo, en particular entre el medio 1, por tanto por el espesor del medio 1 en la dirección X: es preciso en efecto que todos los ecos generados para la onda de compresión hayan sido recibidos por las ondas 6 antes de enviar una nueva onda de compresión).

Los disparos de ondas ultrasónicas de compresión de la fase de observación empiezan preferentemente justo antes de la emisión de la onda de cizallado.

Además, en el caso en que la onda de cizallado sea generada por un movimiento de impulso de un órgano de un cuerpo vivo, se puede ventajosamente sincronizar el arranque de los disparos de ondas ultrasónicas de compresión con este movimiento de impulso, por ejemplo en el caso en que la onda de cizallado es generada por un latido del corazón, se puede sincronizar el arranque de los disparos de ondas ultrasónicas de compresión con una fase elegida del electrocardiograma.

Cada uno de estos disparos da lugar a la propagación de una onda ultrasónica de compresión en el medio 1, con una velocidad de propagación mucho más elevada que las ondas de cizallado, por ejemplo del orden de 1.500 m/s en el cuerpo humano.

La onda ultrasónica así generada interactúa con las partículas reflectantes 5, lo cual genera unos ecos u otras perturbaciones análogas de la señal, conocidos con el nombre de "ruidos de speckle" en el campo de la ecografía.

Estos "ruidos de speckle" son captados por los transductores T1, …, Tn después de cada disparo. La señal sij(t) así captada por cada transductor Ti después del disparo n* j es en primer lugar muestreado a alta frecuencia (por ejemplo de 30 a 100 MHz) y numerizado en tiempo real (por ejemplo sobre 8 bits o en ciertos casos sobre 1 bit) por un muestreador que pertenece al bastidor 7 y conectado a este transductor, respectivamente E1, E2, … En.

La señal sij(t) así muestreada es numerizada y a continuación memorizada, también en tiempo real, en una memoria Mi que pertenece al bastidor 7 y propia del transductor Ti.

Cada memoria Mi presenta por ejemplo una capacidad del orden de 1 Mo, y contiene el conjunto de las señales sij(t) recibidas sucesivamente por los disparos j = 1 a p.

En tiempo diferido, después de la memorización de todas las señales sij(t) que corresponden a una misma propagación de onda de cizallado, la unidad central CPU hace tratar de nuevo estas señales por un circuito sumador S que pertenece al bastidor 7 (o bien efectúa por sí mismo este tratamiento, o también dicho tratamiento puede ser efectuado en el microordenador 4), por un proceso clásico de formación de vías.

Se generan así unas señales Sj(x, y) que corresponden cada una a la imagen del campo de observación después del disparo n* j.

Por ejemplo, se puede determinar una señal Sj(t) por la fórmula siguiente:

Sj(t) = \sum\limits^{n}_{i=1} \alpha_{i}(x, y) \cdot sij[t(x, y) + d_{i}(x, y)/V]

en la que:

-: sij es la señal bruta recibida por el transductor n* i después del disparo de onda ultrasónica de compresión n* j,

-: t (x, y) es el tiempo utilizado por la onda ultrasónica de compresión para alcanzar el punto del campo de observación de las coordenadas (x, y), siendo t = 0 al principio del disparo n* j,

-: di(x, y) es la distancia entre el punto del campo de observación de coordenadas (x, y) y el transductor n* i, o una aproximación de esta distancia,

-: V es la velocidad media de propagación de las ondas acústicas ultrasónicas de compresión en el medio viscoelástico observado,

-: y \alphai(x, y) es un coeficiente de ponderación que tiene en cuenta las leyes de apodisación (en la práctica, se podrá en numerosos casos considerar que \alphai(x, y) = 1).

La fórmula anterior se aplica mutatis mutandis cuando el campo de observación es de 3 dimensiones (red plana de transductores, reemplazando las coordenadas espaciales (x, y) por (x, y, z).

Cuando la sonda 6 comprende un solo transductor, la etapa de formación de vías es inútil, y se tiene directamente Sj(x) = sj[2.x/V], con las mismas anotaciones que anteriormente.

\newpage

Después de la eventual etapa de formación de vías, una central CPU memoriza en una memoria central M que pertenece al bastidor 7 las señales de imágenes Sj(x, y) o Sj(x) o Sj (x, y, z), que corresponden cada una al disparo n*j. Estas señales pueden también ser memorizadas en el microordenador 4 cuando efectúa él mismo el tratamiento de imagen.

Estas imágenes son a continuación tratadas dos a dos, en el momento o en tiempo diferido, por intercorrelación. Esta intercorrelación puede ser realizada en un circuito de DSP que pertenece al bastidor 7, o estar programada en la unidad central CPU o en el microordenador 4.

A título de ejemplo, esta intercorrelación puede realizarse comparando las señales Sj (x, y) y Sj +1 (x, y) (en el caso de un campo de observación con 2 dimensiones) sobre unas ventanas espaciales deslizantes de longitud \Deltax predeterminada, que pueden ir por ejemplo de \lambda a 10\lambda, siendo \lambda la longitud de onda de las ondas ultrasónicas de compresión (o bien aproximadamente 0,42 a 4,2 mm a 3,5 MHz en el agua o en el cuerpo humano). Además, las ventanas mencionadas pueden recubrirse una a la otra en aproximadamente el 20% de su longitud según el
eje X.

En el curso de estos procesos de intercorrelación, se maximiza una función de intercorrelación <Sj (x, y), Sj +1 (x, y)> con el fin de determinar el desplazamiento sufrido por cada partícula 5 que da lugar a un eco ultrasónico, en la dirección X.

Unos ejemplos de dichos cálculos de intercorrelación se dan en el estado de la técnica, en particular por O'Donnell et al ("Internal displacement and strain imaging using speckle tracking", IEEE transactions on ultrasonic, ferroelectrics, and frequency control, vol. 41, nº 3, mayo 1994, p. 314-325) y por Ophir et al ("Elastography a quantitative method for imaging the elasticity of biological tissues", Ultrasonic imag., vol. 13, p. 111-134, 1991).

Se obtiene así una sucesión de campos de desplazamiento Djx(x, y) del medio 1 bajo el efecto de la onda de cizallado, en la dirección X.

Esta sucesión de campos de desplazamientos es almacenada en la memoria M o en el microordenador 4 y puede ser visualizada, en particular por medio de la pantalla 4a del microordenador, en forma de una película ralentizada en la que el valor de los desplazamientos está ilustrado por un parámetro óptico tal como por un nivel de gris o por un nivel cromático.

Se visualizan así perfectamente las diferencias de propagación de la onda de cizallado entre las zonas de características diferentes del medio 1, por ejemplo los tejidos sanos y los tejidos cancerosos en el caso de una aplicación médica.

Esta película de propagación de la onda de cizallado es además superponible con una imagen ecográfica clásica, que puede ser generada por el dispositivo descrito anteriormente, el cual es apto para funcionar:

-: o bien en el modo de formación de imágenes por ondas de cizallado,

-: o bien en un modo de ecografía estándar, en función de los mandos recibidos por ejemplo desde el teclado 4b del microordenador.

Por otra parte, es también posible calcular no los desplazamientos de cada punto del medio observado 1, sino las deformaciones Ejx (x, y) del medio en la dirección X, es decir las derivadas de los desplazamientos Djx(X, y) con respecto a X.

Estos campos de deformaciones sucesivas pueden ser utilizados como anteriormente para visualizar claramente la propagación de la onda de cizallado en forma de una película, y presentan además la ventaja de prescindir de los desplazamientos de la sonda 6 con respecto al medio observado 1.

Esta variante es particularmente interesante en la forma de realización de la figura 2, en la que la sonda 6 está soportada por el altavoz o vibrador 2, lo cual implica forzosamente unos movimientos de dicha sonda puesto que es ella misma la que genera entonces la onda de cizallado.

A partir de los campos de desplazamientos o de deformaciones, se puede en caso necesario proceder además a una etapa de cartografía en el curso de la cual, a partir de la evolución del parámetro de movimiento (desplazamiento o deformación) en el curso del tiempo en el campo de observación X, Y (o X en el caso de un solo transductor, o X; Y, Z en el caso de una red plana de transductores), se calcula por lo menos un parámetro de propagación de la onda de cizallado, o bien en ciertos puntos del campo de observación elegidos por el usuario a partir de un microordenador 4, o bien en todo el campo de observación.

El parámetro de propagación de la onda de cizallado que es calculado en el curso de la etapa de cartografía se elige por ejemplo de entre la velocidad Cs de las ondas de cizallado, el módulo de cizallado \mu, la atenuación \alpha de las ondas de cizallado, la elasticidad de cizallado \mu1 viscosidad de cizallado \mu2.

Este cálculo se efectúa por un proceso clásico de inversión, del cual se proporciona a continuación un ejemplo en el caso de un campo de observación con dos dimensiones (el mismo proceso se aplicaría mutatis mutandis en el caso de un campo de observación con una o con tres dimensiones, respectivamente para un solo transductor T1 o para una red plana de transductores).

En este ejemplo se realiza la aproximación de que la viscosidad de cizallado \mu2 es nula y que el medio es isótropo.

La ecuación de onda que da el vector de desplazamiento D de cada punto del medio 1 se escribe:

(I),\rho \frac{\partial^{2} \overline{D}}{\partial t^{2}} = \Delta(\mu .\overline{D})

en la que \rho es la densidad del medio 1, \mu es el módulo de cizallado (por hipótesis reducida a su parte real la elasticidad de cizallado \mu1 puesto que la viscosidad de cizallado \mu2 se supone nula).

Para el primer componente u del vector D, es decir para el desplazamiento del medio 1 en la dirección X, se tiene por tanto:

(II).\rho\frac{\partial^{2}u}{\partial t^{2}} = \frac{\partial^{2}(\mu u}{\partial x^{2}} = \frac{\partial^{2}(\mu u)}{\partial y^{2}}

Después de la transformada de Fourier temporal y discretización, esta ecuación puede ser escrita en la forma matricial siguiente, que puede ser escrita para cada frecuencia del espectro de la onda de cizallado:

(III),\overline{B} = H \cdot \overline{M}

-: M es un vector de dimensión (L+2). (M+2)-4 de la que cada componente vale \mu_{1m}, es decir el valor local del módulo de cizallado en cada punto discretizado de coordenadas (x_{1}, y_{m}), en el que 1 y m son unos enteros comprendidos entre 0 y respectivamente L+1 y M+1 eliminando los pares (l, m) que valen (0, 0), (0, M+1), (L+1, 0) y (L+1, M+1), siendo L+2 y M+2 los números de puntos discretizados en la imagen del medio 1 respectivamente según los ejes X e Y,

-: B es un vector de dimensión L.M, cuyos componentes valen - \overline{\omega}^{2} \cdot \rho. U_{1m} en la que \overline{\omega} es la pulsación de la onda de cizallado de baja frecuencia, \rho es la densidad del medio, U_{1m} es la transformada de Fourier temporal del desplazamiento u en el punto de coordenadas (x_{1}, y_{m}), estando I comprendida entre 1 y L y estando m comprendida entre 1 y M,

-: y H es una matriz de dimensión L.M líneas sobre (L+2)\cdot(M+2)-4 columnas, cuyos componentes son generalmente todos conocidos a partir de la ecuación de onda.

Yuxtaponiendo un número suficiente de ecuaciones (III) que corresponde respectivamente a diferentes disponibles del espectro de frecuencia de la onda de cizallado, se obtiene una ecuación matricial global que puede ser resuelta por inversión matricial, para obtener el vector M, es decir el valor del módulo de cizallado \mu en cualquier punto del campo de observación.

Se puede entonces deducir eventualmente el valor local de la velocidad de propagación Cs de la onda de cizallado en cada punto, por la fórmula:

Cs = \sqrt{\frac{\mu}{\rho}}.

El modo de cálculo sería el mismo utilizando no ya los desplazamientos, sino las deformaciones del medio observado 1.

Claims

1. Procedimiento de formación de imágenes que utiliza las ondas de cizallado para observar un medio viscoelástico difusor (1) que contiene unas partículas (5) que reflejan las ondas ultrasónicas de compresión, procedimiento en el cual se genera una onda elástica de cizallado en el medio viscoelástico y se observa, por medio de por lo menos una onda ultrasónica de compresión, el desplazamiento de un medio viscoelástico (1) sometido a dicha onda de ciza-
llado,

caracterizado porque se genera la onda de cizallado aplicando al medio viscoelástico una excitación que tiene la forma de un impulso de baja frecuencia que presenta una frecuencia central f comprendida entre 20 y 5.000 Hz, presentando este impulso de baja frecuencia una duración comprendida entre 1/2f y 20/f,

porque comprende una etapa de observación de propagación en el curso de la cual se observa la propagación de la onda de cizallado simultáneamente en una multitud de puntos en el medio observado, formando estos puntos un campo de observación sensiblemente continuo que se extiende por lo menos según un primer eje (X), consistiendo esta etapa de observación de propagación de la onda de cizallado en:

-: detectar y registrar en tiempo real los ecos generados por las partículas reflectantes del medio viscoelástico a cada disparo de onda ultrasónica, correspondiendo dichos ecos a unas imágenes sucesivas del medio observado,

y porque dicho procedimiento comprende además una etapa ulterior de tratamiento de imagen en el curso de la cual se tratan en tiempo diferido las imágenes así obtenidas por lo menos por intercorrelación entre imágenes sucesivas, para determinar en cada punto del campo de observación un parámetro de movimiento elegido entre el desplazamiento y la deformación del medio viscoelástico, de manera que se obtenga así una sucesión de imágenes que muestran la evolución del parámetro de movimiento del medio viscoelástico bajo el efecto de la propagación de la onda de cizallado.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la duración del impulso de baja frecuencia está comprendido entre 1/2f y 2/f.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en el que la frecuencia central del impulso de baja frecuencia está comprendida entre 30 y 1.000 Hz.

4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el medio viscoelástico (1) observado está constituido por un cuerpo vivo que comprende por lo menos un órgano interno sometido a unos movimientos de impulso, estando el impulso de baja frecuencia que genera la onda de cizallado constituido por un movimiento de impulso de dicho órgano interno.

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el medio viscoelástico (1) observado está delimitado por una superficie exterior (3), y el impulso de baja frecuencia es aplicado a nivel de esta superficie exterior.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el que el impulso de baja frecuencia es aplicado por un medio de excitación seleccionado de entre:

-: una onda acústica generada por lo menos por un transductor acústico (2),

-: y un choque generado localmente por contacto físico a nivel de la superficie exterior (3) del medio viscoelástico.

7. Procedimiento según la reivindicación 5 ó 6, en el que se emiten los disparos de ondas ultrasónicas de compresión y se detectan los ecos generados por las partículas reflectantes del medio viscoelástico, por medio de una batería de transductores (6) que comprende por lo menos un transductor (T1, … Tn) y que está dispuesta en contacto con la superficie exterior del medio viscoelástico, siendo la onda de cizallado aplicada al medio viscoelástico imponiendo un desplazamiento de impulsos a dicha batería de transductores.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que dicho parámetro de movimiento es la deformación del medio viscoelástico.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que, en el curso de la observación de la propagación de la onda de cizallado, se emiten entre 100 y 10.000 disparos de ondas ultrasónicas de compresión a una cadencia comprendida entre 1.000 y 100.000 disparos por segundo.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el campo de observación se extiende por lo menos según un plano que comprende, por una parte, el primer eje (X) y por otra parte, un segundo eje perpendicular al primer eje (Y).

11. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que, en el curso de la etapa de observación de propagación, se utilizan una batería (6) de varios transductores acústicos (T1, … Tn) dispuestos por lo menos el segundo eje (Y) para emitir los disparos de ondas acústicas ultrasónicas de compresión y detectar los ecos generados por las partículas reflectantes (5) del medio viscoelástico, siendo los ecos detectados por cada transductor acústico memorizados directamente sin tratamiento previo en el curso de la etapa de observación de propagación, y comprendiendo la etapa de tratamiento de imagen una subetapa preliminar de formación de vías en el curso de la cual se genera una imagen del medio viscoelástico correspondiente a cada disparo de onda ultrasónica de compresión, por combinación de por lo menos algunos de los ecos recibidos por los diferentes transductores (T1, … Tn).

12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa de tratamiento de imagen es seguida por una etapa de visualización en el curso de la cual se visualiza al ralentí una película constituida por la sucesión de las imágenes tratadas, presentando cada punto de cada imagen un parámetro óptico que varía según el valor del parámetro de movimiento asignado a este punto.

13. Procedimiento según la reivindicación 12, en el que el parámetro óptico se selecciona de entre el nivel de gris y el nivel cromático.

14. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa de tratamiento de imágenes es seguida por una etapa de cartografía en el curso de la cual, a partir de la evolución del parámetro de movimiento en el curso del tiempo en el campo de observación, se calcula por lo menos un parámetro de propagación de la onda de cizallado en por lo menos algunos puntos del campo de observación.

15. Procedimiento según la reivindicación 14, en el que el parámetro de propagación de la onda de cizallado que es calculado en el curso de la etapa de cartografía se selecciona de entre la velocidad de las ondas de cizallado, el módulo de cizallado, la atenuación de las ondas de cizallado, la elasticidad de cizallado y la viscosidad de cizallado.

16. Dispositivo de formación de imágenes que utiliza las ondas de cizallado para observar un medio viscoelástico difusor (1) que contiene unas partículas (5) que reflejan las ondas ultrasónicas de compresión, comprendiendo dicho dispositivo unos medios de excitación (2) para generar una onda elástica de cizallado en el medio viscoelástico y unos medios de adquisición (CPU, Ti, Ei, Mi) para observar, por medio de por lo menos una onda ultrasónica de compresión, el desplazamiento del medio viscoelástico sometido a dicha onda de cizallado,

caracterizado porque los medios de excitación (2) están adaptados para aplicar al medio viscoelástico (1) una excitación que tiene la forma de un impulso de baja frecuencia que presenta una frecuencia central f comprendida entre 20 y 5.000 Hz, presentando dicho impulso de baja frecuencia una duración comprendida entre 1/2f y 20/d,

porque los medios de adquisición (CPU, Ti, Ei, Mi) están adaptados para observar la propagación de la onda de cizallado simultáneamente en una multitud de puntos en un medio observado, formando estos puntos un campo de observación sensiblemente continuo que se extiende por lo menos según un primer eje (X), estando dichos medios de adquisición adaptados para:

-: detectar y registrar en tiempo real los ecos generados por las partículas reflectantes de medio viscoelástico a cada disparo de onda ultrasónica, correspondiendo estos ecos a unas imágenes sucesivas del medio observado,

y porque dicho dispositivo comprende además unos medios de tratamiento de imagen (CPU, S, DSP) adaptados para tratar en tiempo diferido las imágenes obtenidas a partir de los medios de observación, por lo menos por intercorrelación entre imágenes sucesivas, para determinar en cada punto del campo de observación un parámetro de movimiento seleccionado de entre el desplazamiento y la deformación del medio viscoelástico, de manera que se obtenga así una sucesión de imágenes que muestran la evolución del parámetro de movimiento del medio viscoelástico bajo el efecto de la propagación de la onda de cizallado.

17. Dispositivo según la reivindicación 16, en el que los medios de observación comprenden una batería (6) de transductores (T1, …, Tn) que incluye por lo menos un transductor y que está adaptada para estar dispuesta en contacto con una superficie exterior (3) que delimita el medio viscoelástico (1), estando los medios de excitación (2) adaptados para imponer un desplazamiento por impulsos a dicha batería (6) de transductores.

18. Dispositivo según la reivindicación 17, en el que dicho parámetro de movimiento es la deformación del medio viscoelástico.

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19. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 17 y 18, en el que el campo de observación se extiende por lo menos según un plano que comprende, por una parte, el primer eje (X) y, por otra parte, un segundo eje (Y) perpendicular al primer eje, comprendiendo la batería (6) de transductores varios transductores (T1, …, Tn) dispuestos por lo menos según un segundo eje, estando previstos unos medios de mando (4, CPU) para hacer funcionar selectivamente el dispositivo o bien en el modo de formación de imágenes por ondas de cizallado, o bien en un modo de ecografía estándar que permite adquirir entre 10 y 100 imágenes por segundo.