Formation de faisceau et reconstruction d’image ultrasonore

Reconstruction d’une image é hographique avec une sonde linéaire multi-élément

Introduction

 Comparativement aux transdu teurs mono-éléments, l’emploi de sondes multi-éléments s’a ompagne de nombreux avantages. Le ontrle des éléments qui la omposent permet de supplanter le balayage mé anique par un balayage éle tronique dans l’exploration US du milieu. De plus, il ore la possibilité d’ee tuer des stratégies de formation de fais eau multiples permettant notamment de faire varier la profondeur de fo alisation, d’a juster le nombre d’éléments utilisés à la zone d’exploration souhaitée et … Ces usages ontribuent à l’amélioration de la qualité des images é hographiques. Le domaine de la re onstru tion d’image au moyen de sondes multi-éléments étant parti ulièrement ri he et vaste, nous ne dé rirons, dans ette se tion, que les te hniques onventionnelles de l’imagerie par sonde linéaire qui ont été utilisées dans e travail de thèse 

Les sondes multi-éléments

 Il existe plusieurs formes et plusieurs types de sondes multi-éléments. D’un té on trouve les réseaux annulaires formés d’anneaux on entriques de surfa es identiques, ontr- lables indépendamment, et de l’autre les réseaux linéaires (linear array), onvexes, on aves et de phase (phased array). Ces derniers sont onstitués de transdu teurs (ou éléments) re tangulaires également espa és le long de la dimension transverse à l’axe de propagation, sur une surfa e plane (réseaux linéaires et réseaux de phase) ou in urvées (réseaux on aves et onvexes). Ce type de réseau mutli-éléments est ouramment dénommé barrette ultrasonore. C’est à e type de sonde et plus parti ulièrement aux barrettes linéaires que nous nous intéressons dans ette se tion ar il il s’agit du type de barrette utilisée au ours de ette thèse. La barrette linéaire, dont les spé i ités géométriques sont illustrées gure 3.1, est onstituée d’un ensemble d’éléments piézoéle triques re tangulaires de hauteur H et d’une largeur L nettement plus petite, de l’ordre de la longueur d’onde λ dans le milieu. Ces éléments sont alignés le long de la dimension transverse (latérale) de la sonde. Ils sont dotés parfois d’une lentille de fo alisation en élévation. Ces éléments sont espa és entre à entre d’un pas de réseau appelé pit h. Celui- i déni l’espa e inter-élément appelé kerf. Les barrettes omportent généralement un nombre d’éléments Nele 

Caractéristiques géométriques d’une sonde linéaire. 

(a) Balayage linéaire ave focaalisation (b) Balayage se toriel Figure 3.2  Balayage électronique 

Balayage électronique

On distingue deux types de balayage éle tronique : le balayage linéaire et le balayage se toriel. Comme l’évoque la gure 3.2, en fon tion du type de balayage pratiqué l’image restituée sera de forme re tangulaire (linéaire) ou bien de la forme d’un éventail (se toriel). En imagerie onventionnelle haque émission, ou tir, s’ensuit de la re onstru tion d’une ligne é hographique ; ainsi, le nombre de lignes (Nlignes) équivaut au nombre de tirs ee tués (Ntir ) : Nlignes = Ntirs (3.1) Le balayage linéaire s’exé ute suivant la dimension latérale de la barrette, en ex itant su essivement un groupe d’éléments pour un nombre d’éléments émetteurs donné. Ce groupe d’éléments, de taille onstante, onstitue une sous-ouverture de la sonde que l’on appelle ouverture émettri e (AE ). Le balayage éle tronique s’ee tue, typiquement, en déplaçant l’ouverture émettri e d’un élément à haque nouveau tir, e qui supplante ainsi le dépla ement mé anique. Chaque tir, généralement fo alisé, donne lieu à la re onstru tion d’une ligne é hographique selon z entrée sur le entre de l’ouverture émettri e .Le nombre de tirs est alors régi par le nombre d’éléments monopolisés en émission et le nombre total d’éléments de la sonde selon l’expression suivante : Ntirs = Nelem − NE + 1 (3.2) où Nelem est le nombre d’élément de l’ouverture AE . Le balayage se toriel monopolise pour haque tir l’ensemble des éléments de la sonde. Une angulation diérente est appliquée à ha un, e qui permet de ouvrir un se teur donné. Á la fo alisation du fais eau émis, s’a joute don sa déexion. Le nombre de tirs ee tués lors d’un balayage se toriel dépend alors de l’angle de départ (θmin) et d’arrivée (θmax) ainsi que du pas angulaire ∆θ hoisi : Ntirs = θmax − θmin ∆θ + 1 (3.3) En règle générale, θmax=-θmin . Que e soit pour réaliser un balayage linéaire ou se toriel, l’é hographe doit réaliser en émission le pro essus permettant d’a omplir la déexion et/ou la fo alisation du fais eau. Pour ela, un jeu de retard approprié doit être appliqué à haque élément émetteur. La loi de retards imposant es dé alages est al ulée pour que tous les signaux arrivent en même temps en un point, que l’on appelle fo ale d’émission. Ce pro essus qui onsiste à al uler ette loi et à générer le fais eau ultrasonore fo alisé le long de la ligne, est appelé formation de fais eau en émission ou beamforming en émission. Le fais eau ainsi réé insonie progressivement une ligne du milieu. Les é hos du milieu sont alors re ueillis par les éléments de l’ouverture ré eptri e (AR) puis digitalisés avant de leur appliquer une fo alisation relative à leur temps d’arrivée. Ce pro essus s’appelle formation de voies en ré eption. L’image é hographique s’obtient au nal, de façon séquentielle, par la réitération pour haque ligne des étapes de formation de fais eau en émission et de formation de voies en ré eption, l’ensemble onstituant le pro essus de re onstru tion d’image. Les retards de fo alisation appliqués sont déterminés selon l’hypothèse que la élérité ultrasonore est onstante au sein du milieu exploré et se al ulent don en appliquant une loi de retard ylindrique ou parabolique dans le as de l’approximation paraxiale (voir détail dans la se tion 3.1.2.1.). 

Formation de fais eau en émission 

Nous l’avons vu, la formation de fais eau en émission omprend deux possibilités : la fo alisation du fais eau dans l’axe de la sonde, ou bien la déexion du fais eau selon un angle θd par rapport à la normale à la sonde. Les lois de retard qui permettent leur exé ution sont régies par des onsidérations géométriques qu’illustrent la gure 

Focalisation 

La fo alisation en émission permet l’arrivée simultanée (en phase) au point fo al des é hos émis par l’ensemble des éléments de la barrette. Plusieurs éléments piézo-éle triques de la barrette fon tionnent ensemble pour produire un front d’onde onvergent. Les éléments sont ex ités ave des dé alages temporels qui orrespondent à la ourbure de l’onde