WO2024023136A1 - Method and device for ultrasound imaging with reduced processing complexity - Google Patents

Method and device for ultrasound imaging with reduced processing complexity Download PDF

Info

Publication number
WO2024023136A1
WO2024023136A1 PCT/EP2023/070673 EP2023070673W WO2024023136A1 WO 2024023136 A1 WO2024023136 A1 WO 2024023136A1 EP 2023070673 W EP2023070673 W EP 2023070673W WO 2024023136 A1 WO2024023136 A1 WO 2024023136A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
point
ultrasonic
database
impact
transducer
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/070673
Other languages
French (fr)
Inventor
Sylvain Chatillon
Ekaterina IAKOVLEVA
Edouard DEMALDENT
Original Assignee
Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives
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 Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives filed Critical Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives
Publication of WO2024023136A1 publication Critical patent/WO2024023136A1/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/4472—Mathematical theories or simulation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/08—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings
    • A61B8/0808—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings for diagnosis of the brain
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/043—Analysing solids in the interior, e.g. by shear waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/06—Visualisation of the interior, e.g. acoustic microscopy
    • G01N29/0654—Imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/26—Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor
    • G01N29/262—Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor by electronic orientation or focusing, e.g. with phased arrays
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/26—Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor
    • G01N29/265—Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor by moving the sensor relative to a stationary material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/023—Solids
    • G01N2291/0234—Metals, e.g. steel
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/024—Mixtures
    • G01N2291/02483—Other human or animal parts, e.g. bones
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/10—Number of transducers
    • G01N2291/106—Number of transducers one or more transducer arrays
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/26—Scanned objects
    • G01N2291/269—Various geometry objects
    • G01N2291/2694—Wings or other aircraft parts

Definitions

  • the invention relates to the field of ultrasound and applies in particular to the non-destructive testing of parts by ultrasound method or to focused ultrasound therapy or to transcranial cerebral ultrasound imaging.
  • the invention relates more precisely to a method and a device for calculating ultrasound paths to determine focusing laws or carry out ultrasound imaging with reduced processing complexity.
  • Ultrasonic non-destructive testing techniques aim to detect and characterize (locate, size) defects in industrial parts or installations.
  • Multi-element translators are increasingly used in the industrial field due to their flexibility of use and the wealth of data to which they provide access.
  • Optimal exploitation of this data for the detection and characterization of defects requires the implementation of new a posteriori imaging techniques.
  • the so-called All-Point Focusing (FTP) method consists of a synthetic focusing of the fields emitted and received by coherent summation of data from an acquisition of the Full Matrix Capture (FMC) or inter-element matrix type. In the field of health, this method also applies to brain imaging or therapy through the cranial wall.
  • FTP All-Point Focusing
  • Ultrasound imaging methods generally require a calculation of the path of the ultrasound wave from the center of each element to the point of interest, focal point or point to be imaged or more generally to the plane of wave, respecting the principles of transmission at the different interfaces which separate the different homogeneous media that the wave passes through.
  • An objective is to describe the two-dimensional or three-dimensional propagation of ultrasonic waves passing between a source point (the ultrasonic transmitter) and an observation point (the point of the structure to be imaged), between which there is a structure presenting one or more diffracting interfaces. Diffracting interfaces can cause heterogeneities in ultrasonic propagation and include structural defects.
  • the modeling of wave paths takes into account in particular the Huygens-Fresnel principle according to which each point of an interface reached by a wave behaves as a secondary diffraction source and the geometric theory of diffraction which is based on Fermat's principle according to which a wave propagates from one point to another on trajectories, of ray traced types, such that the duration of the journey is locally stationary, that is to say in minimal practice.
  • An objective of the invention is to propose a new, less complex method which makes it possible to avoid the iterative digital resolutions necessary for calculating the impact points.
  • the invention solves the aforementioned problem by using a database in which pre-calculated values of the impact points and/or the flight times of the ultrasonic waves are saved for different surface models of parts.
  • the method then consists of querying the database in order to select the surface models which best approximate the new surface of the part to be imaged and deducing the values of the points of impact and times of flight. by simple querying of the base or by means of an interpolation of several values of the base.
  • the invention applies to the field of non-destructive testing of parts or structures, particularly for nuclear applications (inspection of a reactor vessel), aeronautics (integrity control of the structure of an aircraft), transport or metallurgy.
  • the invention also applies to the field of therapy and transcranial brain imaging.
  • this type of imaging is mainly carried out by magnetic resonance imaging (MRI) or x-ray tomography (CT).
  • MRI magnetic resonance imaging
  • CT x-ray tomography
  • MRI magnetic resonance imaging
  • ultrasound ultrasound methods are less expensive, less bulky in terms of equipment, faster and less invasive, which allows their use in the pre-hospital environment.
  • the invention relates to a method for determining ultrasonic wave paths using a device comprising at least one multi-element emitting transducer comprising a plurality of elements capable of emitting an ultrasonic signal in a zone of a part and at least one multi-element receiver transducer comprising a plurality of elements capable of receiving one of the ultrasonic signals coming from the part, the transmitter transducer and the receiver transducer being movable relative to the part, the method including the steps of:
  • Receive a database comprising, for different relative positions of an ultrasonic element relative to a reference part, a model of at least one surface of the reference part in a predetermined zone of interest in the form of a continuous function giving the coordinates of the surface in a reference frame linked to the ultrasonic element, the database comprising furthermore for each surface model, an estimate of the coordinates of at least one point of impact, on the at least one surface of the part, of an ultrasonic wave propagating from/towards the ultrasonic element to/from a predefined point of the reference part and/or an estimate of a flight time corresponding to the path of said ultrasonic wave,
  • i. Determine a model of the surface of the part in the same area of interest in the form of a continuous function giving the coordinates of the surface in a reference system linked to the device, ii. Determine, from the database, a surface model closest to the surface model of the part and deduce it, from the impact points saved in the database and/or the associated flight times, a point of impact and/or a time of flight of an ultrasonic wave propagating from/towards an element of the transmitter/receiver transducer towards/from a point of the part to be imaged with the same coordinates as the point P, iii. Determine, from the point of impact and/or the flight time, a path of the ultrasound wave associated with point P.
  • the step of determining, from the database, a surface model closest to the surface model of the part is carried out by searching in the database the closest continuous function, in the area of interest, to the model of the surface of the part then selecting the point of impact and/or the associated time of flight from the database.
  • the step of determining, from the database, a surface model closest to the surface model of the part is carried out by selecting from the database the N closest continuous functions in the zone of interest with N an integer strictly greater than 1, then determining the point of impact or the flight time by interpolation of the impact points or flight times associated with the N continuous functions selected.
  • the continuous function is a polynomial function.
  • the surface models contained in the database are generated randomly or from a sample of points belonging to a reference surface.
  • the part comprises several surfaces corresponding to several interfaces between different propagation media and the database comprises several surface models for a path between an element of the device and a point P of the piece
  • the zone of interest of the part corresponds to a sliding window of fixed size which moves on the surface of the part with the movement of the mobile transducers.
  • the method according to the invention further comprises the determination of a law for focusing a beam at at least one point P of the part from the flight times determined for said point P .
  • the invention also relates to a device for determining ultrasonic wave paths, the device comprising at least one emitting ultrasonic transducer comprising at least one ultrasonic element capable of emitting an ultrasonic signal in a room and at least one transducer ultrasonic receiver comprising at least one ultrasonic element capable of receiving one of the ultrasonic signals coming from the part, the transducers being movable relative to the part, the device comprising storage means and calculation means configured together to implement the steps of the method according to the invention.
  • the transmitting ultrasonic transducer and the receiving ultrasonic transducer are produced by a single transducer.
  • the device according to the invention further comprises means for displaying the image of the part obtained.
  • the invention also relates to a method, implemented by computer, for generating a database of ultrasonic paths comprising the steps of:
  • Construct a database comprising for each relative position of an ultrasonic element relative to a reference part, the model of at least one surface of the reference part, the coordinates of the at least one point of impact and /or estimated flight time.
  • the invention also relates to a computer program comprising code instructions for implementing the method according to the invention, when said program is executed on a computer.
  • the invention also relates to a computer-readable or downloadable recording medium on which the computer program according to the invention is recorded.
  • FIG. 1 represents a diagram of an ultrasonic inspection system according to one embodiment of the invention
  • FIG. 2 represents a diagram illustrating a path of an ultrasonic wave emitted by an element of a transducer
  • FIG. 3 represents a flowchart describing the steps of a method for generating a database of ultrasonic paths according to one embodiment of the invention
  • FIG. 4a represents an example of modeling different surfaces by polynomials of degrees 3
  • FIG. 4b represents a table of the ranges of variations of the coefficients of the polynomials of Figure 4a
  • FIG. 5 represents a flowchart describing the steps of an ultrasound imaging method according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 1 schematically shows an ultrasonic inspection system according to one embodiment of the invention.
  • a system is capable of implementing an ultrasound imaging method, according to the invention, of a three-dimensional structure S.
  • the system comprises at least one transducer comprising one or more elements each capable of emitting ultrasonic waves.
  • the system also comprises at least one transducer comprising one or more elements each being capable of receiving a reflected path of these waves on the structure S.
  • these two transducers are combined, but for certain applications they can be distinct. In other applications, there may be more than one transmitter transducer and/or more than one receiver transducer.
  • an application case with a single TR transducer is shown.
  • the transducers can be single or multi-element transducers.
  • Each element of the ultrasonic transducer can be produced using a piezoelectric sensor or any other type of sensor capable of emitting and receiving an ultrasonic wave.
  • the transducer(s) TR can be positioned in contact with the structure S to be imaged or separated from it by a coupler, for example a liquid such as water. They can also be placed on a shoe having a given geometry which serves as a coupler between the sensor and the part.
  • a coupler for example a liquid such as water. They can also be placed on a shoe having a given geometry which serves as a coupler between the sensor and the part.
  • the transducer(s) TR are movable relative to the structure S and move according to a predefined displacement, for example in the direction D in the example of FIG. 1.
  • a predefined displacement for example in the direction D in the example of FIG. 1.
  • two transducers are used respectively for the emission and reception of ultrasonic waves, they can be linked mechanically or not.
  • the distance between the two transducers can be fixed or variable depending on the type of defect to be imaged and the depth of the area to be imaged.
  • the transducer(s) TR are connected to a processing unit coupled to a database to implement the imaging method according to the invention.
  • the ultrasonic inspection system is configured to image the structure S at different points P located in a zone of interest F which moves with the transducer(s) TR.
  • the points P are identified by their coordinates (x,z) in a fixed reference linked to the transducer for operation in two dimensions or (x,y,z) for operation in three dimensions.
  • the structure S can be a homogeneous and isotropic part but also a heterogeneous and/or anisotropic part.
  • the zone of interest F corresponds to a sliding inspection window which moves with the transducer TR so as to scan the surface of the structure to be imaged.
  • the zone of interest F is therefore fixed in the reference R linked to the transducer TR.
  • the movement D of the sensors can be a rectilinear movement or a more complex movement which depends on the geometry of the part.
  • Figure 2 schematically shows a path of an ultrasonic wave emitted by an element Ei of a transducer TR located at a height z of the surface S of a part to be imaged.
  • the path of the wave between the emitter Ei and a point Pj located on the focusing line L passes through an impact point lj on the surface S of the part which constitutes a diffraction interface.
  • the invention proposes a new method making it possible to avoid carrying out this costly calculation for each point of the structure to be imaged.
  • the method according to the invention comprises two phases: a first phase of constructing a database of ultrasound paths for a structure S or a part having a predefined shape for this first phase, then a second imaging phase ultrasound applied to a new part to be imaged, from the data saved in the database during the first phase.
  • a first phase of constructing a database of ultrasound paths for a structure S or a part having a predefined shape for this first phase then a second imaging phase ultrasound applied to a new part to be imaged, from the data saved in the database during the first phase.
  • Figure 3 schematizes, on a flow chart, the steps of implementing a method for constructing a database of ultrasonic paths according to the first phase of the invention.
  • a reference or calibration part or structure is chosen using which the ultrasonic path database is constructed.
  • the zone of interest can consist of a sliding window F of given dimension which moves with the movement of the sensor au- above the part so that the window of interest is fixed in a reference linked to the sensor.
  • the zone of interest F can be a zone in three dimensions, for example a cube or a block of predefined dimensions depending on the size of the area that we wish to image or the resolution of the imaging.
  • the points P are identified by their coordinates (x,y,z) in a fixed reference linked to the transducer.
  • the zone of interest delimits the area of the part to be imaged for a given position of the sensor.
  • the zone of interest F is shown for an element Ei of a transducer.
  • the database construction phase shown in Figure 3 does not require measurements from a transducer and a part, this phase can be carried out entirely by simulation. To do this, we consider a single element Ei whose position moves in the zone of interest F.
  • the first step 301 consists of determining a description of the surface of the structure in the zone of interest in the reference linked to the element Ei.
  • the description of the surface is different because expressed in a different reference frame.
  • This description is carried out by estimating one or more functions which make it possible to define the surface in a reference linked to the sensor.
  • the function is a polynomial function whose degree depends on the complexity of the structure.
  • the function is a polynomial of degree n which is defined by the following relation, n is a strictly positive integer for example equal to 3:
  • the function f(x) can be obtained by a polynomial regression using an algorithm of the “Moving Least Square” or MLS type, as described in reference [5], which takes as input a set of points on the surface of the structure defined by their coordinates in a reference frame linked to the sensor and whose origin is located on the first element of the sensor.
  • step 302 for a set of points of interest Pj (focal point or point to be imaged) of the part, a point of impact j and an ultrasonic path between the ultrasonic element Ei and said point Pj.
  • Pj focal point or point to be imaged
  • This calculation can be carried out by any method known from the prior art, for example by means of an iterative Newton-Raphson algorithm described in reference [6] or the brute force method described in reference [7 ],
  • step 302 the coefficients of the polynomial(s) which describe the surface of the part in the zone of interest for each position of the ultrasound element, the coordinates of each point of interest in the area to be imaged, the coordinates of the point of impact and the flight time of the path for each pair associating a transmitter with a point of interest.
  • step 301 is no longer carried out from a known structure for which coordinates of points on the surface are available but the polynomials describing a surface are generated randomly, for example by doing vary the coefficients of the polynomials within predefined value ranges.
  • the polynomials correspond to a linear combination of a polynomial base which makes it possible to exactly represent all the polynomials describing the regular surface of the part.
  • Figure 4a represents a set of polynomials obtained in step 301 for different positions of an ultrasonic element E in a sliding window F.
  • the sensor is arranged at a height H from the surface and separated from it by water.
  • Figure 4b gives an example of minimum and maximum values of the coefficients of the polynomials of Figure 4a which are of degrees 3 for different positions of the element E, the polynomials all being represented in a reference system linked to the element E.
  • the method described above is applied identically for several superimposed surfaces in the case where it is desired to image a structure composed of several media separated by interfaces.
  • a human skull can be modeled by several layers corresponding to different propagation environments and separated by interfaces.
  • each surface is modeled by one or more functions and a path is calculated between the element E and a point to be imaged, this path crossing each surface at a distinct point of impact, there is therefore as much of impact points to calculate as well as surfaces crossed by the ultrasonic wave, each surface being diffracting.
  • Figure 5 represents the steps of an imaging method according to one embodiment of the invention. This method corresponds to the second phase of the invention and exploits the content of the database constructed during the first previous phase.
  • the objective of the imaging method is to image a part or a three-dimensional structure or a brain after passing through a human skull using a single-element or multi-element transducer.
  • a description of the surface(s) of the part to be imaged is determined from a sample of points belonging to this surface in the same manner as in step 301 of the method described in Figure 3.
  • the BD database determined during the first phase is used to image the part with reduced computational complexity.
  • the part to be imaged has a surface close to that used to construct the database BD but this is not obligatory.
  • step 502 for each point of the part to be imaged, we search for the elements of the database BD closest to the desired configuration. In other words, we express the coordinates of the point of interest in the local reference linked to the transducer, then we search in the database BD for the closest point of interest. We also search, in the database BD, for the polynomial or polynomial combination whose coefficients are closest to those defining the new surface as obtained in step 501.
  • step 503 the impact point(s) which have been precalculated for the point of interest and the surface identified in step 502 are extracted from the database. can also directly extract the precalculated associated flight time.
  • an imaging step 504 is carried out using a known method, for example of the FTP all-point focusing or plane wave imaging (PWI) type.
  • PWI plane wave imaging
  • the imaging step 504 is replaced by a delay law calculation step to generate a beam focused at a point in the zone or at a limited number of points.
  • the generation of a beam focused at a point in an area makes it possible to avoid imaging an entire area of a part when information a priori are available on the location of the fault.
  • the generation of a focused beam makes it possible, for example, to focus high intensity ultrasound to heat and destroy certain tissues at a specific point.
  • step 504 consists of calculating delay laws for one or more points in a zone from the flight times calculated in step 503.
  • Steps 502 and 503 can be carried out in different ways.
  • interpolation can be used to calculate an impact point from several impact points stored in the BD database and corresponding to several functions describing several surfaces closest to the surface of the new part to be imaged.
  • the proximity between two surfaces can be determined by comparing the coefficients of polynomial functions using an error criterion, for example a quadratic error criterion or a term-to-term error criterion.
  • the point of impact calculated by interpolation can be further refined by searching for the point actually belonging to the new surface as described in step 501 and which is closest to the interpolated point of impact. Once the point of impact has been calculated, the flight time between the transmitter and the point of interest is deduced by simple geometric construction and from knowledge of the speed of propagation of the wave in the environments crossed.
  • the interpolation used can be a linear or bilinear, cubic or bicubic interpolation or even a multivariate interpolation of the RBF or Kriging type as described in references [3], [4],
  • step 501 The description of the surface of the new part obtained in step 501 as well as the calculations of impact points and flight times obtained in step 503 can be used to enrich the BD database with these new elements.
  • the interpolation can be applied directly to the time-of-flight values stored in the database for different surfaces closest to the surface of the new part.
  • the method described in Figure 5 can be implemented using the device described in Figure 1.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Neurology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Abstract

The invention relates to a method and a device for computing ultrasound paths in order to determine focusing laws or perform ultrasound imaging with reduced processing complexity. The invention aims to propose a new, less complex method that avoids the iterative digital resolutions required for computing the points of impact. The invention solves the aforementioned problem by using a database in which pre-computed values of the points of impact and/or times of flight of the ultrasound waves are stored for different models of surfaces of parts. To image a new part, the method therefore consists in querying the database in order to select the models of surfaces that best resemble the new surface of the part to be imaged and deducing the point of impact and time of flight values therefrom by simply querying the database or by interpolation from a plurality of values in the database.

Description

DESCRIPTION DESCRIPTION
Titre de l’invention : Méthode et dispositif d’imagerie par ultrasons à complexité de traitement réduite Title of the invention: Ultrasound imaging method and device with reduced processing complexity
[0001 ] L’invention concerne le domaine des ultrasons et s’applique en particulier au contrôle non destructif de pièces par méthode ultrasonore ou à la thérapie par ultrasons focalisés ou à l’imagerie ultrasonore cérébrale transcranienne. [0001] The invention relates to the field of ultrasound and applies in particular to the non-destructive testing of parts by ultrasound method or to focused ultrasound therapy or to transcranial cerebral ultrasound imaging.
[0002] L’invention porte plus précisément sur une méthode et un dispositif de calcul trajets ultrasonores pour déterminer des lois de focalisation ou réaliser une imagerie par ultrasons à complexité de traitement réduite. [0002] The invention relates more precisely to a method and a device for calculating ultrasound paths to determine focusing laws or carry out ultrasound imaging with reduced processing complexity.
[0003] Les techniques de contrôle non-destructif par ultrasons visent à détecter et à caractériser (localiser, dimensionner) des défauts dans des pièces ou installations industrielles. Les traducteurs multi-éléments sont de plus en plus utilisés dans le domaine industriel en raison de leur flexibilité d’utilisation et de la richesse des données auxquelles ils donnent accès. L’exploitation optimale de ces données pour la détection et la caractérisation des défauts nécessite la mise en oeuvre de nouvelles techniques d’imagerie a posteriori. Parmi celles-ci, la méthode dite de Focalisation en Tous Points (FTP) consiste en une focalisation synthétique des champs émis et reçus par sommation cohérente des données issues d’une acquisition du type Full Matrix Capture (FMC) ou matrice inter-éléments. Dans le domaine de la santé, cette méthode s’applique également à l’imagerie ou à la thérapie cérébrale au travers de la paroi crânienne. [0003] Ultrasonic non-destructive testing techniques aim to detect and characterize (locate, size) defects in industrial parts or installations. Multi-element translators are increasingly used in the industrial field due to their flexibility of use and the wealth of data to which they provide access. Optimal exploitation of this data for the detection and characterization of defects requires the implementation of new a posteriori imaging techniques. Among these, the so-called All-Point Focusing (FTP) method consists of a synthetic focusing of the fields emitted and received by coherent summation of data from an acquisition of the Full Matrix Capture (FMC) or inter-element matrix type. In the field of health, this method also applies to brain imaging or therapy through the cranial wall.
[0004] Les méthodes d’imagerie par ultrasons nécessitent en général un calcul du trajet de l’onde ultrasonore depuis le centre de chaque élément jusqu’au point d’intérêt, point focal ou point à imager ou plus généralement jusqu’au plan d’onde, en respectant les principes de transmission aux différentes interfaces qui séparent les différents milieux homogènes que traversent l’onde. [0004] Ultrasound imaging methods generally require a calculation of the path of the ultrasound wave from the center of each element to the point of interest, focal point or point to be imaged or more generally to the plane of wave, respecting the principles of transmission at the different interfaces which separate the different homogeneous media that the wave passes through.
[0005] Ces calculs génériques sont notamment utilisés pour calculer des lois de retards permettant de générer un faisceau dont les caractéristiques sont maîtrisées après le franchissement des différentes interfaces ou dans les processus d’imagerie multiéléments tels que l’imagerie FTP décrite dans [1] ou l’imagerie du type « Plane Wave Imaging >> PWI décrite dans [2], [0005] These generic calculations are used in particular to calculate delay laws making it possible to generate a beam whose characteristics are controlled after crossing the different interfaces or in the imaging processes. multielements such as FTP imaging described in [1] or “Plane Wave Imaging >> PWI” type imaging described in [2],
[0006] Ces algorithmes nécessitent la connaissance des milieux traversés (géométrie et propriétés acoustiques). Pour un point d’intérêt donné (point focal ou point à imager), le calcul des trajets issus du centre de chaque élément est ensuite exploité soit pour assurer une focalisation au point souhaité (génération d’un faisceau focalisé pour du contrôle non-destructif ou thérapie), soit pour assurer une sommation cohérente des signaux obtenus (processus d’imagerie). [0006] These algorithms require knowledge of the environments crossed (geometry and acoustic properties). For a given point of interest (focal point or point to be imaged), the calculation of the paths coming from the center of each element is then used either to ensure focusing at the desired point (generation of a focused beam for non-destructive control or therapy), or to ensure a coherent summation of the signals obtained (imaging process).
[0007] Un objectif est de décrire la propagation bidimensionnelle ou tridimensionnelle d’ondes ultrasonores transitant entre un point source (l’émetteur ultrasonore) et un point d’observation (le point de la structure à imager), entre lesquels se trouve une structure présentant une ou plusieurs interfaces diffractantes. Les interfaces diffractantes peuvent engendrer des hétérogénéités de propagation ultrasonore et inclure des défauts de structure. La modélisation des trajets des ondes prend en compte notamment le principe de Huygens-Fresnel selon lequel chaque point d’une interface atteint par une onde se comporte comme une source de diffraction secondaire et la théorie géométrique de la diffraction qui repose sur le principe de Fermat selon lequel une onde se propage d’un point à un autre sur des trajectoires, de types tracés de rayons, telles que la durée du parcours est localement stationnaire, c’est-à-dire en pratique minimale. [0007] An objective is to describe the two-dimensional or three-dimensional propagation of ultrasonic waves passing between a source point (the ultrasonic transmitter) and an observation point (the point of the structure to be imaged), between which there is a structure presenting one or more diffracting interfaces. Diffracting interfaces can cause heterogeneities in ultrasonic propagation and include structural defects. The modeling of wave paths takes into account in particular the Huygens-Fresnel principle according to which each point of an interface reached by a wave behaves as a secondary diffraction source and the geometric theory of diffraction which is based on Fermat's principle according to which a wave propagates from one point to another on trajectories, of ray traced types, such that the duration of the journey is locally stationary, that is to say in minimal practice.
[0008] Cependant, un inconvénient est que les calculs nécessaires pour déterminer le point d’impact de l’onde ultrasonore sur chaque interface de diffraction sont coûteux car ils nécessitent une résolution numérique itérative pour résoudre un système non linéaire basé sur les lois de Snell-Descartes (voir référence [2] pour plus de détails). [0008] However, a disadvantage is that the calculations necessary to determine the point of impact of the ultrasonic wave on each diffraction interface are expensive because they require an iterative numerical resolution to solve a nonlinear system based on Snell's laws. -Descartes (see reference [2] for more details).
[0009] Ces opérations sont d’autant plus coûteuses qu’elles sont réalisées pour chaque élément du transducteur, pour chaque point de la zone à imager mais aussi pour différentes positions du transducteur lorsque celui-ci est mobile et se déplace sur la surface de la pièce ou autour du patient. [0009] These operations are all the more costly as they are carried out for each element of the transducer, for each point of the zone to be imaged but also for different positions of the transducer when it is mobile and moves on the surface of the transducer. the room or around the patient.
[0010] Un objectif de l’invention est de proposer une nouvelle méthode moins complexe qui permet d’éviter les résolutions numériques itératives nécessaires aux calculs des points d’impacts. [0011] L’invention résout le problème précité en exploitant une base de données dans laquelle sont sauvegardées des valeurs pré calculées des points d’impacts et/ou des temps de vol des ondes ultrasonores pour différents modèles de surface de pièces. Pour imager une nouvelle pièce, la méthode consiste alors à interroger la base de données afin de sélectionner les modèles de surface qui approchent au mieux la nouvelle surface de la pièce à imager et en déduire les valeurs des points d’impact et des temps de vol par simple interrogation de la base ou au moyen d’une interpolation de plusieurs valeurs de la base. [0010] An objective of the invention is to propose a new, less complex method which makes it possible to avoid the iterative digital resolutions necessary for calculating the impact points. [0011] The invention solves the aforementioned problem by using a database in which pre-calculated values of the impact points and/or the flight times of the ultrasonic waves are saved for different surface models of parts. To image a new part, the method then consists of querying the database in order to select the surface models which best approximate the new surface of the part to be imaged and deducing the values of the points of impact and times of flight. by simple querying of the base or by means of an interpolation of several values of the base.
[0012] L’invention s’applique au domaine du contrôle non destructif de pièces ou structures notamment pour des applications nucléaires (inspection d’une cuve de réacteur), aéronautiques (contrôle d’intégrité de la structure d’un avion), de transport ou de métallurgie. [0012] The invention applies to the field of non-destructive testing of parts or structures, particularly for nuclear applications (inspection of a reactor vessel), aeronautics (integrity control of the structure of an aircraft), transport or metallurgy.
[0013] L’invention s’applique également au domaine de la thérapie et de l’imagerie cérébrale transcrânienne. De nos jours, ce type d’imagerie s’effectue principalement par imagerie à résonance magnétique (IRM) ou par tomographie rayons X (CT). Cependant, ces méthodes sont coûteuses et nécessitent des équipements complexes. Les méthodes d’échographie ultrasonores sont moins coûteuses, moins volumineuses en termes d’équipements, plus rapides et moins invasives, ce qui permet leur utilisation en milieu pré-hospitalier. [0013] The invention also applies to the field of therapy and transcranial brain imaging. Nowadays, this type of imaging is mainly carried out by magnetic resonance imaging (MRI) or x-ray tomography (CT). However, these methods are expensive and require complex equipment. Ultrasound ultrasound methods are less expensive, less bulky in terms of equipment, faster and less invasive, which allows their use in the pre-hospital environment.
[0014] L’invention porte sur une méthode de détermination de trajets d’ondes ultrasonores à l’aide d’un dispositif comprenant au moins un transducteur émetteur multi-éléments comprenant une pluralité d’éléments aptes à émettre un signal ultrasonore dans une zone d’une pièce et au moins un transducteur récepteur multi- éléments comprenant une pluralité d’éléments aptes à recevoir l’un des signaux ultrasonores provenant de la pièce, le transducteur émetteur et le transducteur récepteur étant mobiles par rapport à la pièce, la méthode comprenant les étapes de : [0014] The invention relates to a method for determining ultrasonic wave paths using a device comprising at least one multi-element emitting transducer comprising a plurality of elements capable of emitting an ultrasonic signal in a zone of a part and at least one multi-element receiver transducer comprising a plurality of elements capable of receiving one of the ultrasonic signals coming from the part, the transmitter transducer and the receiver transducer being movable relative to the part, the method including the steps of:
Recevoir une base de données comprenant, pour différentes positions relatives d’un élément ultrasonore par rapport à une pièce de référence, un modèle d’au moins une surface de la pièce de référence dans une zone d’intérêt prédéterminée sous la forme d’une fonction continue donnant les coordonnées de la surface dans un repère lié à l’élément ultrasonore, la base de données comprenant en outre pour chaque modèle de surface, une estimation des coordonnées d’au moins un point d’impact, sur l’au moins une surface de la pièce, d’une onde ultrasonore se propageant depuis/vers l’élément ultrasonore vers/depuis un point de la pièce de référence prédéfini et/ou une estimation d’un temps de vol correspondant au trajet de la dite onde ultrasonore, Receive a database comprising, for different relative positions of an ultrasonic element relative to a reference part, a model of at least one surface of the reference part in a predetermined zone of interest in the form of a continuous function giving the coordinates of the surface in a reference frame linked to the ultrasonic element, the database comprising furthermore for each surface model, an estimate of the coordinates of at least one point of impact, on the at least one surface of the part, of an ultrasonic wave propagating from/towards the ultrasonic element to/from a predefined point of the reference part and/or an estimate of a flight time corresponding to the path of said ultrasonic wave,
Pour différentes positions du dispositif par rapport à la pièce: i. Déterminer un modèle de la surface de la pièce dans la même zone d’intérêt sous la forme d’une fonction continue donnant les coordonnées de la surface dans un repère lié au dispositif, ii. Déterminer, à partir de la base de données, un modèle de surface le plus proche du modèle de surface de la pièce et en déduire, à partir des points d’impact sauvegardés dans la base de données et/ou des temps de vol associés, un point d’impact et/ou un temps de vol d’une onde ultrasonore se propageant depuis/vers un élément du transducteur émetteur/récepteur vers/depuis un point de la pièce à imager de même coordonnées que le point P, iii. Déterminer, à partir du point d’impact et/ou du temps de vol, un trajet de l’onde ultrasonore associé au point P. For different positions of the device relative to the part: i. Determine a model of the surface of the part in the same area of interest in the form of a continuous function giving the coordinates of the surface in a reference system linked to the device, ii. Determine, from the database, a surface model closest to the surface model of the part and deduce it, from the impact points saved in the database and/or the associated flight times, a point of impact and/or a time of flight of an ultrasonic wave propagating from/towards an element of the transmitter/receiver transducer towards/from a point of the part to be imaged with the same coordinates as the point P, iii. Determine, from the point of impact and/or the flight time, a path of the ultrasound wave associated with point P.
[0015] Selon un aspect particulier de l’invention, l’étape de déterminer, à partir de la base de données, un modèle de surface le plus proche du modèle de surface de la pièce, est réalisée en recherchant dans la base de données la fonction continue la plus proche, dans la zone d’intérêt, du modèle de la surface de la pièce puis en sélectionnant le point d’impact et/ou le temps de vol associé dans la base de données. [0015] According to a particular aspect of the invention, the step of determining, from the database, a surface model closest to the surface model of the part, is carried out by searching in the database the closest continuous function, in the area of interest, to the model of the surface of the part then selecting the point of impact and/or the associated time of flight from the database.
[0016] Selon un aspect particulier de l’invention, l’étape de déterminer, à partir de la base de données, un modèle de surface le plus proche du modèle de surface de la pièce, est réalisée en sélectionnant dans la base de données les N fonctions continues les plus proches dans la zone d’intérêt avec N un entier strictement supérieur à 1 , puis à déterminer le point d’impact ou le temps de vol par une interpolation des points d’impacts ou des temps de vols associés aux N fonctions continues sélectionnées. [0017] Selon un aspect particulier de l’invention, la fonction continue est une fonction polynomiale. [0016] According to a particular aspect of the invention, the step of determining, from the database, a surface model closest to the surface model of the part, is carried out by selecting from the database the N closest continuous functions in the zone of interest with N an integer strictly greater than 1, then determining the point of impact or the flight time by interpolation of the impact points or flight times associated with the N continuous functions selected. According to a particular aspect of the invention, the continuous function is a polynomial function.
[0018] Selon un aspect particulier de l’invention, les modèles de surface contenus dans la base de données sont générés aléatoirement ou à partir d’un échantillon de points appartenant à une surface de référence. [0018] According to a particular aspect of the invention, the surface models contained in the database are generated randomly or from a sample of points belonging to a reference surface.
[0019] Selon un aspect particulier de l’invention, la pièce comporte plusieurs surfaces correspondant à plusieurs interfaces entre différents milieux de propagation et la base de données comporte plusieurs modèles de surface pour un trajet entre un élément du dispositif et un point P de la pièce [0019] According to a particular aspect of the invention, the part comprises several surfaces corresponding to several interfaces between different propagation media and the database comprises several surface models for a path between an element of the device and a point P of the piece
[0020] Selon un aspect particulier de l’invention, la zone d’intérêt de la pièce correspond à une fenêtre glissante de taille fixe qui se déplace sur la surface de la pièce avec le déplacement des transducteurs mobiles. [0020] According to a particular aspect of the invention, the zone of interest of the part corresponds to a sliding window of fixed size which moves on the surface of the part with the movement of the mobile transducers.
[0021] Selon un aspect particulier de l’invention, la détermination d’une image de la pièce à imager à partir des temps de vol déterminés pour une pluralité de points P de ladite pièce à l’aide d’une méthode d’imagerie du type Focalisation en Tous Points FTP ou « Plane Wave Imaging >> PWI. [0021] According to a particular aspect of the invention, the determination of an image of the part to be imaged from the flight times determined for a plurality of points P of said part using an imaging method of the All Points Focusing FTP or “Plane Wave Imaging >> PWI type.
[0022] Dans une variante de réalisation, la méthode selon l’invention comprend en outre la détermination d’une loi de focalisation d’un faisceau en au moins un point P de la pièce à partir des temps de vol déterminés pour ledit point P. [0022] In a variant embodiment, the method according to the invention further comprises the determination of a law for focusing a beam at at least one point P of the part from the flight times determined for said point P .
[0023] L’invention a aussi pour objet un dispositif de détermination de trajets d’ondes ultrasonores, le dispositif comprenant au moins un transducteur ultrasonore émetteur comprenant au moins un élément ultrasonore apte à émettre un signal ultrasonore dans une pièce et au moins un transducteur ultrasonore récepteur comprenant au moins un élément ultrasonore apte à recevoir l’un des signaux ultrasonores provenant de la pièce, les transducteurs étant mobiles par rapport à la pièce, le dispositif comprenant des moyens de stockage et des moyens de calcul configurés ensemble pour mettre en oeuvre les étapes de la méthode selon l’invention. [0023] The invention also relates to a device for determining ultrasonic wave paths, the device comprising at least one emitting ultrasonic transducer comprising at least one ultrasonic element capable of emitting an ultrasonic signal in a room and at least one transducer ultrasonic receiver comprising at least one ultrasonic element capable of receiving one of the ultrasonic signals coming from the part, the transducers being movable relative to the part, the device comprising storage means and calculation means configured together to implement the steps of the method according to the invention.
[0024] Selon un aspect particulier de l’invention, le transducteur ultrasonore émetteur et le transducteur ultrasonore récepteur sont réalisés par un seul et même transducteur. [0025] Dans une variante de réalisation, le dispositif selon l’invention comprend en outre des moyens d’affichage de l’image de la pièce obtenue. [0024] According to a particular aspect of the invention, the transmitting ultrasonic transducer and the receiving ultrasonic transducer are produced by a single transducer. [0025] In an alternative embodiment, the device according to the invention further comprises means for displaying the image of the part obtained.
[0026] L’invention a encore pour objet une méthode, mise en oeuvre par ordinateur, de génération d’une base de données de trajets ultrasonores comprenant les étapes de : [0026] The invention also relates to a method, implemented by computer, for generating a database of ultrasonic paths comprising the steps of:
Déterminer, pour différentes positions relatives d’un élément ultrasonore par rapport à une pièce de référence, un modèle d’au moins une surface de la pièce de référence dans une zone d’intérêt prédéterminée sous la forme d’une fonction continue donnant les coordonnées de la surface dans un repère lié à l’élément ultrasonore, Determine, for different relative positions of an ultrasonic element relative to a reference part, a model of at least one surface of the reference part in a predetermined zone of interest in the form of a continuous function giving the coordinates of the surface in a reference linked to the ultrasonic element,
Calculer, pour chaque trajet ultrasonore entre l’élément ultrasonore et un point de la pièce de référence à imager, les coordonnées d’au moins un point d’impact sur l’au moins une surface de la pièce de référence et/ou une estimation d’un temps de vol correspondant au trajet de la dite onde ultrasonore, Calculate, for each ultrasonic path between the ultrasonic element and a point of the reference part to be imaged, the coordinates of at least one point of impact on the at least one surface of the reference part and/or an estimate a flight time corresponding to the path of said ultrasonic wave,
Construire une base de données comprenant pour chaque position relative d’un élément ultrasonore par rapport à une pièce de référence, le modèle d’au moins une surface de la pièce de référence, les coordonnées de l’au moins un point d’impact et/ou l’estimation du temps de vol. Construct a database comprising for each relative position of an ultrasonic element relative to a reference part, the model of at least one surface of the reference part, the coordinates of the at least one point of impact and /or estimated flight time.
[0027] L’invention a encore pour objet un programme d’ordinateur comprenant des instructions de code pour la mise en oeuvre de la méthode selon l’invention, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur. The invention also relates to a computer program comprising code instructions for implementing the method according to the invention, when said program is executed on a computer.
[0028] L’invention a encore pour objet un support d’enregistrement lisible par ordinateur ou téléchargeable sur lequel est enregistré le programme d’ordinateur selon l’invention. [0028] The invention also relates to a computer-readable or downloadable recording medium on which the computer program according to the invention is recorded.
[0029] D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit en relation aux dessins annexés suivants. Other characteristics and advantages of the present invention will appear better on reading the description which follows in relation to the following appended drawings.
[0030] [Fig. 1] représente un schéma d’un système d’inspection ultrasonore selon un mode de réalisation de l’invention, [0030] [Fig. 1] represents a diagram of an ultrasonic inspection system according to one embodiment of the invention,
[0031] [Fig. 2] représente un schéma illustrant un trajet d’une onde ultrasonore émise par un élément d’un transducteur, [0032] [Fig. 3] représente un organigramme décrivant les étapes d’une méthode de génération d’une base de données de trajets ultrasonores selon un mode de réalisation de l’invention, [0031] [Fig. 2] represents a diagram illustrating a path of an ultrasonic wave emitted by an element of a transducer, [0032] [Fig. 3] represents a flowchart describing the steps of a method for generating a database of ultrasonic paths according to one embodiment of the invention,
[0033] [Fig. 4a] représente un exemple de modélisation de différentes surfaces par des polynômes de degrés 3, [0033] [Fig. 4a] represents an example of modeling different surfaces by polynomials of degrees 3,
[0034] [Fig. 4b] représente un tableau des plages de variations des coefficients des polynômes de la figure 4a, [0034] [Fig. 4b] represents a table of the ranges of variations of the coefficients of the polynomials of Figure 4a,
[0035] [Fig. 5] représente un organigramme décrivant les étapes d’une méthode d’imagerie ultrasonore selon un mode de réalisation de l’invention. [0035] [Fig. 5] represents a flowchart describing the steps of an ultrasound imaging method according to one embodiment of the invention.
[0036] La figure 1 schématise un système d’inspection ultrasonore selon un mode de réalisation de l’invention. Un tel système est apte à mettre en oeuvre un procédé d’imagerie ultrasonore, selon l’invention, d’une structure S tridimensionnelle. Le système comprend au moins un transducteur comprenant un ou plusieurs éléments étant chacun apte à émettre des ondes ultrasonores. Le système comprend également au moins un transducteur comprenant un ou plusieurs éléments étant chacun apte à recevoir un trajet réfléchi de ces ondes sur la structure S. Dans la majorité des cas, ces deux transducteurs sont confondus, mais pour certaines applications ils peuvent être distincts. Dans d’autres cas d’applications, il peut y avoir plus d’un transducteur émetteur et/ou plus d’un transducteur récepteur. Sur la figure 1 , on a représenté un cas d’application avec un seul transducteur TR. Les transducteurs peuvent être des transducteurs mono ou multi-éléments. Ils peuvent présenter différentes géométries de découpage, par exemple il peut s’agir d’un capteur linéaire, matriciel, annulaire ou sectoriel. Chaque élément du transducteur ultrasonore peut être réalisé au moyen d’un capteur piézo-électrique ou tout autre type de capteur apte à émettre et recevoir une onde ultrasonore. [0036] Figure 1 schematically shows an ultrasonic inspection system according to one embodiment of the invention. Such a system is capable of implementing an ultrasound imaging method, according to the invention, of a three-dimensional structure S. The system comprises at least one transducer comprising one or more elements each capable of emitting ultrasonic waves. The system also comprises at least one transducer comprising one or more elements each being capable of receiving a reflected path of these waves on the structure S. In the majority of cases, these two transducers are combined, but for certain applications they can be distinct. In other applications, there may be more than one transmitter transducer and/or more than one receiver transducer. In Figure 1, an application case with a single TR transducer is shown. The transducers can be single or multi-element transducers. They can have different cutting geometries, for example it can be a linear, matrix, annular or sectoral sensor. Each element of the ultrasonic transducer can be produced using a piezoelectric sensor or any other type of sensor capable of emitting and receiving an ultrasonic wave.
[0037] Le ou les transducteurs TR peuvent être positionnés au contact de la structure S à imager ou séparés de celle-ci par un coupleur, par exemple un liquide tel que de l’eau. Ils peuvent aussi être placés sur un sabot ayant une géométrie donnée qui sert de coupleur entre le capteur et la pièce. The transducer(s) TR can be positioned in contact with the structure S to be imaged or separated from it by a coupler, for example a liquid such as water. They can also be placed on a shoe having a given geometry which serves as a coupler between the sensor and the part.
[0038] Le ou les transducteurs TR sont mobiles par rapport à la structure S et se déplacent selon un déplacement prédéfini, par exemple selon la direction D sur l’exemple de la figure 1 . Lorsque deux transducteurs sont utilisés respectivement pour l’émission et la réception des ondes ultrasonores, ils peuvent être liés mécaniquement ou non. Autrement dit, la distance entre les deux transducteurs peut être fixe ou variable selon le type de défaut à imager et la profondeur de la zone à imager. The transducer(s) TR are movable relative to the structure S and move according to a predefined displacement, for example in the direction D in the example of FIG. 1. When two transducers are used respectively for the emission and reception of ultrasonic waves, they can be linked mechanically or not. In other words, the distance between the two transducers can be fixed or variable depending on the type of defect to be imaged and the depth of the area to be imaged.
[0039] Le ou les transducteurs TR sont reliés à une unité de traitement couplée à une base de données pour mettre en oeuvre le procédé d’imagerie selon l’invention. The transducer(s) TR are connected to a processing unit coupled to a database to implement the imaging method according to the invention.
[0040] Le système d’inspection ultrasonore est configuré pour imager la structure S en différents points P situés dans une zone d’intérêt F qui se déplace avec le ou les transducteurs TR. Les points P sont repérés par leurs coordonnées (x,z) dans un repère fixe lié au transducteur pour un fonctionnement en deux dimensions ou (x,y,z) pour un fonctionnement en trois dimensions. The ultrasonic inspection system is configured to image the structure S at different points P located in a zone of interest F which moves with the transducer(s) TR. The points P are identified by their coordinates (x,z) in a fixed reference linked to the transducer for operation in two dimensions or (x,y,z) for operation in three dimensions.
[0041] La structure S peut être une pièce homogène et isotrope mais aussi une pièce hétérogène et/ou anisotrope. The structure S can be a homogeneous and isotropic part but also a heterogeneous and/or anisotropic part.
[0042] La zone d’intérêt F correspond à une fenêtre d’inspection glissante qui se déplace avec le transducteur TR de manière à balayer la surface de la structure à imager. La zone d’intérêt F est donc fixe dans le repère R lié au transducteur TR. The zone of interest F corresponds to a sliding inspection window which moves with the transducer TR so as to scan the surface of the structure to be imaged. The zone of interest F is therefore fixed in the reference R linked to the transducer TR.
[0043] Le déplacement D des capteurs peut être un déplacement rectiligne ou un déplacement plus complexe qui dépend de la géométrie de la pièce. The movement D of the sensors can be a rectilinear movement or a more complex movement which depends on the geometry of the part.
[0044] La figure 2 schématise un trajet d’une onde ultrasonore émise par un élément Ei d’un transducteur TR situé à une hauteur z de la surface S d’une pièce à imager. Le trajet de l’onde entre l’émetteur Ei et un point Pj situé sur la ligne de focalisation L passe par un point d’impact lj sur la surface S de la pièce qui constitue une interface de diffraction. [0044] Figure 2 schematically shows a path of an ultrasonic wave emitted by an element Ei of a transducer TR located at a height z of the surface S of a part to be imaged. The path of the wave between the emitter Ei and a point Pj located on the focusing line L passes through an impact point lj on the surface S of the part which constitutes a diffraction interface.
[0045] Pour calculer le temps de vol de l’onde entre le point d’émission et le point à imager, il est nécessaire de calculer la distance parcourue par l’onde selon les segments [Ei I et [lj Pj] et donc au préalable de déterminer les coordonnées du point d’impact lj. Ce calcul, basé sur la recherche du minimum du temps de vol entre le point d’émission et le point à imager nécessite une résolution analytique par itérations qui est complexe à mettre en oeuvre. [0045] To calculate the flight time of the wave between the point of emission and the point to be imaged, it is necessary to calculate the distance traveled by the wave according to the segments [Ei I and [lj Pj] and therefore first determine the coordinates of the point of impact lj. This calculation, based on the search for the minimum flight time between the emission point and the point to be imaged, requires an analytical resolution by iterations which is complex to implement.
[0046] L’invention propose une nouvelle méthode permettant d’éviter de réaliser ce calcul coûteux pour chaque point de la structure à imager. [0047] Le procédé selon l’invention comporte deux phases : une première phase de construction d’une base de données de trajets ultrasons pour une structure S ou une pièce ayant une forme prédéfinie pour cette première phase, puis une seconde phase d’imagerie ultrasonore appliquée à une nouvelle pièce à imager, à partir des données sauvegardées dans la base de données pendant la première phase. Ainsi, lors de la seconde phase, il n’est pas nécessaire de réaliser un calcul complet des trajets ultrasonores pour tous les points à imager de la nouvelle pièce. [0046] The invention proposes a new method making it possible to avoid carrying out this costly calculation for each point of the structure to be imaged. [0047] The method according to the invention comprises two phases: a first phase of constructing a database of ultrasound paths for a structure S or a part having a predefined shape for this first phase, then a second imaging phase ultrasound applied to a new part to be imaged, from the data saved in the database during the first phase. Thus, during the second phase, it is not necessary to carry out a complete calculation of the ultrasound paths for all the points to be imaged in the new part.
[0048] La figure 3 schématise, sur un organigramme, les étapes de mise en oeuvre d’une méthode de construction d’une base de données de trajets ultrasonores selon la première phase de l’invention. [0048] Figure 3 schematizes, on a flow chart, the steps of implementing a method for constructing a database of ultrasonic paths according to the first phase of the invention.
[0049] Dans cette première phase, on choisit une pièce ou une structure de référence ou de calibration à l’aide de laquelle la base de données de trajets ultrasonores est construite. [0049] In this first phase, a reference or calibration part or structure is chosen using which the ultrasonic path database is constructed.
[0050] On définit également une zone d’intérêt d’imagerie pour le transducteur, cette zone ayant des dimensions prédéfinies. Par exemple, si le transducteur est linéaire et effectue un déplacement rectiligne et que la structure à imager est invariante selon un axe, la zone d’intérêt peut consister en une fenêtre glissante F de dimension donnée qui se déplace avec le déplacement du capteur au-dessus de la pièce de sorte que la fenêtre d’intérêt est fixe dans un repère lié au capteur. [0050] We also define an imaging zone of interest for the transducer, this zone having predefined dimensions. For example, if the transducer is linear and performs a rectilinear movement and the structure to be imaged is invariant along an axis, the zone of interest can consist of a sliding window F of given dimension which moves with the movement of the sensor au- above the part so that the window of interest is fixed in a reference linked to the sensor.
[0051] Au contraire, si la structure est plus complexe et présente une surface qui varie selon trois dimensions, et que le ou les transducteurs présentent des découpages 2D (matriciel ou sectoriel), la zone d’intérêt F peut être une zone en trois dimensions, par exemple un cube ou un pavé de dimensions prédéfinies selon la dimension de la zone que l’on souhaite imager ou la résolution de l’imagerie. Les points P sont repérés par leurs coordonnées (x,y,z) dans un repère fixe lié au transducteur. [0051] On the contrary, if the structure is more complex and has a surface which varies according to three dimensions, and the transducer(s) have 2D divisions (matrix or sectoral), the zone of interest F can be a zone in three dimensions, for example a cube or a block of predefined dimensions depending on the size of the area that we wish to image or the resolution of the imaging. The points P are identified by their coordinates (x,y,z) in a fixed reference linked to the transducer.
[0052] La zone d’intérêt délimite la zone de la pièce à imager pour une position donnée du capteur. [0052] The zone of interest delimits the area of the part to be imaged for a given position of the sensor.
[0053] Sur la figure 2, on a représenté la zone d’intérêt F pour un élément Ei d’un transducteur. La phase de construction de la base de données illustrée à la figure 3 ne nécessite pas de mesures à partir d’un transducteur et d’une pièce, cette phase peut être entièrement réalisée par simulation. Pour cela, on considère un unique élément Ei dont la position bouge dans la zone d’intérêt F. [0053] In Figure 2, the zone of interest F is shown for an element Ei of a transducer. The database construction phase shown in Figure 3 does not require measurements from a transducer and a part, this phase can be carried out entirely by simulation. To do this, we consider a single element Ei whose position moves in the zone of interest F.
[0054] La première étape 301 consiste à déterminer une description de la surface de la structure dans la zone d’intérêt dans le repère lié à l’élément Ei. Ainsi, pour chaque position de l’élément dans la zone d’intérêt, la description de la surface est différente car exprimée dans un repère différent. Cette description est réalisée en estimant une ou plusieurs fonctions qui permettent de définir la surface dans un repère lié au capteur. Par exemple, la fonction est une fonction polynomiale dont le degré dépend de la complexité de la structure. Par exemple, la fonction est un polynôme de degré n qui est défini par la relation suivante, n est un entier strictement positif par exemple égal à 3 :
Figure imgf000012_0001
The first step 301 consists of determining a description of the surface of the structure in the zone of interest in the reference linked to the element Ei. Thus, for each position of the element in the zone of interest, the description of the surface is different because expressed in a different reference frame. This description is carried out by estimating one or more functions which make it possible to define the surface in a reference linked to the sensor. For example, the function is a polynomial function whose degree depends on the complexity of the structure. For example, the function is a polynomial of degree n which is defined by the following relation, n is a strictly positive integer for example equal to 3:
Figure imgf000012_0001
[0056] La fonction f(x) peut être obtenue par une régression polynomiale à l’aide d’un algorithme du type « Moving Least Square >> ou MLS, tel que décrit dans la référence [5], qui prend en entrée un ensemble de points de la surface de la structure définis par leurs coordonnées dans un repère lié au capteur et dont l’origine se situe sur le premier élément du capteur. [0056] The function f(x) can be obtained by a polynomial regression using an algorithm of the “Moving Least Square” or MLS type, as described in reference [5], which takes as input a set of points on the surface of the structure defined by their coordinates in a reference frame linked to the sensor and whose origin is located on the first element of the sensor.
[0057] Si la surface à estimer est invariante selon l’axe y, un seul polynôme est nécessaire pour modéliser cette surface dans le plan (0,x,z), ce polynôme étant identique pour toutes les valeurs de y. Si au contraire la surface ne présente pas de symétrie 2D de révolution ou d’extrusion, il est nécessaire d’introduire deux zones d’intérêt Fx et Fy (deux fenêtres glissantes) selon l’axe x et y et définir une fonction polynomiale de degré n du type :
Figure imgf000012_0002
cijxiyj [0057] If the surface to be estimated is invariant along the y axis, only one polynomial is necessary to model this surface in the plane (0,x,z), this polynomial being identical for all values of y. If, on the contrary, the surface does not have 2D symmetry of revolution or extrusion, it is necessary to introduce two zones of interest Fx and Fy (two sliding windows) along the x and y axis and define a polynomial function of degree n of the type:
Figure imgf000012_0002
c ij xi y j
[0058] A l’étape 302, on calcule, pour un ensemble de points d’intérêts Pj (point focal ou point à imager) de la pièce, un point d’impact j et un trajet ultrasonore entre I’ élément ultrasonore Ei et ledit point Pj. [0058] In step 302, for a set of points of interest Pj (focal point or point to be imaged) of the part, a point of impact j and an ultrasonic path between the ultrasonic element Ei and said point Pj.
[0059] Ce calcul peut être réalisé par toute méthode connue de l’art antérieur, par exemple au moyen d’un algorithme itératif de Newton-Raphson décrit dans la référence [6] ou la méthode de force brute décrite dans la référence [7], This calculation can be carried out by any method known from the prior art, for example by means of an iterative Newton-Raphson algorithm described in reference [6] or the brute force method described in reference [7 ],
[0060] Enfin, à l’étape 302, on stocke dans la base de données les coefficients du ou des polynome(s) qui décrivent la surface de la pièce dans la zone d’intérêt pour chaque position de l’élément ultrasonore, les coordonnées de chaque point d’intérêt de la zone à imager, les coordonnées du point d’impact et le temps de vol du trajet pour chaque couple associant un émetteur à un point d’intérêt. [0060] Finally, in step 302, the coefficients of the polynomial(s) which describe the surface of the part in the zone of interest for each position of the ultrasound element, the coordinates of each point of interest in the area to be imaged, the coordinates of the point of impact and the flight time of the path for each pair associating a transmitter with a point of interest.
[0061] Toutes les coordonnées des différents points sont exprimées dans un repère fixe lié à l’élément ultrasonore. Ces étapes sont réitérées en déplaçant l’élément ultrasonore et la zone d’intérêt au-dessus de la pièce afin de couvrir toute la surface de la pièce. [0061] All the coordinates of the different points are expressed in a fixed reference linked to the ultrasonic element. These steps are repeated by moving the ultrasonic element and the area of interest above the part to cover the entire surface of the part.
[0062] Dans une variante de réalisation, l’étape 301 n’est plus réalisée à partir d’une structure connue pour laquelle on dispose de coordonnées de points de la surface mais les polynômes décrivant une surface sont générés aléatoirement, par exemple en faisant varier les coefficients des polynômes dans des plages de valeurs prédéfinies. Autrement dit, les polynômes correspondent à une combinaison linéaire d’une base polynomiale qui permet de représenter exactement l’ensemble des polynômes décrivant la surface régulière de la pièce. [0062] In a variant embodiment, step 301 is no longer carried out from a known structure for which coordinates of points on the surface are available but the polynomials describing a surface are generated randomly, for example by doing vary the coefficients of the polynomials within predefined value ranges. In other words, the polynomials correspond to a linear combination of a polynomial base which makes it possible to exactly represent all the polynomials describing the regular surface of the part.
[0063] A titre d’exemple, la figure 4a représente un ensemble de polynômes obtenus à l’étape 301 pour différentes positions d’un élément ultrasonore E dans une fenêtre glissante F. Le capteur est disposé à une hauteur H de la surface et séparé de celle- ci par de l’eau. La figure 4b donne un exemple de valeurs minimale et maximale des coefficients des polynômes de la figure 4a qui sont de degrés 3 pour différentes positions de l’élément E, les polynômes étant tous représentés dans un repère lié à l’élément E. [0063] By way of example, Figure 4a represents a set of polynomials obtained in step 301 for different positions of an ultrasonic element E in a sliding window F. The sensor is arranged at a height H from the surface and separated from it by water. Figure 4b gives an example of minimum and maximum values of the coefficients of the polynomials of Figure 4a which are of degrees 3 for different positions of the element E, the polynomials all being represented in a reference system linked to the element E.
[0064] Dans une variante de réalisation, la méthode décrite ci-dessus est appliquée à l’identique pour plusieurs surfaces superposées dans le cas où l’on souhaite imager une structure composée de plusieurs milieux séparés par des interfaces. Par exemple dans le cas de l’imagerie transcranienne, un crâne humain peut être modélisé par plusieurs couches correspondant à des milieux de propagation différents et séparés par des interfaces. [0064] In a variant embodiment, the method described above is applied identically for several superimposed surfaces in the case where it is desired to image a structure composed of several media separated by interfaces. For example, in the case of transcranial imaging, a human skull can be modeled by several layers corresponding to different propagation environments and separated by interfaces.
[0065] Dans ce scénario, chaque surface est modélisée par une ou plusieurs fonctions et on calcule un trajet entre l’élément E et un point à imager, ce trajet traversant chaque surface en un point d’impact distinct, il y a donc autant de points d’impacts à calculer que de surfaces traversées par l’onde ultrasonore, chaque surface étant diffractante. [0066] La figure 5 représente les étapes d’une méthode d’imagerie selon un mode de réalisation de l’invention. Cette méthode correspond à la seconde phase de l’invention et exploite le contenu de la base de données construite lors de la première phase précédente. [0065] In this scenario, each surface is modeled by one or more functions and a path is calculated between the element E and a point to be imaged, this path crossing each surface at a distinct point of impact, there is therefore as much of impact points to calculate as well as surfaces crossed by the ultrasonic wave, each surface being diffracting. [0066] Figure 5 represents the steps of an imaging method according to one embodiment of the invention. This method corresponds to the second phase of the invention and exploits the content of the database constructed during the first previous phase.
[0067] La méthode d’imagerie a pour objectif d’imager une pièce ou une structure tridimensionnelle ou un cerveau après traversée d’un crâne humain au moyen d’un transducteur mono élément ou multi éléments. [0067] The objective of the imaging method is to image a part or a three-dimensional structure or a brain after passing through a human skull using a single-element or multi-element transducer.
[0068] Dans une première étape 501 , on détermine une description de la ou des surface (s) de la pièce à imager à partir d’un échantillon de points appartenant à cette surface de la même manière qu’à l’étape 301 de la méthode décrite à la figure 3. [0068] In a first step 501, a description of the surface(s) of the part to be imaged is determined from a sample of points belonging to this surface in the same manner as in step 301 of the method described in Figure 3.
[0069] Ensuite, on exploite la base de données BD déterminée lors de la première phase pour réaliser l’imagerie de la pièce avec une complexité de calcul réduite. [0069] Next, the BD database determined during the first phase is used to image the part with reduced computational complexity.
[0070] Avantageusement, la pièce à imager présente une surface proche de celle utilisée pour construire la base de données BD mais cela n’est pas obligatoire. [0070] Advantageously, the part to be imaged has a surface close to that used to construct the database BD but this is not obligatory.
[0071] A l’étape 502, on recherche, pour chaque point de la pièce à imager les éléments de la base de données BD les plus proches de la configuration recherchée. Autrement dit, on exprime les coordonnées du point d’intérêt dans le repère local lié au transducteur, puis on recherche dans la base BD, le point d’intérêt le plus proche. On recherche également, dans la base BD, le polynôme ou la combinaison polynomiale dont les coefficients sont les plus proches de ceux définissant la nouvelle surface tels qu’obtenus à l’étape 501 . [0071] In step 502, for each point of the part to be imaged, we search for the elements of the database BD closest to the desired configuration. In other words, we express the coordinates of the point of interest in the local reference linked to the transducer, then we search in the database BD for the closest point of interest. We also search, in the database BD, for the polynomial or polynomial combination whose coefficients are closest to those defining the new surface as obtained in step 501.
[0072] A l’étape 503, on extrait de la base de données le ou les point(s) d’impact(s) qui ont été précalculés pour le point d’intérêt et la surface identifié à l’étape 502. On peut extraire également directement le temps de vol associé précalculé. [0072] In step 503, the impact point(s) which have been precalculated for the point of interest and the surface identified in step 502 are extracted from the database. can also directly extract the precalculated associated flight time.
[0073] A partir du temps de vol obtenu, on réalise une étape d’imagerie 504 à l’aide d’une méthode connue par exemple du type focalisation en tous points FTP ou imagerie par onde plan (plane wave imaging PWI). [0073] From the flight time obtained, an imaging step 504 is carried out using a known method, for example of the FTP all-point focusing or plane wave imaging (PWI) type.
[0074] Dans une variante de réalisation, l’étape d’imagerie 504 est remplacée par une étape de calcul de loi de retards pour générer un faisceau focalisé en un point de la zone ou en un nombre de points limités. [0075] Dans le cas d’une application de contrôle non destructif d’une pièce, la génération d’un faisceau focalisé en un point d’une zone permet d’éviter d’imager une zone entière d’une pièce lorsque des informations a priori sont disponibles sur l’emplacement du défaut. [0074] In a variant embodiment, the imaging step 504 is replaced by a delay law calculation step to generate a beam focused at a point in the zone or at a limited number of points. [0075] In the case of an application for non-destructive testing of a part, the generation of a beam focused at a point in an area makes it possible to avoid imaging an entire area of a part when information a priori are available on the location of the fault.
[0076] Dans le cas d’une application de thérapie par ultrasons, la génération d’un faisceau focalisé permet par exemple de focaliser des ultrasons de haute intensité pour chauffer et détruire certains tissus en un point précis. [0076] In the case of an ultrasound therapy application, the generation of a focused beam makes it possible, for example, to focus high intensity ultrasound to heat and destroy certain tissues at a specific point.
[0077] Dans tous les cas l’étape 504 consiste à calculer des lois de retards pour un ou plusieurs points d’une zone à partir des temps de vol calculés à l’étape 503. [0077] In all cases, step 504 consists of calculating delay laws for one or more points in a zone from the flight times calculated in step 503.
[0078] Les étapes 502 et 503 peuvent être réalisées de différentes manières. Par exemple, une interpolation peut être utilisée pour calculer un point d’impact à partir de plusieurs points d’impacts stockés dans la base de données BD et correspondant à plusieurs fonctions décrivant plusieurs surfaces les plus proches de la surface de la nouvelle pièce à imager. La proximité entre deux surfaces peut être déterminée en comparant les coefficients des fonctions polynomiales au moyen d’un critère d’erreur, par exemple un critère d’erreur quadratique ou un critère d’erreur terme à terme. [0078] Steps 502 and 503 can be carried out in different ways. For example, interpolation can be used to calculate an impact point from several impact points stored in the BD database and corresponding to several functions describing several surfaces closest to the surface of the new part to be imaged. . The proximity between two surfaces can be determined by comparing the coefficients of polynomial functions using an error criterion, for example a quadratic error criterion or a term-to-term error criterion.
[0079] Le point d’impact calculé par interpolation peut encore être affiné en recherchant le point appartenant réellement à la nouvelle surface telle que décrite à l’étape 501 et qui est le plus proche du point d’impact interpolé. Une fois le point d’impact calculé, on en déduit le temps de vol entre l’émetteur et le point d’intérêt par simple construction géométrique et à partir de la connaissance de la vitesse de propagation de l’onde dans les milieux traversés. [0079] The point of impact calculated by interpolation can be further refined by searching for the point actually belonging to the new surface as described in step 501 and which is closest to the interpolated point of impact. Once the point of impact has been calculated, the flight time between the transmitter and the point of interest is deduced by simple geometric construction and from knowledge of the speed of propagation of the wave in the environments crossed.
[0080] L’interpolation utilisée peut être une interpolation linéaire ou bilinéaire, cubique ou bicubique ou encore une interpolation multivariée de type RBF ou Krigeage tel que décrit dans les références [3], [4], [0080] The interpolation used can be a linear or bilinear, cubic or bicubic interpolation or even a multivariate interpolation of the RBF or Kriging type as described in references [3], [4],
[0081] La description de la surface de la nouvelle pièce obtenue à l’étape 501 ainsi que les calculs de points d’impacts et de temps de vol obtenus à l’étape 503 peuvent être utilisés pour enrichir la base de données BD avec ces nouveaux éléments. [0081] The description of the surface of the new part obtained in step 501 as well as the calculations of impact points and flight times obtained in step 503 can be used to enrich the BD database with these new elements.
[0082] Alternativement, l’interpolation peut être appliquée directement aux valeurs de temps de vol stockées dans la base de données pour différentes surfaces les plus proches de la surface de la nouvelle pièce. [0083] La méthode décrite à la figure 5 peut être mise en oeuvre au moyen du dispositif décrit à la figure 1 . [0082] Alternatively, the interpolation can be applied directly to the time-of-flight values stored in the database for different surfaces closest to the surface of the new part. [0083] The method described in Figure 5 can be implemented using the device described in Figure 1.
[0084] Références [0084] References
[0085] [1] C. Holmes, B.W. Drinkwater, P.D. Wilcox, Post-processing of the full matrix of ultrasonic transmit-receive array data for non-destructive evaluation, NDT&E international, Vol. 38, pp. 701 -711 , 2005. [0085] [1] C. Holmes, B.W. Drinkwater, P.D. Wilcox, Post-processing of the full matrix of ultrasonic transmit-receive array data for non-destructive evaluation, NDT&E international, Vol. 38, pp. 701 -711, 2005.
[0086] [2] L. Le Jeune, S. Robert, E. Lopez Villaverde, C. Prada, “Plane Wave Imaging for ultrasonic non-destructive testing: Generalization to multimodal imaging”, Ultrasonics 64, 128-138 (2016). [DOI:10.1016/j. ultras.2015.08.008], [0086] [2] L. Le Jeune, S. Robert, E. Lopez Villaverde, C. Prada, “Plane Wave Imaging for ultrasonic non-destructive testing: Generalization to multimodal imaging”, Ultrasonics 64, 128-138 (2016) . [DOI:10.1016/j. ultras.2015.08.008],
[0087] [3] R. Miorelli, X. Artusi and C. Reboud, “An efficient adaptive database sampling strategy with applications to eddy current signals”, Simulation Modelling Practice and Theory, Volume 80, January 2018, Pages 75-88. [0087] [3] R. Miorelli, X. Artusi and C. Reboud, “An efficient adaptive database sampling strategy with applications to eddy current signals”, Simulation Modeling Practice and Theory, Volume 80, January 2018, Pages 75-88.
[0088] [4] S. Bilicz, M. Lambert and Sz. Gyimothy, “Kriging-based generation of optimal databases as forward and inverse surrogate models,” Inverse Problems, 26 (2010), 074012. [0088] [4] S. Bilicz, M. Lambert and Sz. Gyimothy, “Kriging-based generation of optimal databases as forward and inverse surrogate models,” Inverse Problems, 26 (2010), 074012.
[0089] [5] H. ZHANG, C. GUO, X. SU, AND C. ZHU, « Measurement Data Fitting Based on Moving Least Squares Method », Mathematical Problems in Engineering, (2015). [0089] [5] H. ZHANG, C. GUO, X. SU, AND C. ZHU, “Measurement Data Fitting Based on Moving Least Squares Method”, Mathematical Problems in Engineering, (2015).
[0090] [6] « Outils d'optimisation pour la logistique théorie et pratique >>, Jean-Michel Réveillac, 2015 [0090] [6] “Optimization tools for logistics theory and practice”, Jean-Michel Réveillac, 2015
[0091] [7] Algorithme de Newton : livre « Décomposition-coordination en optimisation déterministe et stochastique >>, Pierre Carpentier, Guy Cohen ■ 2017 [0091] [7] Newton's algorithm: book “Decomposition-coordination in deterministic and stochastic optimization”, Pierre Carpentier, Guy Cohen ■ 2017

Claims

REVENDICATIONS
1 . Méthode de détermination de trajets d’ondes ultrasonores à l’aide d’un dispositif comprenant au moins un transducteur émetteur multi-éléments comprenant une pluralité d’éléments aptes à émettre un signal ultrasonore dans une zone d’une pièce et au moins un transducteur récepteur multi-éléments comprenant une pluralité d’éléments aptes à recevoir l’un des signaux ultrasonores provenant de la pièce, le transducteur émetteur et le transducteur récepteur étant mobiles par rapport à la pièce, la méthode comprenant les étapes de : 1. Method for determining ultrasonic wave paths using a device comprising at least one multi-element emitting transducer comprising a plurality of elements capable of emitting an ultrasonic signal in an area of a room and at least one transducer multi-element receiver comprising a plurality of elements capable of receiving one of the ultrasonic signals coming from the part, the transmitting transducer and the receiving transducer being mobile relative to the part, the method comprising the steps of:
Recevoir une base de données (BD) comprenant, pour différentes positions relatives d’un élément ultrasonore (Ei) par rapport à une pièce de référence, plusieurs modèles de surfaces (S) de la pièce de référence dans une zone d’intérêt prédéterminée (F) sous la forme d’une fonction continue donnant les coordonnées de chaque surface (S) dans un repère lié à l’élément ultrasonore (Ei), la base de données (BD) comprenant en outre pour chaque modèle de surface, une estimation précalculée des coordonnées d’au moins un point d’impact
Figure imgf000017_0001
sur l’au moins une surface (S) de la pièce, d’une onde ultrasonore se propageant depuis/vers l’élément ultrasonore (Ei) vers/depuis un point (Pj) de la pièce de référence prédéfini et/ou une estimation précalculée d’un temps de vol correspondant au trajet de la dite onde ultrasonore, Receive a database (BD) comprising, for different relative positions of an ultrasonic element (Ei) relative to a reference part, several surface models (S) of the reference part in a predetermined zone of interest ( F) in the form of a continuous function giving the coordinates of each surface (S) in a reference frame linked to the ultrasonic element (Ei), the database (BD) further comprising for each surface model, an estimate precalculated coordinates of at least one point of impact
Figure imgf000017_0001
on the at least one surface (S) of the part, of an ultrasonic wave propagating from/towards the ultrasonic element (Ei) towards/from a point (Pj) of the predefined reference part and/or an estimate precalculated with a flight time corresponding to the path of said ultrasonic wave,
Pour différentes positions du dispositif par rapport à la pièce: i. Déterminer (501 ) un modèle de la surface de la pièce dans la même zone d’intérêt sous la forme d’une fonction continue donnant les coordonnées de la surface dans un repère lié au dispositif, ii. Rechercher (502), dans la base de données (BD), au moins un modèle de surface le plus proche du modèle de surface de la pièce, parmi plusieurs modèles de surfaces sauvegardés et déterminer (503), un point d’impact et/ou un temps de vol d’une onde ultrasonore se propageant depuis/vers un élément du transducteur émetteur/récepteur vers/depuis un point P de la pièce comme étant égal au point d’impact et/ou au temps de vol précalculés dans la base de données pour un point (Pj) de l’au moins un modèle de surface recherché le plus proche du point P de la pièce, ou égal à une combinaison de points d’impacts et/ou de temps de vol pour plusieurs points de l’au moins un modèle de surface recherché les plus proches dudit point P. iii. Déterminer (504), à partir du point d’impact et/ou du temps de vol, un trajet de l’onde ultrasonore associé au point P. For different positions of the device relative to the part: i. Determine (501) a model of the surface of the part in the same area of interest in the form of a continuous function giving the coordinates of the surface in a coordinate system linked to the device, ii. Search (502), in the database (BD), at least one surface model closest to the surface model of the part, among several saved surface models and determine (503), a point of impact and/or or a time of flight of an ultrasonic wave propagating from/towards an element of the transmitter/receiver transducer towards/from a point P of the part as being equal to the point of impact and/or the time of flight precalculated in the base of data for a point (Pj) of the at least one surface model sought closest to the point P of the part, or equal to a combination of impact points and/or time of flight for several points of the at least one surface model sought closest to said point P. iii. Determine (504), from the point of impact and/or the flight time, a path of the ultrasonic wave associated with the point P.
2. Méthode selon la revendication 1 dans laquelle l’étape de rechercher (502), dans la base de données (BD), un modèle de surface le plus proche du modèle de surface de la pièce, est réalisée en sélectionnant dans la base de données (BD) la fonction continue la plus proche, dans la zone d’intérêt, du modèle de la surface de la pièce puis en sélectionnant (503) le point d’impact et/ou le temps de vol associé dans la base de données. 2. Method according to claim 1 in which the step of searching (502), in the database (BD), a surface model closest to the surface model of the part, is carried out by selecting from the database data (BD) the closest continuous function, in the area of interest, to the model of the surface of the part then selecting (503) the point of impact and/or the associated flight time in the database .
3. Méthode selon la revendication 1 dans laquelle l’étape de rechercher ( 502), dans la base de données (BD), un modèle de surface le plus proche du modèle de surface de la pièce, est réalisée en sélectionnant dans la base de données (BD) les N fonctions continues les plus proches dans la zone d’intérêt avec N un entier strictement supérieur à 1 , puis à déterminer (503) le point d’impact ou le temps de vol par une interpolation des points d’impacts ou des temps de vols associés aux N fonctions continues sélectionnées. 3. Method according to claim 1 in which the step of searching (502), in the database (BD), a surface model closest to the surface model of the part, is carried out by selecting from the database data (BD) the N closest continuous functions in the zone of interest with N an integer strictly greater than 1, then to determine (503) the point of impact or the time of flight by an interpolation of the impact points or flight times associated with the N selected continuous functions.
4. Méthode selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle la fonction continue est une fonction polynomiale. 4. Method according to any one of the preceding claims in which the continuous function is a polynomial function.
5. Méthode selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle les modèles de surface contenus dans la base de données sont générés aléatoirement ou à partir d’un échantillon de points appartenant à une surface de référence. 5. Method according to any one of the preceding claims in which the surface models contained in the database are generated randomly or from a sample of points belonging to a reference surface.
6. Méthode selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle la pièce comporte plusieurs surfaces correspondant à plusieurs interfaces entre différents milieux de propagation et la base de données comporte plusieurs modèles de surface pour un trajet entre un élément du dispositif et un point P de la pièce 6. Method according to any one of the preceding claims in which the part comprises several surfaces corresponding to several interfaces between different propagation media and the database comprises several surface models for a path between an element of the device and a point P of the room
7. Méthode selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle la zone d’intérêt (F) de la pièce correspond à une fenêtre glissante de taille fixe qui se déplace sur la surface de la pièce avec le déplacement des transducteurs mobiles. 7. Method according to any one of the preceding claims in which the zone of interest (F) of the part corresponds to a sliding window of size fixed which moves on the surface of the part with the movement of the mobile transducers.
8. Méthode selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant en outre la détermination d’une image de la pièce à partir des temps de vol déterminés pour une pluralité de points P de ladite pièce à l’aide d’une méthode d’imagerie du type Focalisation en Tous Points FTP ou « Plane Wave Imaging » PWI. 8. Method according to any one of the preceding claims further comprising determining an image of the part from the flight times determined for a plurality of points P of said part using an imaging method of the All Points Focusing FTP or “Plane Wave Imaging” PWI type.
9. Méthode selon l’une quelconque des revendications 1 à 7 comprenant en outre la détermination d’une loi de focalisation d’un faisceau en au moins un point P de la pièce à partir des temps de vol déterminés pour ledit point P. 9. Method according to any one of claims 1 to 7 further comprising the determination of a law of focusing of a beam at at least one point P of the part from the flight times determined for said point P.
10. Dispositif de détermination de trajets d’ondes ultrasonores, le dispositif comprenant au moins un transducteur ultrasonore émetteur comprenant au moins un élément ultrasonore apte à émettre un signal ultrasonore dans une pièce et au moins un transducteur ultrasonore récepteur comprenant au moins un élément ultrasonore apte à recevoir l’un des signaux ultrasonores provenant de la pièce, les transducteurs étant mobiles par rapport à la pièce, le dispositif comprenant des moyens de stockage et des moyens de calcul (UT) configurés ensemble pour mettre en oeuvre les étapes de la méthode selon l’une quelconque des revendications précédentes. 10. Device for determining ultrasonic wave paths, the device comprising at least one transmitting ultrasonic transducer comprising at least one ultrasonic element capable of emitting an ultrasonic signal in a room and at least one receiving ultrasonic transducer comprising at least one ultrasonic element capable of to receive one of the ultrasonic signals coming from the part, the transducers being movable relative to the part, the device comprising storage means and calculation means (UT) configured together to implement the steps of the method according to any of the preceding claims.
11 . Dispositif selon la revendication 10 dans lequel le transducteur ultrasonore émetteur et le transducteur ultrasonore récepteur sont réalisés par un seul et même transducteur (TR). 11. Device according to claim 10 in which the transmitting ultrasonic transducer and the receiving ultrasonic transducer are produced by a single transducer (TR).
12. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 10 ou 11 comprenant en outre des moyens d’affichage de l’image de la pièce obtenue. 12. Device according to any one of claims 10 or 11 further comprising means for displaying the image of the part obtained.
13. Méthode, mise en oeuvre par ordinateur, de génération d’une base de données (BD) de trajets ultrasonores comprenant les étapes de : 13. Method, implemented by computer, for generating a database (BD) of ultrasonic paths comprising the steps of:
Déterminer (301 ), pour différentes positions relatives d’un élément ultrasonore (Ei) par rapport à une pièce de référence, plusieurs modèles de surfaces (S) de la pièce de référence dans une zone d’intérêt prédéterminée (F) sous la forme d’une fonction continue donnant les coordonnées de la surface (S) dans un repère lié à l’élément ultrasonore (Ei), Calculer (302), pour chaque trajet ultrasonore entre l’élément ultrasonore (E,) et un point (Pj) de la pièce de référence, les coordonnées d’au moins un point d’impact sur l’au moins une surface de la pièce de référence et/ou une estimation d’un temps de vol correspondant au trajet de la dite onde ultrasonore, - Construire (302) une base de données (BD) comprenant, pour chaque position relative d’un élément ultrasonore par rapport à une pièce de référence, plusieurs modèles de surfaces de la pièce de référence, les coordonnées de l’au moins un point d’impact et/ou l’estimation du temps de vol. Determine (301), for different relative positions of an ultrasonic element (Ei) relative to a reference part, several surface models (S) of the reference part in a predetermined zone of interest (F) in the form a continuous function giving the coordinates of the surface (S) in a reference frame linked to the ultrasonic element (Ei), Calculate (302), for each ultrasonic path between the ultrasonic element (E,) and a point (Pj) of the reference part, the coordinates of at least one point of impact on the at least one surface of the reference piece and/or an estimate of a flight time corresponding to the path of said ultrasonic wave, - Construct (302) a database (BD) comprising, for each relative position of an ultrasonic element relative to a reference part, several surface models of the reference part, the coordinates of the at least one point of impact and/or the estimation of the flight time.
14. Programme d’ordinateur comprenant des instructions de code pour la mise en oeuvre de la méthode selon la revendication 13, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur. 14. Computer program comprising code instructions for implementing the method according to claim 13, when said program is executed on a computer.
15. Support d’enregistrement lisible par ordinateur ou téléchargeable sur lequel est enregistré le programme d’ordinateur selon la revendication 14. 15. Computer-readable or downloadable recording medium on which the computer program according to claim 14 is recorded.
PCT/EP2023/070673 2022-07-28 2023-07-26 Method and device for ultrasound imaging with reduced processing complexity WO2024023136A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FRFR2207753 2022-07-28
FR2207753A FR3138525A1 (en) 2022-07-28 2022-07-28 Ultrasound imaging method and device with reduced processing complexity

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024023136A1 true WO2024023136A1 (en) 2024-02-01

Family

ID=84362338

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2023/070673 WO2024023136A1 (en) 2022-07-28 2023-07-26 Method and device for ultrasound imaging with reduced processing complexity

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3138525A1 (en)
WO (1) WO2024023136A1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100179428A1 (en) * 2008-03-17 2010-07-15 Worcester Polytechnic Institute Virtual interactive system for ultrasound training
EP3553561A2 (en) * 2011-09-26 2019-10-16 Ontario Power Generation Inc. Ultrasound matrix inspection

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100179428A1 (en) * 2008-03-17 2010-07-15 Worcester Polytechnic Institute Virtual interactive system for ultrasound training
EP3553561A2 (en) * 2011-09-26 2019-10-16 Ontario Power Generation Inc. Ultrasound matrix inspection

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
C. HOLMESB.W. DRINKWATERP.D. WILCOX: "Post-processing of the full matrix of ultrasonic transmit-receive array data for non-destructive évaluation", NDT&E INTERNATIONAL, vol. 38, 2005, pages 701 - 711
H. ZHANGC. GUOX. SUC. ZHU: "Measurement Data Fitting Based on Moving Least Squares Method", MATHEMATICAL PROBLEMS IN ENGINEERING, 2015
JEAN-MICHEL RÉVEILLAC, OUTILS D'OPTIMISATION POUR LA LOGISTIQUE THÉORIE ET PRATIQUE, 2015
L. LE JEUNES. ROBERTE. LOPEZ VILLAVERDEC. PRADA: "Plane Wave Imaging for ultrasonic non-destructive testing: Generalization to multimodal imaging", ULTRASONICS, vol. 64, 2016, pages 128 - 138, XP029280082, DOI: 10.1016/j.ultras.2015.08.008
PIERRE CARPENTIERGUY COHEN: "Décomposition-coordination en optimisation déterministe et stochastique", ALGORITHME DE NEWTON : LIVRE, 2017
R. MIORELLIX. ARTUSIC. REBOUD: "An efficient adaptive database sampling strategy with applications to eddy current signais", SIMULATION MODELLING PRACTICE AND THEORY, vol. 80, January 2018 (2018-01-01), pages 75 - 88, XP085288935, DOI: 10.1016/j.simpat.2017.10.003
S. BILICZM. LAMBERTSZ. GYIMOTHY: "Kriging-based génération of optimal databases as forward and inverse surrogate models", INVERSE PROBLEMS, vol. 26, 2010, pages 074012

Also Published As

Publication number Publication date
FR3138525A1 (en) 2024-02-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gan Acoustical imaging: techniques and applications for engineers
CA2878545C (en) Method for processing signals acquired by echo sounding, and corresponding computer program and echo sounding device
EP2100160B1 (en) Toa/tdoa mode global passive location
FR2989786A1 (en) DEVICE AND METHOD FOR DEFANTOMING VARIABLE DEPTH FLUTE DATA
CN103946719A (en) Ultrasound matrix inspection
Le Deunf et al. A review of data cleaning approaches in a hydrographic framework with a focus on bathymetric multibeam echosounder datasets
Misiuk et al. Harmonizing multi-source sonar backscatter datasets for seabed mapping using bulk shift approaches
Marmonier et al. Real-time 3D imaging with Fourier-domain algorithms and matrix arrays applied to non-destructive testing
Carcreff et al. Comparison of conventional technique and migration approach for total focusing
FR3004541A1 (en)
WO2019207243A1 (en) Method and system for the non-destructive testing of a mechanical part
FR2891367A1 (en) Part`s e.g. liquid medium, image obtaining method for e.g. medical field, involves computing topological energy from fields obtained by simulation and by subtracting field, got from prior measurement, from field send by part to be inspected
WO2024023136A1 (en) Method and device for ultrasound imaging with reduced processing complexity
Golato et al. Multi-helical path exploitation in sparsity-based guided-wave imaging of defects in pipes
EP3526597B1 (en) Method and device for detecting and characterizing a reflecting element in an object
EP2929343B1 (en) Ultrasound imaging apparatus and method with filtering of artefacts due to interferences between reconstruction modes
Budyn On the use of the geometric median in delay-and-sum ultrasonic array imaging
Molinier et al. Ultrasonic imaging using conditional generative adversarial networks
FR3029636A1 (en) ULTRASONIC IMAGING METHOD AND DEVICE WITH GEOMETRY ECHO ARRAY FILTERING
FR3013850A1 (en) METHOD FOR RECONSTRUCTING A SURFACE OF A PIECE
EP3841400A1 (en) Improved imaging method and imaging device for imaging an object
NL2018870B1 (en) Method for examining the interior material of an object.
FR3045165A1 (en) METHOD AND SYSTEM ON ULTRASOUND IMAGING CHIP
FR3098302A1 (en) Surface wave imaging device
FR2849368A1 (en) DETECTION OF SMALL SIZE DEFECTS IN MEDICAL ULTRASONIC IMAGING

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23745215

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1