Correction des mouvements en temps-r´ eel par r´ etroaction

Pour r´ealiser un syst`eme de correction des mouvements, une premi`ere difficult´e consiste `a concevoir un syst`eme de th´erapie capable de se d´eplacer par rapport `a l’organe `a traiter. Le d´eplacement du point focal peut ˆetre obtenu de deux fa¸cons : m´ecaniquement, si le syst`eme de th´erapie est mont´e sur des moteurs de d´eplacement 3D, ou ´electroniquement en appliquant des retards de phase sur chacun des ´emetteurs ind´ependants du r´eseau HIFU. L’avantage principal du balayage ´electronique est sa rapidit´e, le d´eplacement ´etant r´ealis´e instantan´ement d`es que les nouvelles phases sont calcul´ees, alors qu’un balayage m´ecanique est limit´e par son acc´el´eration et sa vitesse. En contrepartie, le balayage ´electronique implique l’utilisation d’un r´eseau et d’une ´

electronique beaucoup plus complexes, compos´ees d’´emetteurs ind´ependants. Dans ce cas des lobes de r´eseau apparaissent ´egalement dans le champ diffract´e, limitant le balayage `a une zone restreinte de l’organe, dont les dimensions d´ependent des caract´eristiques de diffraction du r´eseau, en particulier de la directivit´e des ´emetteurs, de la fr´equence utilis´ee, et de l’ouverture du r´eseau. Le syst`eme de th´erapie utilis´e dans toutes nos exp´eriences de tracking est le r´eseau compos´e de 200 ´emetteurs de 8 mm de diam`etre fonctionnant `a la fr´equence centrale de 1 MHz. Les caract´eristiques g´eom´etriques de ce r´eseau, en particulier son ouverture tr`es large, font que le point de focalisation peut ˆetre d´eplac´e autour du point focal g´eom´etrique dans toutes les directions sur une zone tr`es large. En effet, le point focal peut ˆetre d´eplac´e lat´eralement de 30 mm et axialement de 50 mm, tout en gardant une bonne qualit´e de focalisation et une intensit´e importante au foyer. Plus de d´etails sur les caract´eristiques de ce r´eseau sont disponibles au chapitre 5.

4.3.1.2 Alternance des s´equences en temps-r´eel

Le v´eritable challenge consiste `a impl´ementer en temps-r´eel sur le mˆeme syst`eme, la technique de tracking et de focalisation dynamique du faisceau ultrasonore de th´erapie. Pour cela, les mul- tiples s´equences d’´emission-r´eception utilis´ees pendant l’exp´erience, sont d’abord programm´ees `

4 petites sous-s´equences comprenant l’´emission d’une impulsion sur une des 4 sous-ouvertures, puis l’enregistrement du signal r´etro-diffus´e sur la mˆeme sous-ouverture pendant un temps bref de quelques dizaines de microsecondes. La s´equence de th´erapie est compos´ee d’un unique signal d’´emission sinuso¨ıdal d’une dur´ee de 90 ms, et de retards d’´emission ajustables pour chacun des transducteurs.

Une fois les s´equences programm´ees sur l’´electronique, un ordinateur de contrˆole permet de synchroniser l’enchaˆınement des s´equences au cours du temps. La Fig. 4.9 montre l’alternance des s´equences utilis´ees pendant le traitement. Dans un premier temps une s´equence d’imagerie est r´ealis´ee pour servir de r´ef´erence et les signaux r´etrodiffus´es sont stock´es en m´emoire. Le traitement ultrasonore d´ebute alors par une s´equence de th´erapie, imm´ediatement suivie d’une nouvelle s´equence d’imagerie. Les nouveaux signaux ultrasonore r´etrodiffus´es sont enregistr´es et rapatri´es sur l’ordinateur, et utilis´es pour calculer le d´eplacement des tissus pendant la courte s´equence de th´erapie. Connaissant le mouvement du tissu, les retards de chacun des ´emetteurs sont calcul´ees pour d´eplacer le point focal de la mˆeme quantit´e. Enfin, ces retards sont transmis `

a l’´electronique, et une nouvelle s´equence de th´erapie peut ˆetre r´eactiv´ee.

Fig.4.9 – Alternance des s´equences de th´erapie et des s´equences d’imagerie permettant de calculer le d´eplacement et de corriger les effets des mouvements.

Une telle alternance des s´equences peut sembler complexe `a mettre en œuvre, mais est n´eces- saire pour plusieurs raisons : tout d’abord cela permet d’avoir des signaux r´etrodiffus´es propres et d’´eviter l’´enorme bruit ultrasonore g´en´er´e par les HIFU. Dans notre cas particulier, ce bruit est d’ailleurs beaucoup plus important que le signal lui-mˆeme, la fr´equence de l’onde ultrasonore utilis´ee pour la s´equence d’imagerie ´etant la mˆeme que celle utilis´ee en th´erapie, puisque les transducteurs de th´erapie servent aussi d’´emetteurs/r´ecepteurs pour l’imagerie. D’autre part, cette alternance permet d’utiliser tous les ´el´ements `a la fois en mode de th´erapie et d’imagerie, puisque les deux modes sont compl`etement s´epar´es dans le temps. Enfin, il est important de noter que le temps de cycle effectif, c’est `a dire le ratio du temps d’application des ultrasons focalis´es par rapport au temps total, n’est que l´eg`erement diminu´e par rapport `a un traitement classique (il est ici de 90%). Les s´equences d’imagerie sont en effet tr`es br`eves et l’enregistrement des signaux r´etrodiffus´es, le calcul du d´eplacement, et la modification des retards de phase ne

4.3. Th´erapie HIFU avec correction de mouvement 65

prend que 10 ms sur notre syst`eme. Ce temps pourrait encore ˆetre diminu´e significativement en utilisant une connection haut d´ebit entre l’´electronique et l’ordinateur. Enfin, il est tout `a fait envisageable d’impl´ementer l’algorithme en hardware pour une utilisation encore plus rapide et efficace du syst`eme de tracking.

4.3.2 Exp´eriences