Technique d’amélioration de la cadence

L’amélioration de la résolution temporelle d’un système d’imagerie active répond à divers besoins opérationnels. Elle permet notamment la visualisation de phénomènes rapides tels que les mouvements de valves en cardiologie, la propagation d’onde de cisaillement en élastographie des tissus ou encore l’étude des distributions des vitesses individuelles dans les bancs de poissons. Diverses méthodes ont été développées dans ce sens.

3.3.1. Méthode Ultrafast

Ce mode d’imagerie, également appelé mode onde plane, consiste à élargir à l’extrême le faisceau d’émission en excitant l’ensemble des éléments de l’antenne d’émission en phase. On génère ainsi une onde plane en champ proche de la largeur de l’antenne d’émission. L’intérêt d’une telle approche est qu’elle permet d’insonifier l’ensemble du milieu en un seul tir et donc permet par formation de voies à la réception, l’imagerie de ce milieu. Ce mode couramment répandu dans les sonars, du fait que la zone insonifiée est relativement petite angulairement, se développe également en échographie médicale dans le cadre des méthodes élastographiques (Bercoff, 2004).

Figure 42 : Méthode onde plane

Cette méthode d’imagerie permet d’atteindre des cadences de 1000 images par seconde pour des profondeurs de pénétration de 60mm. La contrepartie d’une telle cadence est la dégradation de la résolution et de la cadence de l’image réalisée. En effet le diagramme échographique ne bénéficie plus ici que de la focalisation à la réception.

Cette dégradation peut être limitée par l’émission de faisceaux larges et par la reconstruction des lignes insonifiées. On parle de méthode multiligne.

Onde plane

Antenne d’émission réception

Zone imagée

Figure 43 : Méthode multiligne

3.3.2. Méthode multibeam

Les dégradations liées à l’approche multiligne peuvent être réduites par l’émission de plusieurs faisceaux fins simultanés. On parle de méthode multibeam. Cette méthode consiste à focaliser simultanément plusieurs faisceaux ultrasonores le long de lignes distinctes séparées dans l’espace. Afin de limiter au mieux les interférences entre les faisceaux, la distance entre ces lignes est choisie pour être la plus grande possible dans les limites de la taille de l’antenne. La séquence est ensuite répétée en décalant les lignes de proche en proche. La cadence d’imagerie se trouve alors multipliée par un facteur égal au nombre de faisceaux émis simultanément (Bercoff, 2004).

Figure 44 : Méthode multibeam

Antenne d’émission réception

Faisceau

Balayage transverse

Zone d’imagerie

optimale Loi de retard émission

Loi de retard réception

Faisceau

Balayage transverse Loi de retard

Zone d’imagerie

3.3.3. Codage temporel

Le nombre de tirs à l’émission peut être considérablement réduit par l’utilisation de code temporel sur le signal émis. Cette méthode consiste à insonifier simultanément le milieu par plusieurs signaux temporels orthogonaux entre eux, c'est-à-dire dont le coefficient d’intercorrélation est le plus faible possible.

Les codes utilisés peuvent être des codes orthogonaux temporellement ou fréquentiellement. C'est-à- dire que leurs contenus spectraux peuvent être communs ou dissociés.

Codes à spectre commun

La première méthode utilise des codes hérités des techniques de télécommunication et fut appliquée à l’imagerie biomédicale par (O'Donnell, 1992) puis (Chiao & Thomas, 2000). Cette méthode avait originellement pour objectif l’amélioration du pouvoir de pénétration des systèmes par augmentation du rapport signal à bruit grâce au filtrage adapté. Elle fut ensuite appliquée à l’imagerie forte cadence par (Misaridis & Jensen, 2005) puis (Gran & Jensen, 2005). La qualité de la résolution axiale d’un tel système dépend grandement des propriétés d’auto-corrélation des codes utilisés. De plus, la capacité à dissocier les signaux provenant de codes d’émission différents réside dans la faible inter-corrélation des codes quelque soient les décalages en phases considérés. Dans le cas contraire on parle de phénomène de diaphonie (ou cross-talk) entre les codes considérés.

Différents types de codes furent introduits visant à l’optimisation de différents paramètres : - Les codes de Barker sont des successions de N termes aj, égaux à +1 ou -1, tels que :

1

≤

∑

a

a

Ces codes présentent des autocorrélations dont les lobes secondaires sont de niveaux faibles. Typiquement le ratio entre le niveau du lobe principal et le lobe secondaire est de 1/N. Malheureusement il existe très peu de ces codes et leur utilisation permet uniquement une amélioration de la pénétration.

- Les codes de Golay sont des paires de séries binaires de N +1 ou -1 qui satisfont la condition :

)

(

2

)

(

*

)

(

)

(

*

)

(n

a

n

b

n

b

n

N

n

a

−

+

−

=

δ

Avec δ(n) le symbole de Kronecker. Les paires de Golay ont pour intérêt de présenter des lobes secondaires d’autocorrélation nuls. Cependant cette méthode nécessite deux acquisitions de la même zone par les deux séries de Golay complémentaires, ce qui réduit la cadence d’autant.

- Les codes de modulation fréquentielle linéaire (ou chirp) :

Ces codes ont été présentés précédemment (cf. 3.1.2). Ils consistent à générer des chirps de durée et de bandes différentes au sein d’une bande de fonctionnement. Les gains de traitement des différents codes, à savoir le produit entre la largeur de la bande utilisée et la durée du code, étant égaux, l’intérêt d’une telle méthode est qu’elle permet la génération d’une grande variété de codes qui pourront ensuite être utilisés simultanément pour améliorer la cadence. La contrepartie de cette méthode est que chacun des codes aura une durée ou une bande différente. C’est-à-dire, que chacune des acquisitions présentera une résolution ou une pénétration différente.

Enfin les niveaux des lobes secondaires du filtrage adapté présentent souvent des limitations importantes en termes de contraste sur l’image finale.

Codes à spectre dissociés

Il s’agit de diviser la bande totale du système en N sous-bandes et de transmettre N codes modulés en fréquence (Chirp). L’intérêt d’une telle méthode se manifeste lorsque le nombre de capteurs élémentaires est limité. Elle permet, par l’utilisation d’antenne lacunaire, de résoudre l’ambigüité angulaire tout en conservant une résolution intéressante.

Les systèmes sonars se prêtent avantageusement à ce genre de méthode, car la résolution axiale de ce genre de système est généralement nettement inférieure à la résolution azimutale. La Figure 45 représente une image obtenue avec un sonar frontal à codage à spectre dissocié (Mosca & Jean, 2007) :

Figure 45 : Principe du sonar frontal à secteur fréquentiel (iXSea)