Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse
APPLICATIONS de l’EFFET DOPPLER
à l’IMAGERIE ULTRASONORE
Dr Eric OUHAYOUN
Service de Médecine Nucléaire
CHU Purpan
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Effet doppler
• Variation de la fréquence d'une onde lors d'un mouvement
relatif entre l'émetteur et le récepteur
– Récepteur immobile - émetteur mobile :
– cas du train ou de la voiture de police (son).
– Cas des galaxies (décalage spectral, lumière).
– Cas également des hématies réfléchissant une onde US (réémetteur)
• Variation de fréquence proportionnelle à la vitesse de
déplacement et au sens de déplacement
• Mesure du décalage de fréquence : mesure de vitesse
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Effet doppler
Fréquence émise 5Mhz Fréquence reçue 5,006490 MHz
Fréquence doppler : 6,490 kHz
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Equation doppler
F = Fr - Fe = Fd
Fd = 2 (v/c) Fe cos
Peau
Sonde
Vaisseau
Fe
Fr
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Equation doppler
• Dans le cas du sang :
– v = vitesse des globules rouges
– = angle d'incidence du faisceau
– c = célérité des US dans le sang
• On ne peut mesurer v que si l'on connaît l'angle de tir , ce qui est difficile, voire impossible : on a alors accès à des variations relatives de vitesse.
• Si = 90° alors cos = 0 : pas de signal doppler
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Erreur de mesure
Angle detir (°)
Erreursur l'angle
Vitessethéorique
Vitessemesureé
%d'erreur
0 ± 5° 50 cm/s 50,2 0,4
20 ± 5° 50 cm/s 51,8 3,6
40 ± 5° 50 cm/s 54,2 8,4
60 ± 5° 50 cm/s 59,2 18,3
80 ± 5° 50 cm/s 99,6 99
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Signal doppler
• Est en général dans le domaine de l'audible pour les fréquences
utilisées en médecine (2 - 10 MHz).
• Les critères de pénétration des US / fréquence sont toujours
d'actualité.
• Ici apparaît un paramètre "résolution" qui n'est plus la qualité
d'image mais les vitesses mesurables.
• La quantité d'énergie diffusée sur les globules rouges croit également
avec la fréquence.
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Types de Doppler
• CONTINU : un cristal émet en permanence une onde US, au autre reçoit cette onde après réflexion sur les hématies.
• PULSE : un cristal unique émet pendant un bref laps de temps et reçoit ensuite également pendant un bref laps de temps.
• Le mode pulsé permet l'association à l'imagerie en mode B bidimensionnel
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Principe du doppler continu
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Doppler continu
• Un circuit analyse Fd fait la soustraction Fr - Fe et le répercute dans un haut parleur. (analyse auditive des caractéristiques du flux).
• Une visualisation graphique est également possible : importance de Fd et sens de l'écoulement.
• Par convention, un signal se rapprochant de la sonde est positif.
• Problème de l'ambiguité en distance + + +Problème de l'ambiguité en distance + + +
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Doppler pulsé
• Permet une analyse dans une zone donnée dont la position dépend du délai entre émission et réception.
• Peut se coupler au mode B
• Compromis à trouver entre la PRF et la profondeur d'exploration d'une part, et entre la durée de réception et la vitesse maximale à mesurer.
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Principe du doppler pulsé
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Couplage doppler et imagerie
D : ligne de tir
VM : volume de mesure
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Avantages
• Emission alternée pour l'image B (analyse permanente du signal) et pour le doppler (analyse pendant la fenêtre de recueil) : système duplex
• Résolution spatiale : permet de localiser l'enregistrement doppler en profondeur
• La résolution axiale est déterminée par la longueur de l'impulsion US.
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Inconvénients
• Faible sensibilité aux flux lents
• Difficulté de quantification des flux rapides
• Ambiguïté en distance et en vitesse (aliasing)
• Compromis à trouver entre les fréquences d'émission pour l'image et celles du doppler d'une part, et entre l'angle d'incidence sur les interfaces (minimal pour le doppler et maximal pour l'image)
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Analyse du signal doppler
• ANALOGIQUE :
– représentation de la fréquence doppler par un compteur de passage à zéro.
– Représente la moyenne des fréquences doppler échantillonnées.
– Associée à une traduction phonique
– L'information sens est conservée, traduite par la position de la courbe par rapport au zéro.
– Permet de détecter les anomalies de flux mais la caractérisation est difficile
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Analyse du signal doppler (2)
• ANALYSE SPECTRALE
– décodage des fréquences doppler contenues dans le signal pendant la durée
de mesure
– Quantification en fréquence (donc vitesse) et en énergie reçue (donc nombre
d'éléments à cette vitesse)
– Affichage sous forme de spectre
• CARACTERISATION DU FLUX
– Fréquence maximale : vitesse quadratique moyenne
– Aspect du spectre : type de flux (laminaire ou turbulent)
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Principe de l'analyse spectrale
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Résultat analyse spectrale
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Caractérisation du flux
Laminaire turbulent Jet post sténotique
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Exemple de tracé doppler mitral
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Problèmes liée à l'analyse spectrale
• Sont en fait liés à la capacité d'analyse spectrale du système par FFT et donc à l'échantillonnage du signal (cf théorème de SHANNON) :– Valeur de la PRF (= fréquence d'échantillonnage)
– Taille du volume d'échantillonnage
– Position du volume d'échantillonnage
• Filtrage
• Génèrent des phénomènes d'aliasing (repliement de spectre)
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Phénomène "d'aliasing"
continu
pulsé
aliasing
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Repliement de spectre
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Doppler couleur
• Décodage du signal doppler (fréquence, phase et amplitude) pour chaque pixel de l'image et transformation du signal en informations codées en fausses couleurs selon le sens et la vitesse de déplacement des structures.
• Mise en évidence de la variance du signal doppler dans le pixel d'analyse (variabilité des vitesses due au type de flux)
• Nécessite de grosses capacités de calcul (FFT rapide et mémoires importantes) pour traiter des images de taille raisonnable en temps réel.
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PRINCIPE DU DOPPLER COULEUR
Artère
Veine
Sonde
0eloignement rapprochement
+ vitesse +
Peau
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Doppler couleur
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Difficultés du codage couleur
• Grosse capacité de calcul.
• Nécessité de moyenner l'information obtenue pour chaque pixel lors de plusieurs acquisitions (autocorrélation) pour améliorer le rapport signal sur bruit.
• La résolution de l'image couleur varie en sens inverse de sa taille.
• La qualité de l'image dépend du nombre de tirs.
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Doppler couleur : carotide + jugulaire
?
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Bifurcation carotide
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Jugulaire et carotide
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Aorte
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Doppler couleur : flux remplissage VG
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Doppler couleur : flux éjection VG
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Flux remplissage VG
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Doppler couleur : Iao + Rao
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Insuffisance tricuspidienne
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Doppler couleur : IM
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Doppler couleur : IM
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Doppler couleur : IM
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Insuffisance mitrale
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Insuffisance mitrale : quantification
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Doppler couleur : IVA
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Evaluation des Pressions
P ≈ 4 V2 max
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Doppler artère rénale
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Evaluation des flux
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Doppler du cordon ombilical
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Interêt doppler couleur
Dissection aortique
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Prolapsus Valvulaire Mitral
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TM
B
B+Dopplercouleur
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Principe du Doppler "énergie"
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Doppler Energie : Utérus
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Doppler énergie : Rein
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Vascularisation placentaire
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Vascularisation cérébrale
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Vascularisation thyroïdienne
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Doppler couleur+Energie : veine porte
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Pseudo 3D : vascularisation rénale
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Doppler tissulaire énergie : myocarde
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Doppler tissulaire myocardique
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Doppler couleur + TM
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Doppler tissulaire TM
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Doppler tissulaire
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Codage vitesse par "signature"
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Imagerie harmonique : principe
la résonance des bulles d'air (2e harmonique) est seule détectée
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Imagerie Harmonique
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Doppler harmoniquevascularisation rénale
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Imagerie harmoniquesans produit de
contraste
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Echo de contraste
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C’est fini?
Eh ouiA l’année prochaine
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Numérisation - Limites
Normal Fréquence d’échantillonnage insuffisante
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Aliasing
Ce phénomène se traduit sur
l'analyse spectrale par un
repliement du spectre, les
fréquences les plus élevées
étant codées en négatif par un
repliement de la couleur.
Après augmentation de la
PRF, le tracé est correct et la
couleur homogène.
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Hôpital PurpanToulouse
Médecine Nucléaire
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