Doppler fondamental et pra.que

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1 Doppler fondamental et pra.que Dr Damien Coisne

2 1877 The Theory of Sound Chris.an Doppler Effet Doppler 1842 : ondes acous.ques HypolyCe Fizeau Effet Doppler Fizeau 1948: ondes électromagné.ques L effet Doppler est le décalage de fréquence d une onde acous<que ou électromagné<que entre la mesure à l émission et la mesure à la récep<on lorsque la distance entre l éme@eur et le récepteur varie au cours du temps.

3 1888. Descrip.on de l effet Piezo électrique par Pierre et Jacques Curie 1915 Inven.on de l hydrophone (150kHz)par Langevin et constata.on des premiers effets biologiques U.lisa.on des US (effet Doppler) pour la détec.on des défauts dans les pièces métalliques par Sokolov

4 Doppler Leandre Pourcelot développe le premier vélocimètre ultrasonore 1967 bi direc.onal spectral Doppler 1971 Doppler échocardiography (Edler et Lindstrom)

5 Bases de Biomécanique Défini.ons. Flux, laminaire, turbulence,.. Loi de conserva.on de l énergie Equa.on de Bernoulli Loi de la conserva.on de la masse Equa.on de con.nuité

6 Flux laminaires, turbulence recircula.on, vortex Laminaire à front plat (débit) Laminaire front parabolique

7 P l Vortex, recirculation Vena contracta : Zone de flux laminaire à vélocité maximale Cc = Surf Anat / Surf eff, Cd = Coeff de perte de charge

8 Conserva.on de l énergie V 1 V 2 ΔP Equa.on de Bernoulli ΔP = ½ ρ(v 1 2 V 22 ) + ρ dv /Dt Ds + R( µ,v) NRJ ciné.que Accéléra.on Viscosité

9 Equa.on de Bernoulli ΔP = ½ ρ(v 1 2 V 22 ) + ρ dv /Dt Ds + R( µ,v) NRJ ciné.que Accéléra.on Viscosité Si le terme viscosité et accélération peut être «négligé», gradient calculé au travers d un orifice de petite taille séparant deux chambres Si V2<<V1 Alors ΔP = ½ ρv 1 2 ΔP(mmHg) =4V (m/s) 2 Cqfd!!!!

10 Conserva.on de la masse Q = Surf * Vitesse S1 V1 = S2 V2 V est la vit moy En pratique Vol eject= S x ITV et S 2 = S 1 x ITV 1 /ITV 2

11 Doppler cardiaque Doppler pulsé Monoporte, mul.porte Doppler con.nu Doppler couleur TM couleur Doppler.ssulaire

12 Effet Doppler V vitesse des GR F 0 : fréquence émise C: célérité des US θ angle entre US et direction de la cible

13 Effet angle Commun à l ensemble des techniques Doppler

14 Flux laminaire mais quel profil? Analyse en Doppler à émission Con.nue, régime pulsé V V V t Profil plat, parabolique, intermédiaire t t

15 Doppler à émission continue, Débit instationnaire Différence entre flux laminaire et turbulent A B Doppler continu Emission et réception permanente V 1 V 2 Vmax ++ Spectre «plein» Valeurs négatives A t B t

16 Doppler con.nu vs Doppler pulsé DC: émission ultrasonore et réception en continu DP: émission d un «pulse» et réception sélective t=d/c V de Vmin à Vmax V V V =Vmax t t

17 Décalage de phase Informa.on de vitesse et de direc.on

18 PRF et Doppler pulsé Vmax analysable A Vmax A>> =Vmax B B Vmax A+ Vmax A- La gamme de vitesses enregistrables est fonction de la profondeur et PRF t

19 Limite de Nyquist Rotation horaire 1/s 4 i/s (RT:250ms): analyse correcte du phénomène; sens de rotation et vitesse 2i/s (RT 500ms)? 3i/4s (RT:750ms) analyse incorrecte du phénomène; sens de rotation inverse et vitesse NL=freq d échan.llonage/2 PRF > 2X freq Shir Doppler

20 Doppler pulsé, mono et mul.porte, Doppler con.nu PRF: pulse repetition frequency

21 Analyse spectrale et représenta.on FFT

22 Doppler pulsé sous aor.que mesure Doppler pulsé en zone «laminaire» angle d incidence (<20 ) volume d échantillonnage et dispersion spectrale mini vélocité max.

23 Doppler pulsé sous aor.que mesure Doppler pulsé en zone «laminaire» angle d incidence (<20 ) volume d échantillonnage et dispersion spectrale mini vélocité max.

24 Vélocimétrie Doppler Limites Ambiguité spa.ale Ambiguité en vitesse Une seule composante de la vitesse

25 Réglages échographe fréquence en DP ou DC aussi basse que possible freeze 2D volume ech pe.t gains au min. filtres de paroi au min. (200 à 600 Hz) DC filtre paroi au max. Vit de défilement min. à 50 mm/s ECG op.miser le réglage onde P!! 25

26 Doppler : informa.on de vitesse U.lité? Gradient de pression Débits Profils hémodynamiques Hémodynamique non invasive Ciné.que pariétale (DTI)

27 Gradients de pression PAPs PVD POd Vmax= 2.9 m/s Gradient Max = 4x = 33.5 mmhg

28 Gradients de pression Cas de la Sténose Aor.que G inst max G Moy Grad Pic à Pic = 28 mmhg m/s! -1! Vmax= 3.3 m/s Gradient Max = 4x = 44 mmhg -2! -3! -4! Gradient moyen = 30 mmhg

29 Débits Vol éjection(cm 3 ) = ITV (cm) x Surface (cm 2 ); Débit (cm 3 /mn)= Vol Ej (cm 3 ) x FC (mn- 1 ) Profil laminaire, à front plat Flux Pulsé ΠD 2 /4 S ITV FC

30 Débit sous aor.que en pra.que

31 Doppler chambre de chasse VG Accélération sous aortique

32 Doppler chambre de chasse VG Profil de vitesse sous aortique transversal Notion relative du profil «plat» sous aortique et calcul du débit

33 Hémodynamique non invasive quelques autres exemples Résistance Pulmonaire DP/DT VG, DP/DT VD Constante Tau VG

34 Resistance pulmonaires Δp=4V 2 Δp=4 x = 49 mmhg Res= Pressure/Débit ITV= 12 cm Res Pulm(UW)= Vmax (m)/itvpulm(cm)* Res Pulm= (3.5/12)x = 3.1 UW

35 PVg dp/dt VG 1m/s 3m/s 26ms Δp=36-4=32mmHg dp/dt=32/26=1230mmhg/s 50ms Δp=36-4=32mmHg dp/dt=32/50=640mmhg/s

36 Tau et IAo

37 Profils hémodynamiques La diastole

38 Es.ma.on des pressions de remplissage Vg P cap ou P og moyenne P préa PTDVG P OG moy PréA Ptdvg FM OM

39 Hémodynamique non invasive

40 Fonc.on diastolique Appleton et Hatle

41 E/E et Mean LVDP M LVDP limit: 12 mmhg (Ommen Circula(on. 2000;102: )

42 Doppler en pra.que Cas du Doppler transmitral Différents éléments de l étude Diastolique et leurs erreurs d acquisi.on Objec.f: décrire les différents facteurs de variabilité humains techniques ultrasonores C. Appleton JASE. 1997;10:

43 Doppler transmitral

44 Doppler trans mitral C. Appleton JASE. 1997;10:

45 Doppler trans mitral Effet du vol d échan.llonnage mm C. Appleton JASE. 1997;10:

46 Doppler trans mitral Effet Gain C. Appleton JASE. 1997;10:

47 Doppler trans mitral Incidence ultrasonore C. Appleton JASE. 1997;10:

48 Doppler trans mitral Alignement ultrasonore C. Appleton JASE. 1997;10:

49 Doppler trans mitral C. Appleton JASE. 1997;10:

50 Doppler trans mitral Posi.on dans l»entonnoir» mitral C. Appleton JASE. 1997;10:

51 Doppler trans mitral Varia.on diastolique de la posi.on du VE C. Appleton JASE. 1997;10:

52 Pic de E et A posi.on transducteur vol éch 1 à 2 mm Filtres : obtenir le flux méso diastolique réduire l éparpillement spectral variabilité respiratoire acquisi.on télé- expiratoire 30 52

53 REGLAGES LPRF VOL ECHANTILLONAGE DE 1 À 2 mm FILTRES MAX: 15 CM/S VITESSES OPTIMALES GEL DE L IMAGERIE 13 53

54 Décéléra.on de l onde E importance de la variabilité valeur seuil < 130 ms pic CMD, CMR VE dans la zone laminaire alignement, 1mm,.p, 26 postérieur (vortex ant),(24) mouvement anneau!!(25) Gains, Taille VE 54

55 Durée de l onde A cf: pression télé- diastolique /pré A 15ms erreur modifie le diagnos.c! localisa.on VE mouvement de l anneau++(25) loc antéro médiane (Adur)(24) filtrage +++ début onde A = début Ar 55

56 Schematic diagram of pulmonary venous flow velocity with electrocardiogram (ECG) illustrates Doppler variables measured. These include peak flow velocity in early ventricular systole (PVs1), peak flow velocity in later systole (PVs2), peak diastolic flow velocity (PVd), and peak reverse flow velocity at atrial contraction (PVa). The duration of peak reverse flow velocity at atrial contraction (PVa dur) is also measured.. Doppler Veineux Pulmonaire

57 Doppler Veineux Pulmonaire

58 Doppler Veineux Pulmonaire

59 S D A REGLAGES: VOL ECH PLUS LARGE, FILTRES MINIMUM( entre 5et 10 cm/ s), VOL ECH DANS LA VEINE PULM (mini 2 mm ), GAMME DE VITESSES OPTIMISÉE, GEL 2D

60 Veine pulmonaire erreurs manque Ar VE + large dans la veine (28) Artefacts de paroi pseudo Ar (contrac.on OG ++) Profondeur d analyse!! Aorte Descendante 60

61 Doppler couleur

62 Technique Cartographie de vitesse (2D) N lignes M échantillons par ligne Analyse de vitesse par corrélation 312 échantillons/ligne 64 lignes 34 I/s (res temp: 30ms)

63 DOPPLER COULEUR Champs de vitesse 2D Auto corréla.on(3 à 5 échan.llons) Codage couleur Mesure de la V moy

64 Doppler couleur et flux de convergence (PISA) Cas d une IM

65 Limites du Doppler couleur Résolu.on temporelle et spa.ale, Effet angle(doppler)

66 Doppler.ssulaire FFT Doppler.ssulaire (spectral) S' E ' A ' 100 mm/sec sweep speed

67 Doppler Tissulaire Analyse de la ciné.que de l anneau mitral Vitesse de déplacement longitudinal de l anneau mitral sur sa portion latérale

68 Doppler Tissulaire Analyse de la ciné.que de l anneau mitral 4 échantillons sur l anneau (2), Mi paroi (2) TVI: 25 i/s Cartographie 2 D des vitesses pariétales, Résolution temporelle plus basse que le Doppler tissulaire

69 V cm/s Vitesse % Time integral t d (cm) d (cm) Déformation ou Strain t Mode TM Déplacement t

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