Doppler : principes de base. Dr Thierry Puttemans Imagerie Médicale

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1 Doppler : principes de base Dr Thierry Puttemans Imagerie Médicale

2 Si l émetteur et le récepteur sont immobiles, le fréquence Fr perçue par le récepteur est égale à la fréquence d émission Fe Si l émetteur est en mouvement, le fréquence Fr perçue par le récepteur est différente de la fréquence d émission Fe

3 En imagerie médicale : L effet Doppler est basé sur la rétrodiffusion de l onde acoustique par les globules rouges en mouvement, présents dans le sang.

4 f f + f θ Fr = Fe +/- F F = fréquence Doppler

5 Effet Doppler f = 2f V/C cosθ Fréquence Doppler Angle θ Fréquence de la source Vitesse du sang Vitesse de propagation

6 Doppler : principe d acquisition du signal mode pulsé f f = 2f V/C cosθ

7 f (Hz) v (cm/sec) 0 1 groupe de GR = tracé linéaire t 0 plusieurs groupes de GR = analyse spectrale t

8 Doppler spectral «Doppler pulsé» émission/réception alternative émission d impulsions selon une fréquence de répétition PRF = Pulse Repetition Frequency analyse du signal de retour entre deux impulsions affichage : analyse spectrale (transformée de Fourier) sur chaque ligne du tracé : répartition des fréquences sous forme de points brillance proportionnelle à quantité de GR signal phasé : indication du sens d écoulement

9 signal phasé : indication du sens d écoulement f f

10 mode couleur

11 mode couleur système multiporte procédé d analyse du signal appelé «autocorrélation» obtention le long d une ligne de tir : amplitude du signal phase fréquence Doppler encodage des fréquences moyennes

12 mode couleur affichage : superposition de l info couleur sur image modeb convention rouge/bleu (+/- vert) saturation de la couleur en fct de la vitesse limite de sens d écoulement = noir

13 mode énergie codage bidirectionnelle de l énergie du signal proportionnel au nombre de GR présents Avantages indépendance de l angle pas d ambiguïté en fréquence sensibilité aux flux lents résolution spatiale Limites résolution temporelle pas d indication du sens d écoulement sensibilité aux mouvements parasites

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15 mode duplex / triplex affichage synchronisé image + spectre = Duplex image + couleur + spectre = Triplex priorités possibles : image, couleur, spectre

16 En pratique Comment optimiser la qualité du signal Doppler Facteurs influençant la qualité du signal Doppler

17 Angle θ Pour obtenir un décalage de fréquence, il faut obligatoirement un angle entre l axe d écoulement du sang et le tir Doppler

18 Angle θ f f θ Θ = 0 Signal Doppler maximal Θ = 90 Pas de signal Doppler

19 Angle θ en Doppler pulsé + analyse spectrale si angle 90 : pas de signal ou signal en miroir l angle doit être inférieur à 65 (sinon erreur mesure) nécessité d indiquer à l appareil l axe du flux! manipulation indépendante de l acquisition

20 Angle θ

21 Angle θ en Doppler couleur angle moins important ligne noire de passage à zéro possibilité d anguler le boitier couleur (steering)

22 Angle θ Plus l angle est important, plus le signal Doppler observé est faible en Doppler pulsé + analyse spectrale amplitude maximale pour un angle 0 amplitude du signal diminue avec l angle en Doppler couleur le codage couleur varie fortement en fonction de l angle entre le vaisseau et le boitier couleur! boitier trop incliné : perte de rendement

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24 fréquence Doppler Plus la fréquence est élevée, plus la sensibilité aux flux lents est élevée Pour détecter des flux lents ou pour étudier la perfusion d un organe, il faut utiliser une fréquence Doppler haute.

25 fréquence Doppler Plus la fréquence est élevée, moins la profondeur d exploration est grande Pour détecter des flux situés en profondeur, il faut utiliser une fréquence Doppler basse.

26 fréquence Doppler Modifier la fréquence Doppler = 2 manières de faire : soit faire varier la fréquence Doppler soit changer de sonde

27 Faire varier la fréquence Doppler

28 Changer de sonde?

29 Réglages de bases gain spectral ou couleur réglage initial indispensable réglage spectral indépendant du réglage couleur réglage propre à chaque sonde

30 Gain Doppler

31 Réglages de bases Filtre passe-haut Appliqué pour éliminer les artefacts dus aux mouvements de structures voisines (battements cardiaques transmis, pulsations aortiques transmises, mouvements des parois)

32 Filtre passe-haut

33 Réglages de bases Échelle d affichage! Peut être inversée, en spectre ou en couleur Risque d erreur d interprétation

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39 Réglages de bases Fenêtre d échantillonnage Doit être placée au centre du vaisseau 50% du diamètre vasculaire f

40 Réglages de bases PRF fréquence de répétition des impulsions PRF échelle velocity range scale

41 Échantillonnage d un phénomène périodique théorème de Shannon : pour caractériser un phénomène périodique, il faut utiliser une fréquence d échantillonnage égale au double de la fréquence propre du phénomène analysé : PRF > 2Fd

42 Doppler pulsé (DP) Problèmes techniques 1. profondeur maximale d exploration : dmax = C/2PRF 2. fréquence maximale mesurable (limite de Nyquist) lorsque la profondeur maximale et/ou la fréquence maximale analysables sont dépassées (Fd > PRF/2) = ambiguité en fréquence ou aliasing

43 ambiguïté en fréquence ou aliasing Codage inversé des vitesses élevées lorsque la fréquence d échantillonnage du signal (= PRF) est inférieure au double de la fréquence analysée : théorème de Shannon Doppler spectral Doppler couleur

44 Exemple : vitesse systolique max 15 cm/sec Echelle aliasing

45 PRF

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47 Exemple : vitesse 25 cm/sec, analyse couleur Echelle aliasing

48 ambiguïté en fréquence ou aliasing 1 la fréquence de répétition des impulsions est trop petite pour échantillonner le signal 2 indique un choix d échelle inadapté à la vitesse 3 indique une vitesse anormalement élevée dans le vaisseau Signe sémiologique de sténose

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50 Comment supprimer l aliasing? 5 possibilités Augmenter la PRF Déplacer la ligne de base = élargir l échelle Augmenter l angle θ Diminuer la fréquence Doppler Utiliser une sonde Doppler continu

51 Mesures vitesses circulatoires indice de résistance de Pourcelot indice de pulsatilité de Gosling 1. Travailler sur un tracé de bonne qualité 2. Indiquer à l appareil l axe du vaisseau 3. Eviter les mesures de vitesse si angle θ > Ne pas calculer la surface de section du vaisseau en couleur

52 A retenir Angle thèta Fréquence Doppler Réglages de base Gain Doppler Filtre passe-haut Echelle d affichage Fenêtre d échantilonnage PRF Mesures

53 Comment interpréter le signal

54 1 profil d écoulement Gros vaisseaux : Petits vaisseaux : profil plat tracés fins profil parabolique tracés pleins

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56 2 résistance à l écoulement R = 8 Lη / πr 4 La résistance circulatoire est proportionnelle à la viscosité et à la longueur du segment de tube, et inversement proportionnelle à la quatrième puissance du rayon. Loi de Poiseuille

57 rôle primordial de la vasomotricité tonus musculaire lisse : parois artériolaires sphincters pré-capillaires régulation de la perfusion tissulaire si relaché, résistance basse, si contracté, résistance élevée

58 composante diastolique du flux représente l état de vasodilatation du lit d aval : physiologique et marquée dans les artères destinées aux organes nobles présente en cas d hyperémie fonctionnelle ou inflammatoire absente dans les artères à destinée musculaire (au repos)

59 CI CE FS Basse résistance Haute résistance

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61 3 signature vasculaire La signature spectrale d un vaisseau indique : la nature du vaisseau le type d écoulement les relations avec le lit d amont et le lit d aval 1 connaître la signature normale des gros vaisseaux forme du spectre amplitude du spectre (vitesses) modulations 2 connaître les variations physiologiques 3 reconnaître les altérations pathologiques

62 Grossesse 22S Cycle menstruel Basse résistance Puberté Ménopause non traitée

63 Comment quantifier le signal

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66 En résumé fréquence Doppler réglages : gain, filtre, PRF récolte des signaux interprétation des signaux mesures

67 Merci pour votre attention et bon courage!