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Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse APPLICATIONS de l’EFFET DOPPLER à l’IMAGERIE ULTRASONORE D r Eric OUHAYOUN Service de Médecine Nucléaire CHU.

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1 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse APPLICATIONS de l’EFFET DOPPLER à l’IMAGERIE ULTRASONORE D r Eric OUHAYOUN Service de Médecine Nucléaire CHU Purpan

2 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse 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

3 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Effet doppler Fréquence émise 5Mhz Fréquence reçue 5, MHz Fréquence doppler : 6,490 kHz

4 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Equation doppler  F = Fr - Fe = Fd Fd = 2 (v/c) Fe cos 

5 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse 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

6 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Erreur de mesure

7 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Signal doppler •Est en général dans le domaine de l'audible pour les fréquences utilisées en médecine ( 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.

8 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse 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

9 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Principe du doppler continu

10 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse 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 + + +

11 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse 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.

12 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Principe du doppler pulsé

13 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Couplage doppler et imagerie D : ligne de tir VM : volume de mesure

14 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse 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.

15 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse 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)

16 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse 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

17 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse 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)

18 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Principe de l'analyse spectrale

19 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Résultat analyse spectrale

20 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Caractérisation du flux Laminaire turbulentJet post sténotique

21 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Exemple de tracé doppler mitral

22 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse 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) : 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)

23 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Phénomène "d'aliasing" continu pulsé aliasing

24 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Repliement de spectre

25 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse 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.

26 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse PRINCIPE DU DOPPLER COULEUR

27 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Doppler couleur

28 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse 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.

29 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Doppler couleur : carotide + jugulaire ?

30 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Bifurcation carotide

31 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Jugulaire et carotide

32 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Aorte

33 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Doppler couleur : flux remplissage VG

34 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Doppler couleur : flux éjection VG

35 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Flux remplissage VG

36 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Doppler couleur : Iao + Rao

37 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Insuffisance tricuspidienne

38 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Doppler couleur : IM

39 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Doppler couleur : IM

40 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Doppler couleur : IM

41 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Insuffisance mitrale

42 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Insuffisance mitrale : quantification

43 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Doppler couleur : IVA

44 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Evaluation des Pressions  P ≈ 4 V 2 max

45 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse

46

47 Doppler artère rénale

48 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Evaluation des flux

49 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Doppler du cordon ombilical

50 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Interêt doppler couleur Dissection aortique

51 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Prolapsus Valvulaire Mitral TM B B+ Doppler couleur

52 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Principe du Doppler "énergie"

53 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Doppler Energie : Utérus

54 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Doppler énergie : Rein

55 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Vascularisation placentaire

56 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Vascularisation cérébrale

57 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Vascularisation thyroïdienne

58 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Doppler couleur+Energie : veine porte

59 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Pseudo 3D : vascularisation rénale

60 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Doppler tissulaire énergie : myocarde

61 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Doppler tissulaire myocardique

62 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Doppler couleur + TM

63 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Doppler tissulaire TM

64 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Doppler tissulaire

65 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse

66 Codage vitesse par "signature"

67 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Imagerie harmonique : principe la résonance des bulles d'air (2e harmonique) est seule détectée

68 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Imagerie Harmonique

69 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Doppler harmonique vascularisation rénale

70 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse

71 Imagerie harmonique sans produit de contraste

72 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse Echo de contraste

73 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse C’est fini? Eh oui A l’année prochaine

74 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse

75 Numérisation - Limites NormalFréquence d’échantillonnage insuffisante

76 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse 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. couleur homogène

77 Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse


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