Bonjour.

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1 Bonjour

2 Bulles circulantes et Plongée sous-marine Appréciation par le Doppler
AREMSAN – Courseulles sur mer 09-10-octobre 2009 Dr JL Rassant

3 plan ¤ Doppler - échographie - techniques. ¤ Bulles circulantes.
¤ Bulles circulantes et doppler. ¤ Conclusions.

4 doppler Historique Décrit par Christian Doppler 1843 Autriche
Ce dernier découvre le phénomène acoustique qui porte son nom sous la terminologie: Effet Doppler Utilisation du doppler en médecine depuis 1956…… Année détection des bulles circulantes.

5 Effet doppler Utilise les US dans la gamme de fréquence supérieure à Hz. (seuil de perception de l’oreille humaine). L’effet doppler s’exprime dans l’application de la vélocimétrique sanguine.(par la présence d’éléments figurés que sont, en règle générale, les hématies mais aussi les éléments gazeux iatrogènes - bulles circulantes,produits de contraste type sonovue…) L’effet doppler est caractérisé par le fait que la réflexion d’une vibration sur une structure mobile se traduit par un changement de fréquence de la vibration: ∆F

6 Effet Doppler

7 Effet Doppler = ∆F ∆F=2Fe V/C cos θ Fe : fréquence émise.
V : vitesse des éléments figurés. C : célérité des sons.(1540 m/s pour les tissus mous). θ : angle formé par le faisceau US et la direction du flux.

8 Effet Doppler

9 Effet Doppler ∆F rentre dans les fréquences audibles.
C’est donc une coïncidence heureuse. Fe : 2 à 10 MHz pour des flux rencontrés de 2 cm/s à 2 m/s. Signe + ---> flux qui se rapproche de la sonde. Signe > flux qui s’éloigne de la sonde. ∆F = maxi pas ou peu d’erreur. ∆F = mini erreur +++. ∆F = sonde orthogonale ou tissu stationnaire.

10 Effet Doppler Analyse du ∆ de fréquence ¤ signal sonore.
¤ courbe son (traduit la fréquence moyenne). ¤ spectre obtenu en appliquant une transformée de FOURIER du signal doppler recueilli.

11 Effet Doppler 1 – Doppler continu

12 Effet Doppler 2-doppler pulsé un seul transducteur
¤ mode duplex : écho + doppler pulsé. ¤ mode triplex : écho + couleur + doppler. ¤ pulsé - alterné –(gel de l’image ou du spectre) ce qui améliore le rapport signal sur bruit des spectres. intérêt : localisation spatiale mais problème de profondeur.

13 Effet Doppler 2-doppler pulsé

14 Effet Doppler Imagerie doppler = doppler couleur.
imagerie doppler vélocité : -repère les vaisseaux. -encodage +++ en cas de lésions hypo ou anéchogènes. -permet de situer la fenêtre pulsée.

15 Effet doppler – écho

16 Effet doppler écho couleur

17 Echo doppler pulsé

18 Effet Doppler Doppler énergie : - rapport signal sur bruit maximum
- +++ flux lents et amélioration de la résolution spatiale. - ne renseigne pas sur le sens des flux,ni sur les vitesses maxi et le profil d’écoulement.

19 Echo doppler énergie

20 Effet Doppler Pour infos: - Color vélocity imaging (CVI).
- doppler puissance directionnel. - doppler convergence. - doppler tissu. - imagerie doppler tri dimensionnelle. - imagerie harmonique. (++ produits de contraste).

21 Effet Doppler Applications dans le domaine de la plongée:
¤ écho doppler couleur et pulsé avec produits de contrastes. utilise les fréquences harmoniques pour mieux exploiter les produits de contraste = sonovue,lévovist,microbulles. ¤ doppler continu adapté à la détection des bulles circulantes en plongée sous marine.

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24 Détecteur de bulles et plongée
Appareil utilisé : DUG – Détecteur Ultrasonore Guillaud - Guillerm. Début 1970 avec étude des bulles circulantes après plongée. Application réelle de cette technique avec d’autres scientifiques. En France Masurel et aux USA avec Spencer . Fait appel au principe du doppler continu. Modèle français : BTS (Bubble Technical System) utilisé par Comex pro et distribué par Aqualab System.

25 Détecteur B T S - Système
Fréquence utilisée : 5 Mhz - bonne résolution au niveau des bulles. Compromis: Les bulles circulent à des vitesses comparables à celles des hématies. Le shift doppler est donc pratiquement le même , seul l’écho est différent. le bruit du cœur est important et gène l’écoute . Par contre il est indispensable pour positionner la sonde. Il faut donc atténuer les basses fréquences pour limiter les bruits du cœur, tout en le conservant. Il faut couper les fréquences hautes supérieures à environ 3 KHz pour éviter le souffle. Enfin il faut positionner un contrôle automatique de gain pour distinguer les bulles et les hématies. Tout ceci doit être conditionné dans un petit boîtier transportable , étanche à l’humidité , peu gourmand d’énergie et apte à supporter des pressions élevées pour les tests en caisson.

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27 Bulles circulantes - plongée
Font appel aux conséquences pseudo ou para physiologiques d’inhalation d’air ou de mélanges gazeux (gaz respirables) sous pression soit par appareillages pour incursion sub-aquatique soit par isolement en atmosphère pressurisé (caisson , chambre hyperbare , tourelles – saturation , tubiste , etc.…). N’apparaissent qu’en phase de remontée vers le niveau de pression initiale du début de plongée. Soit de façon plus large ,au stade de toute décompression.

28 Bulles circulantes et décompression
4 questions . Pourquoi ? Comment ? Ou ? Devenir ? 4 réponses à la « normande » oui/non.

29 Bulles circulantes – pourquoi ?
¤ variation de pression à l’occasion d’une décompression .Or la décompression est un passage obligé et incontournable d’une remontée en fin de plongée. ¤ plusieurs étapes peuvent être distinguées pour comprendre la formation de bulles après une plongée. - les phénomènes de sursaturation et de désaturation. - la nucléation : commencement de la phase gazeuse au stade de noyaux gazeux. - la croissance et la coalescence des bulles;

30 Bulles circulantes - pourquoi
Sursaturation : théorie insuffisante. En effet la sursaturation en gaz inertes semble jouer un rôle important dans la genèse des bulles mais…..expérimentalement la formation de bulles dans l’eau requiert 120 ATA pour le méthane , 190 ATA pour l’azote et 350 ATA pour l’hélium. Or chez l’homme et chez l’animal un delta de pression très inférieur engendre la formation de bulles. Tout cela évoque donc l’existence d’autres mécanismes.

31 Bulles circulantes - comment
Autres mécanismes que la sursaturation. Présence de noyaux gazeux (de très petites dimensions à l’état basal chez l’homme ) – starter à la création des bulles. Existent des preuves indirectes (tests expérimentaux de « traitements pressionnels préalables »). Existent des preuves directes : -in vitro.par microscopie optique et électronique: rayon critique de l’ordre de 1μm à moins de 0,1μm.(travaux de Johnson et Cooke , de Yount-1980). -in vivo.par microscopie optique ou des techniques d’échosonographie Doppler (microbulles seulement 40 à 50 μm).

32 Bulles circulantes - comment noyaux gazeux
Localisations: - localisation vasculaire. Le sang semble être résistant à la formation de bulle de novo. - localisation tissulaire.Variable en fonction des tissus. - localisation cellulaire.Pas de noyaux gazeux. - localisation intercellulaire. +++ endothéliums des capillaires tissulaires d’où la détection de bulles dans la circulation veineuse.

33 Bulles circulantes- comment noyaux gazeux
Mécanisme de formation des noyaux gazeux: - la nucléation : ¤ hétérogène. ¤ homogène. - la cavitation : ¤ cavitation vaporeuse. ¤ cavitation gazeuse. - tribonucléation :exemple …frottement des valves cardiaques .L’échodoppler transcranien montre des hits (signaux hautes intensités) en rapport avec des emboles gazeux chez des patients porteurs de valves mécaniques. L’ETO montre aussi des images de particules bulleuses près des valves ( utilisation des harmoniques). ¤ cavitation acoustique . Ondes sonores , sonar et mammifères marins. ¤ vacuum phenomenum . Vide articulaire – bulles?

34 Bulles circulantes – comment noyaux gazeux
Différents facteurs peuvent être à l’origine de la stabilisation des noyaux gazeux. - crevasses hydrophobes de Harvey. - théories des surfaces actives. - facteurs biochimiques. O2 , CO2 . le modèle de Yount ( le VPM) : modèle qui tient compte des noyaux gazeux avec un « volume critique » et un «  diamètre critique ». C’est un modèle qui propose des paliers plus profonds , des temps de décompression plus courts , et qui prend , entre autres , le profil de descente . des applications informatiques existent basées sur le VPM; le modèle RGBM (reduced gradient bubble model) est un modèle de décompression haldanien assez proche du VPM .Les calculs ne se font plus sur l’azote dissous dans les tissus(phase dissoute)mais sur le nombre et la croissance des bulles(phase gazeuse).Ordi «DS »( Suunto) pour «deep stop » (pallier profond) .But: éliminer une partie des micro bulles naissantes mais au détriment d’augmenter la saturation de certains tissus et de rallonger le pallier de 3 mètres….

35 Bulles circulantes – comment évolution du noyau gazeux vers la bulle circulante
¤ croissance. - en rapport avec le gradient de pression. - dépend plus de la solubilité des gaz que de leurs pressions partielles. - l’azote , l’oxygène , et le dioxyde d’azote entreraient dans la bulle proportionnellement à leur concentration et à un taux dépendant de leur diffusibilité. - ce qui explique que les bulles formées dans l’organisme ont une composition qui ne correspond pas aux pressions partielles en N2 ,O2 et CO2 sanguine. De plus cette composition gazeuse peut fluctuer de façon rapide. - le CO2 qui a une forte solubilité peut être un facteur déterminant dans l’initialisation et le développement primaire des bulles. - à conditions comparables le dioxyde de carbone entrera et sortira du noyau gazeux 38 fois plus vite que l’azote.

36 Bulles circulantes – comment évolution du noyau gazeux vers la bulle circulante.
. ¤ coalescence - le délai entre le décompression et l’apparition des symptômes de type bends peut être expliqué ( Hills) par la coalescence des microbulles de gaz initialement formées. Cette fusion des bulles (aléatoires dans le temps) semblent être accélérée par le mouvement , la contraction musculaire.(un exercice pendant ou après la décompression pouvant aggraver les symptômes). - ce phénomène de coalescence est discuté dans le système intra vasculaire (sauf dans les artérioles de faible diamètre).

37 Bulles circulantes – comment évolution du noyau gazeux vers la bulle circulante.
¤ théorie d’évolution du noyau gazeux à la bulle. - mécanisme(s) de nucléation -> noyau gazeux -> stabilisé sur paroi endothéliale-> puis croissance dans lumière vasculaire si : . Sursaturation (dépend des tissus avec toute une gamme de valeurs de saturation)(tissu lent : muscle , tissu rapide système nerveux central). . Cavitation (cavitation cardiaque)

38 Bulles circulantes – où
¤ retour veineux: - gaz inerte des tissus sursaturés. - CO2 ( métabolisme cellulaire). - basse pression . - milieu favorable pour croissance des bulles. - lieu de fusion entre elles par coalescence.

39 Bulles circulantes – devenir.
- détachement des noyaux gazeux ( de l’endothélium vasculaire ) quand ils atteignent la taille de 1 micron. - taille inférieure à 20 microns : pourront réaliser plusieurs boucles artério-veineuses et tissulaires sans être arrêtés par le filtre pulmonaire. - taille supérieure à 20 microns : détectables par Doppler simple au niveau du retour veineux. Une partie des bulles circulantes sera captée dans certains tissus. Les autres gagneront le cœur droit puis les capillaires pulmonaires pour y être bloquées ( diamètre du capillaire pulmonaire estimé à 20 microns). - filtre pulmonaire : manchon gazeux avec passage des gaz sous forme dissoute avant d’être libérés dans l’espace alvéolaire.

40 Bulles circulantes - conclusions
Existence des micronoyaux gazeux : OK. Leur formation : théories diverses encore débattues. - nucléation hétérogène : probable base chez l’homme dans le mécanisme de base de formation. - puis cavitation engendrée par l’activité musculo - squelettique. - qui amplifie la formation et la croissance des noyaux gazeux. - stabilisation au niveau capillaire des tissus. - notion de demi – vie , de starter à la formation de bulles lors de la décompression. - « modélisation » in vitro , extrapolation chez l’homme , validations de ces modèles possible si l’on accepte et si l’on retient que la charge de bulles circulantes est un marqueur fiable du stress décompressif.

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43 Bulles circulantes et doppler continu.
¤ exposé limité à l’usage du doppler continu en 1ère ligne sur le terrain ( bateau , plage , en local club ou autre , en avion ,..etc.). ¤ peut être pratiqué par tout plongeur et/ou accompagnateur formés et entraînés ( médecins compris..). ¤ seront exclues de l’exposé les explorations par écho-doppler pulsé (ETO,transcranien , doppler carotidien , contraste , épreuve de passage de bulles par échocardiographie).

44 Bulles circulantes et doppler continu.
Pourquoi compter les bulles? ¤ Historiquement (à partir de 1970) : suivi de déco. lors de saturations… ¤ Evaluation des profils de décompression: - soit sur statistiques d’ADD : échantillons , subjectifs… - soit en amont sur les scores de bulles… ¤ Evaluations des facteurs de risque : âge,vitesse de remontée.. ¤ Conception de nouvelles tables : trimix…

45 Bulles circulantes et doppler continu.
-Appareillage . -Application de la sonde (après application de gel ) dans la région précordiale à cheval sur la 3ème ou 4ème côte à 1cm du bord gauche du sternum.(artère pulmonaire qui draine l’ensemble du retour veineux). - Plongeur en position debout ou décubitus latéral gauche. - La détection est pratiquée dans les 5 à 10 minutes après la fin de plongée et peut être refaite si nécessaire dans les 30 à 60 minutes après. - Cette détection peut être sensibilisée par la flexion des membres inférieurs ( bulles stationnaires dans le réseau cave inférieur).

46 Bulles circulantes et doppler continu

47 Bulles circulantes et doppler continu

48 Bulles circulantes et doppler continu
Résultats: - technique d’écoute: Apprendre à reconnaître la contraction cardiaque ( systole , «bruit de ressac ») avec parfois un clic ( fermeture des valvules pulmonaires).Se distingue du bruit de fond des globules rouges. Au travers de ces bruits physiologiques , il faut reconnaître le signal propre au bulles. Signal sans bulles:

49 Bulles circulantes et doppler continu.
Signal des bulles: - les bulles isolées sont reconnaissables au « piaulement ». - quand les bulles sont grosses et nombreuses le signal va dans le sens d’un « crépitement ». - quand les bulles sont plus petites cela évoque un « pépiement ». - quand les bulles sont très petites la modulation va vers les aiguës. - exemple sonore:

50 Bulles circulantes et doppler continu.
Interprétation du signal: Code de Spencer et Johanson (1974). - degré 0 : absence totale de bulles. - degré 1 : une bulle occasionnelle, isolée , la majorité des systoles est dépourvue de bulles. - degré 2 : plusieurs systoles , mais moins de la moitié, contiennent des bulles isolées ou groupées. - degré 3 : presque toutes ou toutes les systoles contiennent des bulles isolées ou groupées mais le bruit cardiaque est toujours perceptible. - degré 4 : les signaux de bulles présents à chaque systole couvrent les signaux physiologiques.

51 Bulles circulantes et doppler continu.
Interprétation du signal : -pourcentage d’accident en fonction du degré de bulles détectées au repos (d’après Sawatzky et Nishi – 1990) Degré % Degré % Degré % Degré % Degré %

52 Bulles circulantes et doppler continu.
Précautions d’après Spencer: - Degré 0 : normal. - Degré 1 : normal. - Degré 2 : stade de vigilance , surveillance par détections périodiques. - Degré 3 : risque d’accident évalué statistiquement à 7% pour les plongées à l’air , et 3% pour les plongées héliox .( références Comex). - Degré 4 : stade d’intervention.

53 Bulles circulantes et doppler continu.
Apport de cet examen: - dépistage voire détection d’un éventuel risque d’accident de décompression. - amélioration des procédures de sécurité de la plongée sportive et professionnelle. ¤ plongée à l’air ..60 mètres. ¤ saturation à l’air avec excursions mètres. ¤ plongées d’intervention à l’héliox mètres . ¤ saturation à l’héliox mètres avec et sans excursion. ¤ plongée d’intervention à saturation et hydrogène mètres. ¤ plongée avec changement de mélange respiratoire ( contre diffusion) ..argon , azote , hydrogène , hélium. ¤ femme et déco , effort avant plongée , etc.…

54 Bulles circulantes et doppler continu.
Apport de cet examen: -paramètres de sécurité des décompressions vis-à-vis de : ¤ certaines conditions de plongées ( froid , exercice , plongées successives ,etc.…). ¤ certaines techniques de plongée ( air , nitrox , trimix , mélanges , etc.…). ¤ certaines susceptibilités personnelles ( âge , poids , masse grasse , forme physique , VO2 max , variabilité inter et intra individuelle , etc.…). ¤ certaines pratiques de plongée ( influence de la vitesse de remontée au palier , influence de la profondeur des paliers , etc.…).

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57 Bulles circulantes et doppler continu.
conclusions De part sa facilité de mise en œuvre et ses performances le doppler précordial reste toujours d’actualité. Certes sa pratique nécessite un apprentissage. Mais son utilisation permet par le biais du dépistage et de la quantification des bulles circulantes d’apprécier le stress décompressif secondaire à un profil de plongée donné.

58 Bulles circulantes et doppler continu.
conclusions Le couplage échographie bidimensionnelle et le doppler pulsé (avec ses technologies avancées –couleur, etc..) deviendra peut-être à la portée de chacun « sur le terrain » quand on connaît l’évolution rapide et performante des modèles de dernière génération en matière d’appareils miniaturisés.

59 Docteur jean louis Rassant
Merci Docteur jean louis Rassant