APPLICATIONS de l’EFFET DOPPLER à l’IMAGERIE ULTRASONORE

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1 APPLICATIONS de l’EFFET DOPPLER à l’IMAGERIE ULTRASONORE
Dr Eric OUHAYOUN Service de Médecine Nucléaire CHU Purpan

2 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 Effet doppler Fréquence émise 5Mhz Fréquence reçue 5,006490 MHz
Fréquence doppler : 6,490 kHz

4 Equation doppler DF = Fr - Fe = Fd Fd = 2 (v/c) Fe cos 

5 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 Erreur de mesure

7 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 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 Principe du doppler continu

10 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 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 Principe du doppler pulsé

13 Couplage doppler et imagerie
D : ligne de tir VM : volume de mesure

14 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 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 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 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 Principe de l'analyse spectrale

19 Résultat analyse spectrale

20 Caractérisation du flux
Laminaire turbulent Jet post sténotique

21 Exemple de tracé doppler mitral

22 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)

23 Phénomène "d'aliasing" continu aliasing pulsé

24 Repliement de spectre

25 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 PRINCIPE DU DOPPLER COULEUR

27 Doppler couleur

28 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 Doppler couleur : carotide + jugulaire
?

30 Bifurcation carotide

31 Jugulaire et carotide

32 Aorte

33 Doppler couleur : flux remplissage VG

34 Doppler couleur : flux éjection VG

35 Flux remplissage VG

36 Doppler couleur : Iao + Rao

37 Insuffisance tricuspidienne

38 Doppler couleur : IM

39 Doppler couleur : IM

40 Doppler couleur : IM

41 Insuffisance mitrale

42 Insuffisance mitrale : quantification

43 Doppler couleur : IVA

44 Evaluation des Pressions
DP ≈ 4 V2 max

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47 Doppler artère rénale

48 Evaluation des flux

49 Doppler du cordon ombilical

50 Interêt doppler couleur
Dissection aortique

51 Prolapsus Valvulaire Mitral
TM B B+ Doppler couleur

52 Principe du Doppler "énergie"

53 Doppler Energie : Utérus

54 Doppler énergie : Rein

55 Vascularisation placentaire

56 Vascularisation cérébrale

57 Vascularisation thyroïdienne

58 Doppler couleur+Energie : veine porte

59 Pseudo 3D : vascularisation rénale

60 Doppler tissulaire énergie : myocarde

61 Doppler tissulaire myocardique

62 Doppler couleur + TM

63 Doppler tissulaire TM

64 Doppler tissulaire

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66 Codage vitesse par "signature"

67 Imagerie harmonique : principe
la résonance des bulles d'air (2e harmonique) est seule détectée

68 Imagerie Harmonique

69 Doppler harmonique vascularisation rénale

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71 Imagerie harmonique sans produit de contraste

72 Echo de contraste

73 C’est fini? Eh oui A l’année prochaine

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75 Numérisation - Limites
Normal Fréquence d’échantillonnage insuffisante

76 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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