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

Médecine Nucléaire - CHU Purpan - Toulouse

APPLICATIONS de l’EFFET DOPPLER

à l’IMAGERIE ULTRASONORE

Dr Eric OUHAYOUN

Service de Médecine Nucléaire

CHU Purpan


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


Effet doppler

Fréquence émise 5Mhz Fréquence reçue 5,006490 MHz

Fréquence doppler : 6,490 kHz


Equation doppler

F = Fr - Fe = Fd

Fd = 2 (v/c) Fe cos

Peau

Sonde

Vaisseau

Fe

Fr


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


Erreur de mesure

Angle detir (°)

Erreursur l'angle

Vitessethéorique

Vitessemesureé

%d'erreur

0 ± 5° 50 cm/s 50,2 0,4

20 ± 5° 50 cm/s 51,8 3,6

40 ± 5° 50 cm/s 54,2 8,4

60 ± 5° 50 cm/s 59,2 18,3

80 ± 5° 50 cm/s 99,6 99


Signal doppler

• Est en général dans le domaine de l'audible pour les fréquences

utilisées en médecine (2 - 10 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.


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


Principe du doppler continu


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 + + +Problème de l'ambiguité en distance + + +


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.


Principe du doppler pulsé


Couplage doppler et imagerie

D : ligne de tir

VM : volume de mesure


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.


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)


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


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)


Principe de l'analyse spectrale


Résultat analyse spectrale


Caractérisation du flux

Laminaire turbulent Jet post sténotique


Exemple de tracé doppler mitral

QuickTime™ and aPhoto - JPEG decompressor

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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)


Phénomène "d'aliasing"

continu

pulsé

aliasing


Repliement de spectre


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.


PRINCIPE DU DOPPLER COULEUR

Artère

Veine

Sonde

0eloignement rapprochement

+ vitesse +

Peau


Doppler couleur


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.


Doppler couleur : carotide + jugulaire

?


Bifurcation carotide


Jugulaire et carotide

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Aorte

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Doppler couleur : flux remplissage VG


Doppler couleur : flux éjection VG


Flux remplissage VG

QuickTime™ et undécompresseur Sorenson Videosont requis pour visionner cette image.


Doppler couleur : Iao + Rao


Insuffisance tricuspidienne


Doppler couleur : IM







Insuffisance mitrale


Insuffisance mitrale : quantification


Doppler couleur : IVA


Evaluation des Pressions

P ≈ 4 V2 max




Doppler artère rénale


Evaluation des flux


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Doppler du cordon ombilical


Interêt doppler couleur

Dissection aortique


Prolapsus Valvulaire Mitral



TM

B

B+Dopplercouleur


Principe du Doppler "énergie"


Doppler Energie : Utérus


Doppler énergie : Rein


Vascularisation placentaire


Vascularisation cérébrale


Vascularisation thyroïdienne


Doppler couleur+Energie : veine porte


Pseudo 3D : vascularisation rénale


Doppler tissulaire énergie : myocarde


Doppler tissulaire myocardique


Doppler couleur + TM


Doppler tissulaire TM


Doppler tissulaire



Codage vitesse par "signature"


Imagerie harmonique : principe

la résonance des bulles d'air (2e harmonique) est seule détectée


Imagerie Harmonique

QuickTime™ et un décompresseurGIF sont requis pour visualiser

cette image.


Doppler harmoniquevascularisation rénale



Imagerie harmoniquesans produit de

contraste


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Photo - JPEG decompressorare needed to see this picture.


Echo de contraste



C’est fini?

Eh ouiA l’année prochaine



Numérisation - Limites

Normal Fréquence d’échantillonnage insuffisante


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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