Bâle, 7 fevrier 2019 10h00-10h45

SSUM Section «Vaisseaux»Echo-Doppler vasculaire

Cours de base 7 et 8 fevrier 2019Bases:

Echo-Doppler et analyse spectrale:

Corina R. CanovaMédecine interne et angiologieAngiologie Grisons à Coire,Médecine vasculaire interdisciplinaire , hôpital de Schiers

corina.canova@angio-gr.ch Angiologie Graubünden

Comment l’information Doppler se forme-t-elle?

Information principal pourl’évaluation des vaisseaux:Parois vasculare etcaracteristiques du flus

Importance du Doppler pulsé

Parois vasculaire - B-modeFlux sanguin - Doppler

Image en mode B

Doppler pulsé

Farb-Doppler

Echo-doppler et analyse spectral

Bases de physiqueDie Ausbreitungs - bzw.Schallgeschwindigkeit ist abhängig vonder Elastizität und der Moleküldichte desjeweiligen Mediums.

Schallwellen breiten sich also – ausgehendvon schwingenden Körpern – in Form vonzyklischen Druckunterschieden in material-spezifischer Geschwindigkeit aus.Schwingt ein Körper langsam hin und her ist derAbstand zwischen 2 Druckzonen – die sog.Wellenlänge - gross. Das menschlische Gehörempfindet den Ton als tief.

Frequenzbereich menschliches Gehör : ca. 16 – altersabhängig 10’000-20’000 Hz

Echo Doppler et analyse spectrale

BasesQu’est-ce que le principe de Doppler?Quelle est son utilité pour l’écho-Doppler?Différences entre Doppler pulsé et Doppler continu

ApplicationTechnique DopplerCourbe spectrale: filtre, échelleImportance de l’angle Doppler / correction de l’angleGraduation des sténosesAliasing

Ultraschall in Med 25:103, 2004

Christian Doppler1803 - 1853

Hypothèse de Christian Doppler:La coloration des etoiles reponse sur lavariation de distance pendant l’émission dela lumiere

25. Mai 1842Königlich böhmische Gesellschaft der Wissenschaften

Christian Doppler1803 - 1853Les etoiles doubles de

Christian Doppler

Hypothese von Christian Doppler - umgesetzt:

L’observateur reçoit une frequence differenteque en realité quand l’émetteur et le recepteurse mouve l’un vers l’autre

Si l’émetteur et le recepteur se rapproche lafrequence s’élève et vice versa

Vitesse du train: 100 km/h, soit 28m/s

Vitesse du son dans l’air: 335 m/s

Rapprochement:+ 9,1% fréquence plus élevéeEloignement:- 7,7% fréquence plus basse

En 1845, Ballot confirme la validité duprincipe décrit par Doppler

Principe de Doppler tel que nous le connaissons

V =f • c

2 f0 • cos

f =2 • f0 • v • cos

c

Effet Doppler

Effet Doppler= différence entre la fréquence des

ondes émises et des ondes reçues

2f x v x coscf =Equation Doppler:

Satomura Shigeo, 1955:Première description dela technique Doppler

Strandness DE, 1966Mesure doppler de lapression en cas d‘AOMI

cw-Doppler utilisation an medecine

cw: continus

Doppler: informations générales

HémodynamiquePrésence/absence de flux sanguinSens du flux sanguinVitesse du flux sanguinQuantité du flux sanguin

MorphologieProfondeurLocalisationDiamètre

Termes utilisés

Continuous wave cw- / pulsed wave pw-DopplerNon directionnel / directionnelPassage par zéro / analyse de frequanceà un seul canal / à plusieur canaux

bi - direktional = direktional

lässt die Flussrichtung relativzur Sonde erkennenaufwändiger / fehleranfälliger

bi-direktional:

Nulldurchgang / Frequenzanalyse

Graphische Darstellung derFlussrichtung als Summenkurve auf demMonitor orthograd oberhalb undretrograd unterhalb der Nulllinie.Nulldurchgänge werden gezählt

Nulldurchgang:

Komplexe Visualisierungdes akustischen Signals

Frequenzanalyse:

einkanalig / mehrkanalig

Bei dieser Methode wird von dem Dopplersystemein einziger Schallstrahl ausgesendet, sodass diehieraus resultierenden Daten ausschließlich ausdem Gefäßstrukturenschnitt entstehen, durch dender Strahl hindurchgeht

einkanalig:

Continuous-Wave (CW-) Dopplersonographie= Untergruppe der einkanaligen Dopplerverfahren:- einfachste Methode, mit der kontinuierlich über die gesamte Eindringtiefe Daten über den

Blutfluss gesammelt werden- Jeder Schallkopf besitzt getrennte Schallelemente für Schalltransmission und

Schallempfang.- kontinuierliche Informationsaufnahme möglich durch parallele und kontinuierliche Arbeit

von Sender und Empfängernebeneinander im Schallkopf.

einkanalig / mehrkanalig

ein einziger Schallstrahl ausgesendetPW – Doppler: weitere Untergruppe dereinkanaligen Dopplerverfahren mit möglicherortsselektive Geschwindigkeitsmessung

einkanalig:

mehrkanalig:

- Vielzahl von Transmittern und Empfängern in jedem Schallkopf- Aussenden und Empfangen der Ultraschallwellen nicht zeitgleich- Alle Mehrkanalsysteme arbeiten im gepulsten Dopplerbetrieb- Erfassen von Informationen wird durch die Anzahl von

Auswertungskanälen im Dopplersonographen definiert

Synonym: farbkodierte Duplexsonographie;Kombination aus B-Bild mit PW-Doppler

Tissue – Doppler - Sonographie

Synonym Gewebe-DopplersonographieTissue-Doppler:

Eine Sonderform der mehrkanaligen Dopplerverfahren, bei demdie Bewegungsgeschwindigkeit eines Gewebes gemessenwird.

Am häufigsten erfolgt eineUntersuchung des Myokards,um dort pathologische Prozessenachweisen zu können.

Termines utilisés

Continuous wave cw- / pulsed wave pw-Doppler

uni-direktional / direktional oderbidirektional

Nulldurchgang / Frequenzanalyseeinkanalig / mehrkanaligTissue-Doppler

continu versus pulsé

cw- Doppler

cw: continuous wave- Penetration à peine limité- Velocité à peine limite- Mesurement extensive

continu versus pulsé

pw- Dopplercw- Doppler

pw: pulsed wave- Penetration limité- Velocité limité- Mesurement bien visé

Doppler à ondes continues cw

Avantages:Technique et utilisation simplesPresque aucune limite à la profondeur de pénétrationPossibilité de mesurer des vitesses élevées (sans aliasing)

Inconvénients:Les vaisseaux voisins sont aussi exposés aux ondes USLa paroi vasculaire est aussi exposée aux ondes USAnalyse de fréquence peu utile

Doppler cw

Indication du cw-doppler mesurement

identifier des patients à risque cardiovasculairemotivation du medecin et du patients à traiterrigouresement les facteurs de risques

Evaluation sommaire de l’étendue d’unecompromission de la perfusion artérielle

syndrome ischémique ?Appréciation sommaire quant à l’origine arteriellede douleurs

Importance de l’artériopathie obliterante

Pourqoui un screening est-il utile ?

0

5

10

15

20

25

Multiples Population Patient atteints Maladie cérébro- AOMIfacteurs de risque totale de coronaropathie vasculaire occlusive

5.31%

12.81 %

15.20% 14.51%

21.14%

Patie

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gnos

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Coen D.A. Stehouwer, Denis Clement, Christopher Davidson, Curt Diem, Jan Willem Elte, MarcLambert, Daniel Sereni,for the EFIM Vascular Medicine Working Group. Peripheral arterialdisease: A growing problem for the internist. European Journal of Internal Medicine Volume 20Issue 2, March 2009, Pages 132–138

Doppler à ondes pulsées pw

Avantages:Localisation précise des signaux vasculairesAnalyse détaillée des fréquences possibleBalayage transversal possible

Inconvénients:Difficile à placer sans imagePRF et donc vitesse maximale

analysable limitéeLimitation en profondeur

Doppler pw

Emission par impulsions brèvesPorte de réception (gate) ouverte seulement après unedurée definiePermet une détermination ponctuelle del’hémodynampique

P.ex.: vaisseau à 3 cm de profondeur, duré 13 µs/cm;port ouverte de 39 à 41 µs offen, volume de mesure 1.5mm

Doppler à ondes pulséés – pw

Doppler pulsé

Echo Doppler et analyse spectrale

BasesQu’est-ce que le principe de Doppler?Quelle est son utilité pour l’écho-Doppler?Différences entre Doppler pulsé et Doppler continu

ApplicationTechnique DopplerCourbe spectrale: filtre, échelleImportance de l’angle Doppler / correction de l’angle(graduation des sténoses) Prof. Daniel StaubAliasing

Enregistrement des signaux en coupe longitundinale

Volume d’échantillonnage:

-Aussi petit que possible pour l’enregistrement

-Plus grand pour la recherche, la détection

-Adapté au diamètre pour la mesure du débit

-Au centre du vaisseau si image en mode B ± normale

-Dans le jet en cas de sténose

-Le long du flux si turbulences possibles (accélération)

Technique Doppler

Curseur:- orienter parallèlement à l’axe vasculaire(image en mode B normale) - -- selon jet du flux en cas de sténose

Angle Doppler:- Standardisé autour de 60°

- pas > 60°- < 60° correspond à erreur de mesure moins

grande - si comparaisons de suivi, toujoursmême angle

200

Technique Doppler

90 0

60+5 0

30+5 0

0 0

Effet Doppler:0 %

50 %

86 %

100 %

Plus l’angle est grand, plus:- l’erreur de mesure est grande- l’effet Doppler est réduit

Reflektor

15% 8%Angle Doppler < 60°

Winkel-korrektur

Echo Doppler et analyse spectrale

BasesQu’est-ce que le principe de Doppler?Quelle est son utilité pour l’écho-Doppler?Différences entre Doppler pulsé et Doppler continu

ApplicationTechnique DopplerCourbe spectrale: filtre, échelleImportance de l’angle Doppler / correction de l’angleGraduation des sténosesAliasing

vaisseaux périphériques:«flux à haute résistance»

flux triphasique avecfaible reflux diastolique«fenêtre systolique»

Modèle de flux normal: «périphérique»

Flux vers les organes parenchymateux:«flux à faible résistance» (ou post-sténose)

flux diastolique net

Modèle de flux normal: «parenchymateux»

Schäberle W. Ultraschall in der Gefässdiagnostik,1998

niedrig peripherer Widerstandhoch

Akustische Interpretation (logarithmisch)

Null-Durchgangs-Methode (CW-Doppler)

Spektralanalyse FFT (PW-Doppler)

Autokorrelation (Farb-Doppler)

Frequenz - Analyse

Fast Fourier-TransformationBündel reflektierter Wellen als SpektrumausgebreitetSignale digitalisiertNeues Spektrum alle 5 ms, 200 Analysen/sFrequenzen auf Ordinate in Pixel eingeteiltOrdinaten-Skala bestimmt „Auflösung“Helligkeit entspricht Intensität des Signals(= 3. Achse, z.B. 256 Graustufen)

Spektral-Analyse

Evaluation du flux par Doppler pulsé

Flux normal Sténose Occlusion

Artères périphériques

Quels réglages influencent les courbes – Qualité ?

Sang: fréquence élevée (vitesse),amplitude faible

Tissu: fréquence faible, amplitude élevée

Artefacts de paroi peuvent recouvrir lesignal du flux

Un filtre passe-haut laisse passer leshautes fréquences et atténue les bassesfréquences (avec artefact de paroi,clutter)

Hoskins P.R. et al, Fig. 7.10

Filtre de paroi - Filtre passe-haut

Sonde: 5 MHz; Alpha: 0 Grad; Filtre: 100 Hz élimine V < 1.5 cm/s500 Hz 7.5 cm/sAlpha: 60 degrés; filtre: 100 Hzélimine V 3.0 cm/s

500 Hz 15.0 cm/s

Le filtre de paroi dépend de la fréquence d’émission et de l’angle

Filtre de paroiSonde: 5 MHz; Alpha: 0 degré; Filtre: 100 Hz élimine V < 1.5 cm/s

500 Hz 7.5 cm/sAlpha: 60 degrés ; 100 Hz

3.0 cm/s 500 Hz15.0 cm/s

Filtre de paroi

Pourquoi cette image est-elleainsi? Quel bouton a-t-on tournépour obtenir cette image ?

Echelle

PRF et échelle

90 0

60+5 0

30+5 0

0 0

Effet Doppler:0 %

50 %

86 %

100 %

Plus l’angle est grand:- plus l’erreur de mesure estgrande- plus l’effet Doppler est réduit

Reflektor

15% 8

Correction de l’angle

La direction du flux dudébit à mesurer déterminel’orientation de l’angleDoppler

80cm/s

43°

60°

110cm/s

Echo Doppler et analyse spectrale

BasesQu’est-ce que le principe de Doppler?Quelle est son utilité pour l’écho-Doppler?Différences entre Doppler pulsé et Doppler continu

ApplicationTechnique DopplerCourbe spectrale: filtre, domaineImportance de l’angle Doppler / correction de l’angleGraduation des sténosesAliasing

L’information se fonde sur l’image en mode B, lacouleur et en particulier sur l’information duDoppler pulsé )courbe et vitesse):

vitesse de pointe systoliquerapports de vitesse (>2 pour> 50%)

présence de turbulencespersistance de la pulsatilité de la courbe

ACC/AHA PAD Guidelines JACC 2006;47(6):1239-312

Evalation d’une sténose

Graduation de la sténose: flux

L’impotance de la sténose est déterminéé à partir d’uneappréciation du rapport entre les vitesses de flux en amont, danssténose

x = vmaximal systolique avant la sténose

Pas significatif au plan hémodynamique< 25 % < x + 30 %25 – 49 % < x + < 100 %

significatif au plan hémodynamique50 – 74 % > x + > 100 %75 – 99 % > x + > 100 % + flux diastolique100 % absence de fluxJACC 2006; 47(6): 1239-312: ACC/AHA PAD Guidelines

50 %

Bases physiques

Caracteristiques du flux dansdes tuyaux ayant différentelumieres

v1 x F1 = v2 x F2

F1

F2v1

v2

Peak Velocity Ratio PVR

> 50 % stànose si PVR > 2.4

Ranke C et al UMB 1992; 18:433-440

Vmax systolique intra sténoseVmax systolique pré sténose

corrélation PVR – réduction du diamètre= 0.93

PVR =

Réductiondiamètre

Réductionsurface

Réductiondiamètre

Réductionsurface

Sténose circulaire

Sténose irrégulière

Réduction surface vs réduction diamètre

Réduction diamètre

%

V1V2

A2A1

% sténoseA =

=

(1 - A2A1

)

A1 x V 1 = A 2 x V 2

Ratio 2 n’est pas approprié:• Surface vs diamètre• Vitesse moyenne vs vitesse

systolique de pointe• Résistance

Ratio 2.5

Ratio

Réduction surface

Critères de sténose

Graduation: signification hémodynamique< 25 % = normal25 – 49 % = sténose non significative50 – 74 % = significative légère à moyenne 75 –99 % = sténose sévère100 % = occlusion

Critère de mesure:diamètre / surfaceanalyse spectralecritères de flux

Objectif

Evaluer de façon aussi précise que possiblel’hémodynamique

Optimiser la prise en charge des patients

Disposer de données scientifiquescomparables et pouvant être expoitéesindividuellement

Graduation des sténoses

Physiologie: > 50 % sténose = significative d’un pointde vu hémodynamique

Pertinence clinique dépand de:- localisation anatomique:

bifurcation fémorale vs proximale artère fémorale superficielle

- organe perfusé/ tolerance ischémique/lésion irréversible: cerveau, reins, extrémitiés inferieures

- symptomatique ou non / évolution attendue- option thérapeutique : possibilité d’intervention

Signification hémodynamique etpertinence clinique

Graduation des sténoses“non significative” “signifivative”

0% 1 - 24% 25 - 49 % 50 - 74 % 75 - 99 %

-v < 100 %

25 - 49 %

-v > 100 %

50 - 74 % 75 - 99 %50 - 74 %

(hémodynamique clinique)

pré-stenotique

Doppler: example de sténoses:

intra-sténotique post-sténotique

pré-stenotique

Calcul du degré de la sténose:

75 - 99 %

-v > 100 %

50 - 74 %50 - 74 %

= sténose: 75 – 99 %intra-

stenotique

pré-stenotique

intra-sténotique

vmax syst. Intra-stenotique

vmax syst. Pré-stenotiquePVR =

= sténose: 75 – 99 %

3.6 m/s0.5 m/s

= > 7= > 50%

Stenosebeurteilung basiert auf B-Bild, Farbe undvor allem auf dem Doppler-Spektrum:

Systolische SpitzengeschwindigkeitGeschwindigkeitsverhältnis ratio (>2.4 für > 50%)Vorhandensein von TurbulenzenErhaltene Pulsatilität der Kurvenform

Calcul du degré de la sténose:

Echo Doppler et analyse spectrale

BasesQu’est-ce que le principe de Doppler?Quelle est son utilité pour l’écho-Doppler?Différences entre Doppler pulsé et Doppler continu

ApplicationTechnique DopplerCourbe spectrale: filtre, domaineImportance de l’angle Doppler / correction de l’angleGraduation des sténosesAliasing

AliasingAliasing est la mesure de vélocitésfaussement bassesCause: fréquence de répétition desimpulsions (PRF) insuffisantePRF doit être 2 fois plus élevée quela vélocité max. enregistrableSi PRF ne peut être augmentée :choisir fréquence d’émission plusbasse et/ou angle plus grand

Aliasing en cas de PRF insuffisante

Cri de mouetteWrap around

Pseudo-occlusion

MöwenschreiWrap around

Pseudo-occlusion

Cri de mouetteWrap around

Vitesse du fluxAbsolueRelative

Forme des courbes

Largeur de la courbe spectrale

DébitsIndex

Informations diagnostiques

Comment l’information Doppler se forme-t-elle ?

Information principale pour l’évaluation des vaisseaux:Parois vasculaires et caractéristique du flux (couleur=aide)

Importance du Doppler pulsé