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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
[email protected] 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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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