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2.2.
Mode d'utilisation du doppler
L'effet Doppler peut être utilisé en pratique clinique sous deux modes: le mode continu et le mode pulsé. Le Doppler bidimensionnel ou Doppler couleur repose sur le principe du Doppler pulsé mais le traitement du signal y est différent.
Dans un Doppler continu (fig 3), il existe deux cristaux au niveau du même capteur: l'un qui émet un faisceau d'US de façon continue et l'autre qui réceptionne le signal réfléchi, aussi de façon continue. L'appareillage effectue la comparaison des deux fréquences Fo et Fr au niveau d'un démodulateur pour en extraire, en continu, la fréquence Doppler. Il s'agit d'appareillages légers et compacts, encore très utiles dans l'étude des vaisseaux superficiels.
Les avantages du Doppler continu sont: sa grande sensibilité pour détecter des flux lents, sa faible puissance acoustique, l'absence de limite pour calculer les flux rapides et son coût peu élevé. Il a cependant des limites: l'absence de résolution spatiale puisque le signal reçu est indépendant de la profondeur et la fréquence Doppler mesurée est la résultante des fréquences Doppler extraites du signal, moyenne des signaux venant de l'ensemble des vaisseaux traversés.
Figure 3
Le système de Doppler pulsé (fig 4) est caractérisé par une sonde à cristal unique qui alternativement émet un faisceau d'ultrasons et reçoit le faisceau réfléchi. Le délai entre deux impulsions détermine la fréquence de répétition, encore appelée PRF (Pulse Repetition Frequency). Entre ces deux impulsions, le signal réfléchi est analysé pendant une durée très courte que l'on peut appeler la "fenêtre d'écoute". Le délai entre la fin de l'impulsion et le début de la "fenêtre d'écoute" détermine la profondeur sélectionnée d'analyse du signal Doppler (c'est la profondeur du volume d'échantillonnage). Le temps d'analyse du signal réfléchi, c'est-à-dire la largeur de la "fenêtre d'écoute", détermine la taille du volume d'échantillonnage.
La PRF détermine la profondeur du champ d'exploration : pour explorer des champs profonds cette PRF doit être basse; pour explorer des champs superficiels on peut l'augmenter. Cette PRF détermine également la sensibilité aux flux: une sensibilité aux flux lents nécessite une PRF basse (environ 700 à 800 Hz pour les flux veineux et les petits flux parenchymateux). Avec une telle PRF basse, les flux artériels rapides seront également détectés mais ils ne pourront pas être quantifiés à cause d'un phénomène d'ambiguité fréquentielle, ou aliasing, sur lequel nous reviendrons; l'étude de ces flux rapides nécessite au contraire une PRF élevée (de l'ordre de 2 à 4 kHz).
Figure 4
L'avantage essentiel du Doppler pulsé est de bénéficier d'une résolution spatiale qui permet de localiser l'enregistrement Doppler en profondeur. La résolution axiale est déterminée par la longueur de l'impulsion qui est caractéristique de chaque transducteur. Cette résolution est bonne en échographie car les pulses utilisés sont courts et elle est moins bonne en Doppler pulsé car ils sont longs. La focalisation du faisceau détermine la résolution latérale (elle est maximale dans la zone de focalisation et moindre à distance).
Les limites du Doppler pulsé sont : sa plus faible sensibilité pour détecter les flux très lents, la plus forte puissance acoustique nécessaire et le risque d'ambiguïtés en fréquence (ou aliasing) et en profondeur, sur lesquelles nous reviendrons.
L'intérêt du Doppler pulsé est de pouvoir focaliser l'examen en profondeur, ce qui nécessite bien sûr d'utiliser un repérage spatial morphologique, sous la forme d'une image échographique. Les sytèmes duplex permettent l'acquisition alternée de l'image échographique et du signal Doppler, en combinant souvent les fréquences d'émission: on utilise en Doppler une fréquence plus basse que la fréquence nécessaire à l'acquisition de l'image.
L'optimisation des sytèmes duplex résulte d'un compromis puisque la qualité de l'image ultrasonore est maximale lorsque les interfaces sont à 90deg. par rapport au faisceau d'ultrasons, alors qu'il faut un angle minimum pour le Doppler.
Les systèmes duplex permettent de visualiser les vaisseaux, superficiels, ce qui facilite l'interprétation des signaux Doppler, et de repérer les lésions pariétales, ce qui permet de focaliser l'examen sur les zones pathologiques, en amont et en aval.
Les limites du système sont liées aux vaisseaux profonds, souvent non visibles, et pour lesquels on ignore la direction ou l'existence de lésions pariétales.
Le Doppler couleur permet d'analyser le signal Doppler dans un plan et ceci presque simultanément dans tous les points de ce plan. Il pourrait être assimilé à un système Doppler pulsé multiporte et multiligne. En fait, grâce à un procédé d'analyse du signal appellé l'autocorrélation, il est possible d'obtenir l'information Doppler sur toute la longueur d'une ligne, après deux impulsions, en analysant les modifications de la phase entre les deux signaux. Cependant, le rapport signal/bruit est extrêmement faible, ce qui impose de répéter ces impulsions entre 16 et 32 fois pour chacune des lignes échantillonnées.
Ce procédé permet ainsi d'analyser, au niveau d'un ensemble de volumes d'échantillonnages disposés le long d'une ligne de tir, les trois paramètres du signal ultrasonore, à savoir : l'amplitude, qui permet de reconstituer l'image en échelle de gris, la phase qui détermine la direction du déplacement des structures circulantes et la fréquence Doppler qui traduit la vitesse circulatoire.
La résolution de l'image couleur dépend de la taille du volume
d'échantillonnage sur chacune des lignes couleur et de la densité
de lignes couleurs échantillonnées parmi l'ensemble des lignes
échographiques de l'image noir et blanc. Le rapport signal/bruit (qui
conditionne la qualité de l'information Doppler) dépend du nombre
de tirs par ligne.
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