imagerie doppler - creatis.insa-lyon.frvray/otsignal/imavi_dopplerdv... · 1 imagerie doppler...
Post on 11-Oct-2018
217 Views
Preview:
TRANSCRIPT
2
.
BibliographieCertaines illustrations présentées sont tirées des ouvrages suivants :
Ultrasonic Doppler modes, Piero Tortoli (Université de Florence, Italie)
PW and CW Doppler, short course, IEEE 2004 Ultrasonic Symposium, Hans Torp, NTNU, Trondeim, Norvège
Estimation of blood velocities using ultrasound, Jorgen Arendt JENSEN, Cambridge University Press, 1996, 317 p.
Vélocimétrie Doppler; applications en pharmacologie cardiovasculaire animale et clinique, Pierre Péronneau, Les Editions INSERM, 1991, 264 p.
Echographie Doppler des vaisseaux du cou et de l'encéphale, Jean Claude SADIk, Medecines-Sciences, Flammarion, 1995, 127 p.
Jens. E Wilhjelm http://www.oersted.dtu.dk/~jwHans Torp http://www.ntnu.no/~htorp/Christian Cachard http://www.creatis.insa-lyon.fr/~cachard/master_isDidier Vray http://www.creatis.insa-lyon.fr/~vray
.
11
VELOCIMETRIE DOPPLER
- Principe de l ’effet Doppler
- Système vasculaire
- Interaction des ultrasons avec le sang
- Système à émission continue
- Système à émission pulsée
- Doppler couleur
v
8 à 9 µm
2 à 3 µm
12
L ’effet Doppler
E R E R E R
Émetteur et récepteur fixe
fr = f0
Émetteur se rapprochant du récepteur
fr > f0
Émetteur s’éloignantdu récepteur
fr < f0
13
Principe de l ’effet Doppler
La fréquence des ultrasons réfléchis par une particule en mouvement diffère de la fréquence des ultrasons émis
onde émise à la fréquence f1 par l'obstacle
1
e
0 fcosθvc
fc −==λλλλ
rfc
1frθcosvc
=−
émetteur récepteur
θe
θr
v
14
Fréquence Doppler : différence entre la fréquence reçue et la
fréquence émise.
émetteur récepteur
θe
θr
v
( )ecosθrcosθcv
0f0frfF −=−=
Principe de l ’effet Doppler
( )rcosθvc
ecosθrcosθv0f0frfF
−−
=−=
Si c >> v cos θr alors
15
1cosθc
v0
f2F −=Dopp
Principe de l ’effet Doppler
Si un seul traducteur en émission-réception, alors θ1 = θ2
)1
cosθ2(c
v
0f
FDopp −=ou:
16
Système vasculaire
Vitesse du sang
Vaisseau vitesses vitesseextrêmes (cm/s) moyenne (cm/s)
aorte montante 20 - 290 10 - 40aorte descendante 25 - 250 10 - 40 aorte abdominale 50 - 60 8 - 20artère fémorale 100 - 120 10 - 15artérioles 0.5 - 1capillaires sanguins 0.02 - 0.17veine cave inférieure 15 - 40
78
910
1110
3
21
4
56
6
17
Interaction des ultrasons avec le sang
transducteur émetteur récepteur de 3 MHz incliné de 45°.
vitesse du sang (m/s)
décalage Doppler (Hz)
0.01 0.10 1.00
28 280 2800
18
un émetteur qui fonctionne en permanence
un récepteur en écoute
p(t): signal rétrodiffusé par les structures fixes, il est à la fréquence du signal émis
d(t): signal rétrodiffusé par les structures mobiles, il contient l'information Doppler
( )
++=+= t
DtDtPtdtpt
rs ωωω
0cos
00cos
0)()(
Système à émission continueCW Doppler (Continuous Wave Doppler)
19
Système à émission continue
a – signal reçu
b – spectre du signal reçu
( ) ( ) ( )
++=+= t
DtDtPtdtpt
rs ωωω
0cos
00cos
0
un filtrage sélectif du signal n'est pas envisageable
20
Démodulation analogique
Le signal reçu est multiplié par deux signaux en quadrature sur les voies 1 et 2 en parallèle :
( ) tRtr 0cos01 ωωωω= ( ) tRtr 0sin02 ωωωω=
Calculer les signaux obtenus après le multiplieur.
On obtient une composantes en ωD et des composantes en 2 ω0
21
Système à émission continue
( ) tD
DRtw ωωωωcos
200
1 = ( ) tD
DRtw ωωωωsin
200
2 =
Les multiplieurs sont suivis de filtres passe bas afin d'éliminer les composantes hautes fréquences :
Un filtre passe haut à 10 kHz.
22
Mouvement des organes
Influence du mouvement des parois du vaisseau qui se déplace àune vitesse de 5 à 10 mm/s ?
Une fréquence Doppler de 10 à 30 Hz
Filtre de paroi (passe haut) réglable
24
Schéma d’un vélocimètre à émission continue
f0
f0
f0+fD
émetteur
90°
détecteur
amplificateur
sortie
sin ωωωωD t
cos ωωωω0 0 0 0 t
Cos (ωωωω0 t+ωωωωDt)
audiosonogramme
récepteur
cos ωωωωD t
25
Détecteur de signe
Exemple d’un flux rentrant
90°
90°
Σ
Σ
flux sortant
flux rentrantcos ωωωωDt
sin ωωωωDt
cos (ωωωωDt-ππππ/2)
-sin ωωωωDt
cos ωdt
2 cos ωωωωDt
0
cos (ωωωω0 t+ ωωωωDt)
cos ωωωω0000t
sin ωωωω0000t
Signal Doppler
27
Système à émission pulséePW Doppler (Pulsed Wave Doppler)
un émetteur émet périodiquement un train d'ondes de courte durée
un seul traducteur fonctionnant en émetteur-récepteur est nécessaire
la fréquence de répétition des tirs est appelée PRF (Pulse Repetition Frequency)
la vitesse est généralement calculée sur un signal moyenné entre 4 et 64 tirs
30
Système à émission pulsée
signal émis : e(t)=g(t)sin(2πf0t)
g(t) = 1, si 0 < t < M/f0 M: nombre de périodes
0, sinon
Pulse Repetition Frequency : 1 / TPRF
e(t)
TTPRFPRF
M/f0
31
Système à émission pulsée. Synchronisation Emission-réception
émission
fenêtre sur le signal de réception
échantillonnage
TPRF
Cellule de mesure à d0,Volume échantillon c
dTPRF
02>
TS
32
ts : retard entre deux signaux reçus
∑−
=
−−−=1N
0i
0sPRF c
d2itiTtea)t(r
PRFs Tc
v2t = )tt(r)t(r s12 −=
Bf2
f
2
cv
0
PRFmax +
=
signal reçu : N : nombre de signaux émis
D ’où la vitesse maximale qu’il est possible d’estimer :
Fréquence d’échantillonnage fPRF> 2fmax
Système à émission pulséeVitesse maximale estimée
33
Système à émission pulsée
Principe
or
donc
λ∆=φ∆ R2
θ=∆ cosv.TR PRF
θ=φ∆ cosTfc
v2PRF0
θ= cosfc
v2f 0d
PRFdTf=φ∆)i2sin()i(y φ∆π=
37
Schéma d ’un système à émission pulsée
f0
transducteur
synchronisation
amplificateur
porte
échantillonneur
ADC
bloqueur
Tprf
Tprf
E/B
e(t)
r(t)
y(i)
38
Les systèmes DuplexEcho-Doppler (Duplex) PW systems
• Une ligne est supperposée au mode B. Elle est observée en mode M
• Sur cette ligne un échantillon est sélectionné
39
Doppler couleur
Doppler couleur (ou imagerie en Doppler bi-dimentionnelle)
L ’information Doppler est calculée sur plusieurs lignes RF adjacentesDéfinition par l ’utilisateur d ’une aire sur laquelle la vitesse est calculée
Les informations en provenance des diffuseurs en mouvement sont codées en couleur et sont superposées aux images mode B en niveau de gris.
les éléments de l'image en mode B en mouvement sont codés en rouge ou en bleu:les flux se dirigeant vers la sonde sont visualisés en rouge les flux s'éloignant de la sonde en bleu.
40
Doppler couleur
Deux types différents d'émission ultrasonore sont nécessaires: l'un pour obtenir l'image B en échelle de gris, l'autre pour obtenir le décalage fréquentiel.
La fréquence Doppler est calculée sur le moyennage de 15 à 16 tirs
43
Décorrélation des signaux
Cette technique nécessite 4 à 5 tirs comparativement à 15 ou 16 pour le mode Doppler.
Cette méthode permet, en Doppler couleur, de passer de 32 à 128 lignes de mesure, donc moins d ’interpolation entre les lignes
44
Les facteurs techniques sources d ’erreurs
La vitesse de la cible est fonction :
de la fréquence Doppler,
de la fréquence d'émission,
de la célérité des ultrasons dans le corps humain
de l'angle formé entre la direction de déplacement de la cible et le faisceau ultrasonore.
L'erreur commise sur la valeur de chacun de ces paramètres se retrouve directement sur l'estimation de la vitesse.
ecvfF θcos2 0−=
45
L ’angle de tir
si θ1 = π/2 ⇒ le cosinus est nul.
⇒ la fréquence Doppler est nulle
pour éviter une erreur importante l'angle de tir doit être inférieur à 60°.
En pratique la divergence du faisceau permet d ’obtenir une information
47
La fréquence d ’émission
Lors de la propagation dans les tissus la fréquence de l'onde émise fluctue à cause des phénomènes d'atténuation, de diffusion (le milieu de propagation se comporte comme un filtre passe-bas).
Le décalage fréquentiel des échos n'est donc pas imputable uniquement à l'effet Doppler.
48
La fréquence de répétition des tirs
Lorsque le temps entre deux tirs est trop faible (PRF élevée) les échos provenant de structures profondes peuvent être analysés sur un cycle d'échantillonnage ultérieur.
⇒ des images en "miroir".
49
Le volume de mesure
Doppler continu
le volume de mesure est défini par l'intersection des faisceaux ultrasonores des deux traducteurs.
le signal Doppler contient les fréquences relatives à toutes les cibles en mouvement dans ce volume.
Doppler pulsé
le volume de mesure est défini par la section du faisceau ultrasonore et la durée de la fenêtre temporelle choisie par l'opérateur.
la fenêtre temporelle doit être ajusté à la largeur du vaisseausi la dimension est inférieure au diamètre du vaisseau le spectre fréquentiel du signal Doppler est amputé d'une partie des composantes. si la fenêtre est trop large le signal peut être parasité par la présence d'un autre vaisseau.
52
Le filtre de paroi
Le filtre de paroi est un filtre de type passe haut
si ce filtre est mal ajusté, les faibles écoulements peuvent être éliminés
53
L ’échelle de vitesses
La vitesse minimale est fixée par le choix de la fréquence de coupure du filtre de paroi.
en Doppler pulsé la gamme de vitesses est fonction de la PRF.
plus la PRF est élevée, plus la vitesse maximale mesurable est importante;en cas d'échelle de vitesse insuffisante, il y a un repliement du spectre Doppler.
54
Power Doppler mode• For each scan line, the
powerof Doppler echoes isdetected:
– All movements (including “slow” blood and tissue movements) are detected
– High S/N (averaging)
– Ideal for small vessels
– Qualitative(magnitude and direction are ignored)
Same hardware as for Doppler imaging: software differences
56
.
BibliographieCertaines illustrations présentées sont tirées des ouvrages suivants :
Ultrasonic Doppler modes, Piero Tortoli (Université de Florence, Italie)
PW and CW Doppler, short course, IEEE 2004 Ultrasonic Symposium, Hans Torp, NTNU, Trondeim, Norvège
Estimation of blood velocities using ultrasound, Jorgen Arendt JENSEN, Cambridge University Press, 1996, 317 p.
Vélocimétrie Doppler; applications en pharmacologie cardiovasculaire animale et clinique, Pierre Péronneau, Les Editions INSERM, 1991, 264 p.
Echographie Doppler des vaisseaux du cou et de l'encéphale, Jean Claude SADIk, Medecines-Sciences, Flammarion, 1995, 127 p.
Jens. E Wilhjelm http://www.oersted.dtu.dk/~jwHans Torp http://www.ntnu.no/~htorp/Christian Cachard http://www.creatis.insa-lyon.fr/~cachard/master_isDidier Vray http://www.creatis.insa-lyon.fr/~vray
.
top related