Matériels et logiciel d’acquisition des signaux Doppler

Les ultrasons et l’effet Doppler

Le Doppler pulsé

Le système de Doppler pulsé est caractérisé comme illustré à la figure 1.4 par une sonde à cristal unique qui alternativement émet un faisceau d’ultrasons et reçoit le faisceau réfléchi [9], [14]. 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’ambiguïté fréquentielle; l’étude de ces flux rapides nécessite au contraire une PRF élevée (de l’ordre de 2 à 4 kHz).

Spectre de fréquence

En générale, il est obtenu en appliquant une transformation de Fourier du signal Doppler recueilli par la sonde. Appliquée en temps réel, cette fonction mathématique permet de représenter les fréquences élémentaires contenues dans le signal Doppler [12]. Le spectre de fréquences représenté sur la figure 1.6 se présente donc comme un ensemble de lignes verticales juxtaposées. L’axe horizontal correspond à l’échelle du temps et l’axe vertical à l’échelle des fréquences. Sur chaque ligne verticale, apparaît la répartition des fréquences dans le vaisseau à un instant donné avec, pour chaque point, une brillance qui correspond à l’énergie et augmente avec la densité de globules à l’origine de cette valeur de fréquence. Ce spectre représente donc les variations temporelles des fréquences présentes à l’intérieur du volume d’échantillonnage considéré. Il permet donc de détecter la présence du flux et sa direction et de caractériser le profil de l’écoulement.

La carotide et la sténose carotidienne

Le système circulatoire joue un rôle très important dans chaque être vivant. Ce système inclut deux types de circulation : la circulation systémique et la circulation pulmonaire. La fonction de la circulation pulmonaire est de conduire le sang vers les poumons pour effectuer des échanges de gaz (principalement du O2 et du CO2). D’autre part, la circulation systémique délivre l’oxygène et les substances vitales à tous les tissus du corps et récupère le CO2 et d’autres substances rejetées, produites par les tissus. Chacune des deux circulations est composée d’artères, de veines et de capillaires. Les artères, sont les principaux conduits de la circulation systémique. Elles assurent le transport du sang et de l’oxygène vers tous les tissus (coeur, rein, cerveau…) du corps humain. Comme pour les autres tissus, l’oxygène est indispensable à notre cerveau. Parmi les artères qui irriguent le cerveau est l’artère carotide et parmi les principales maladies de cette artère est l’athérosclérose. Essentiellement, c’est une affection de la paroi artérielle qui résulte dans la plupart des cas en sténose. La quantification de ces sténose est indispensable pour prendre en charge un patient vasculaire. Dans ce chapitre, une description succincte respectivement de l’anatomie de l’artère carotide, de la sténose carotidienne ainsi que des méthodes d’évaluation de degré de sténose carotidienne est fait.

Le module Doppler Le BIDI 1 comporte un module

Doppler à émission continue. Rappelons que les vélocimètres ultrasonores à émission continue sont les plus simples. Ils émettent et reçoivent en continu des ultrasons. Ce procédé impose généralement l’emploi de deux transducteurs séparés, l’un pour l’émission, l’autre pour la réception [9]. La figure 3.1 ci-dessous illustre le schéma de principe d’un Doppler à émission continue. L’oscillateur génère la fréquence ultrasonore émise. Le signal électrique provenant de l’oscillateur est transformé en ondes acoustiques par le transducteur d’émission, ondes qui se propagent dans le corps. Une faible partie des ondes réfléchies par les différents tissus, fixes ou mobiles, est capté par le transducteur de réception qui les convertit en signal électrique. Ce signal de haute fréquence est amplifié et analysé, afin d’extraire la fréquence Doppler qu’il contient. Le signal de fréquence Doppler est amplifié de manière à alimenter un haut-parleur. Il est possible aussi de représenter l’évolution des fréquence Doppler au cours du temps. Une telle représentation porte le nom de sonogramme. Le BIDI 1est un appareil bidirectionnel capable de traiter simultanément les signaux doppler positifs et négatifs. Ces fréquences peuvent être écouté à l’aide de deux haut-parleurs. Les circuits électroniques sont alimentés par une batterie avec une autonomie de 3 heures.

Acquisition des signaux Doppler sur des cas réels L’acquisition des signaux Doppler a été réalisée au niveau du service de cardiologie du centre hospitalier universitaire de Tlemcen et au niveau du cabinet médical de cardiologie du Dr. Abdelhamid KORSO FECIANE. L’acquisition est faite sur plusieurs sujets de sexes et d’ages différents. Parmi ces sujets on a choisis six cas normaux et douze qui présentent une sténose au niveau de la carotide primitive gauche. Pour les cas pathologiques l’enregistrement est fait en aval de la sténose la ou la dispersion des fréquences est maximale. L’enregistrement des signaux Doppler a été faite juste après un examen échographique pour détecter la présence d’une sténose et pour éventuellement calculer son degré si elle existe. Le calcul de degré de sténose est réalisé en surface puisque c’est la méthode la plus précise. Pendant les enregistrements des signaux Doppler, il est important d’avoir un signal de fréquence et d’amplitude maximale, ceci est réalisé avec une inclinaison de 45o de la sonde. Aussi il est indispensable d’utiliser un gel. Le temps d’enregistrement choisit est de 10 sec et la fréquence d’échantillonnage est de 10240 Hz. Les caractéristiques de l’ensemble des signaux enregistrés sont résumées dans le tableau 3.1.

Conclusion

Au cours de ce chapitre, des rappels théoriques sur les représentations temps – fréquence principalement le spectrogramme et la distribution de Wigner – Ville (DWV) ont été d’abord faits. Cela était suivi par une étude illustrative de l’application de ces techniques sur des signaux Doppler de l’artère carotide. Il a été confirmé que le spectrogramme permettant de générer les sonogrammes reflétant l’écoulement du sang dans l’artère carotide, souffrait de résolution temporelle et fréquentielle. Les résultats obtenus par l’application de la DWV sur ces mêmes signaux ont montré l’aptitude de cette technique à générer une bonne résolution temporelle et fréquentielle. Toutefois ces mêmes résultats souffraient des termes interférentiels qui sont essentiellement dus au caractère quadratique de la distribution. L’étude a été poursuivie par l’évaluation de deux méthodes permettant de lisser ces interférences. Les résultats obtenus ont montré que d’un coté le lissage séparable ou bien la DPWVL permet d’obtenir des bons résultats avec le même type de fenêtre utilisé en spectrogramme (fenêtre de Hanning à 128 points). D’un autre coté l’autre type de lissage non séparable ou bien la DCW a permis de réaliser des résultats comparables au type de lissage précèdent moyennant un choix approprié de la valeur de la variance.

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Table des matières

Introduction générale
Chapitre I Les ultrasons et l’effet Doppler
1 Introduction
2 Les ultrasons
2. 1 Généralités
2. 2 Interactions des ultrasons et de la matière
3 L’effet Doppler
3. 1 Principe
3. 2 Contenu spectral de l’écho Doppler
3. 3 Différents systèmes Doppler
3. 3. 1 Le Doppler continu
3. 3. 2 Le Doppler pulsé
4 Analyse du signal Doppler
4. 1 Le signal sonore
4. 2 Fréquence moyenne
4. 3 Spectre de fréquence
5 Technologie des transducteurs
6 Conclusion
Chapitre ΙΙ La carotide et la sténose carotidienne
1 Introduction
2 Anatomie de l’artère carotide
3 Composition de la paroi artérielle
4 La sténose carotidienne
5 l’écoulement du sang dans l’artère carotide
5. 1 Ecoulement normale
5. 2 Ecoulement pathologique
5. 2. 1 Signes directs
5. 2. 2 Signes indirects
6 Quantification des sténoses carotidiennes
6. 1 Critères morphologiques
6. 2 Critères hémodynamiques
7 Conclusion
Chapitre III Matériels et logiciel d’acquisition des signaux Doppler
1 Introduction
2 Description du vélocimètre Doppler
2. 1 Le module Doppler
2. 2 Les sondes
3 Logiciel d’acquisition
3. 1 La carte son
3. 2 Principe d’acquisition
3. 3 Présentation et affichage des signaux acquis
4 Acquisition des signaux Doppler sur des cas réels
5 Conclusion
Chapitre IV Représentation temps fréquence des signaux Doppler de l’artère carotide
1 Introduction
2 Transformer de Fourier à court terme (STFT)
2. 1 Principe
2. 2 La discrétisation du spectrogramme
2. 3 Application
2. 3. 1 Choix de la durée de la fenêtre
2. 3. 2 Choix du type de fenêtre
3 La distribution de Wigner – Wille (DWV
3. 1 Principe
3. 2 Propriétés
3. 3 La discrétisation de la DWV
3. 4 Problèmes d’interférences
3. 5 Application
3. 6 Lissage séparable
3. 6. 1 Application
3. 7 Lissage non séparable
3. 7. 1 Application
4 Conclusion
Chapitre V Quantification de degré des sténoses carotidiennes
1 Introduction
2 Détection des enveloppes fréquentielles
3 Lissage des enveloppes fréquentielles
4 Détermination des pics systoliques et élimination des pics non systoliques
5 Détermination du SBI
6 Conclusion
Chapitre VI Résultats et discussion
1 Introduction
2 Calcul du SBI pour des cas normaux (degré de sténose = 0%)
3 Calcul du SBI pour des cas pathologiques
4 Relation entre SBI et degré de sténose mesuré en surface
5 Conclusion
Conclusion générale
Annexe 1
Annexe 2
Bibliographie

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