DOPPLER-FIZEAU (EFFET), applications médicales

DOPPLER-FIZEAU (EFFET), applications médicales

DOPPLER-FIZEAU EFFET, applications médicales

Physicien autrichien (1803-1853), Doppler étudie la modification apparente de la fréquence fixe émise par une source sonore, mobile par rapport à un observateur immobile; ou encore les modifications apparentes de la fréquence d’une source immobile lorsque l’observateur se déplace par rapport à cette source. Les lois acoustiques de Doppler furent appliquées à l’optique par le physicien français Fizeau (1819-1896).

L’application de cet effet Doppler à l’étude de la circulation sanguine (1961) utilise ces deux procédés: une sonde émettrice-réceptrice immobile placée sur la peau en regard d’un vaisseau sanguin envoie vers des réflecteurs mobiles (les éléments figurés du sang, globules blancs et rouges en particulier) un faisceau d’ondes ultra-sonores dont les caractéristiques seront modifiées par le déplacement des réflecteurs. La fréquence du signal réfléchi est différente de celle du signal incident, proportionnellement au déplacement du réflecteur mobile, ce qui permet de mesurer la vitesse du sang .

Une précision supplémentaire est apportée par le calcul de la variation de phase (1967) de la fréquence réfléchie par rapport à celle du signal incident, ce qui permet de connaître le sens d’écoulement des réflecteurs par rapport à la source fixe.

Cette technique utilise l’émission continue (méthode dite du «Doppler continu») d’une fréquence ultra-sonore fixe, choisie pour que la différence de fréquence entre signal incident et réfléchi se situe dans la gamme audible. Selon la profondeur du vaisseau étudié, et sa vitesse circulatoire, on choisit des fréquences allant de 2 à 10 MHz. Le «battement» de ces deux fréquences est ainsi audible directement, et peut aussi être visualisé sur oscilloscope, ou enregistré sur un graphique.

Un autre progrès fut rendu possible (1970) en remplaçant cette émission continue par des trains espacés d’impulsions ultra-sonores (méthode dite du «Doppler pulsé») et en mesurant dans l’intervalle le délai entre l’émission ultra-sonore et le retour de sa réflexion (comme le fait le Sonar). Il devient alors possible de mesurer la profondeur d’une artère (délai entre la peau et l’apparition d’un signal artériel) et son diamètre (compte tenu de l’angle du faisceau ultra-sonore par rapport à l’axe de l’artère) en calculant la distance entre les points d’apparition et de disparition du signal artériel.

L’association de ces deux procédés, mesurant la vitesse du sang dans une artère, et le diamètre de cette dernière, permet de mesurer le débit sanguin de cette artère. Cependant l’examen par «Doppler pulsé» a l’inconvénient d’être long à exécuter, et il ne peut encore étudier que des vaisseaux de gros calibre. Il est donc surtout appliqué à la recherche théorique sur l’hémodynamique.

En pratique médicale courante, le «Doppler continu» est le plus souvent utilisé.

Seuls les vaisseaux superficiels sont explorables, non pas tant à cause du manque de pénétration du faisceau ultra-sonore, que par la difficulté d’orienter la sonde et de savoir quel vaisseau elle regarde, et sous quel angle. On peut donc étudier directement les vaisseaux du cou, les artères ophtalmiques et celles des membres. Des manœuvres de mobilisation, ou de compression, peuvent parfois renseigner sur les circulations intra-crâniennes, thoraciques ou abdominales, de façon indirecte.

Le signal Doppler distingue aisément les artères, à l’activité rythmée par la fréquence cardiaque, des veines au flux plus continu modulé par le rythme respiratoire. Les appareils, directionnels, les distinguent également selon la direction du flux allant ou venant du cœur.

Chez le sujet normal, deux types d’activités artérielles sont différenciées:

les artères des membres, caractérisées par un afflux sanguin uniquement au moment de la contraction ventriculaire cardiaque (systole) le plus souvent suivi d’un léger reflux traduisant l’élasticité du lit vasculaire d’aval;

les artères à destinée cérébrale, où le passage sanguin, s’il est majoré lors de la systole, persiste entre deux contractions ventriculaires (diastole) du fait de l’absence d’élasticité et surtout de la faible résistance circulatoire des artères cérébrales. Chez le sujet jeune, une forte vitesse diastolique est enregistrée. Avec l’âge — et l’athérosclérose cérébrale —, elle va diminuer fortement et même disparaître.

Une obstruction totale d’une artère entraîne son silence (sa vitesse circulatoire étant égale à zéro), un amortissement des activités artérielles en amont et en aval, et aussi parfois une augmentation des activités artérielles collatérales, indiquant une éventuelle suppléance.

Une obstruction partielle entraînera une accélération circulatoire à ce niveau (comme les «rapides» d’un torrent dont les rives se rapprochent), accélération locale avec, dans les obstructions partielles importantes, une réduction des activités d’amont et d’aval, et la mise en œuvre d’éventuels trajets de compensation.

On peut ainsi diagnostiquer une obstruction carotidienne ou vertébrale, partielle ou totale, déterminer d’éventuelles suppléances, et estimer la résistance circulatoire cérébrale par l’importance de l’amortissement du flux diastolique.

On peut, aux membres inférieurs, déceler l’artérite distale, et préciser si elle est ou non associée à une obstruction des gros troncs artériels iliaques ou fémoraux; aux membres supérieurs, mettre en évidence une obstruction de la sous-clavière, avec éventuellement un «vol sous-clavier». Des manœuvres de mobilisation de la tête et des membres peuvent montrer des compressions artérielles se produisant à certaines positions de la tête (arthrose cervicale), des membres supérieurs (syndrome de la traversée thoraco-brachiale) ou inférieurs (poplitée «piégée»).

D’autre part, des modifications globales de la morphologie des courbes enregistrées peuvent indiquer une sténose ou une insuffisance aortique.

Quant à l’examen des trajets veineux, il peut détecter une éventuelle obstruction, et renseigner sur le bon fonctionnement des valvules veineuses.

Tous ces renseignements sont donnés rapidement, de façon indolore, par la simple technique du «Doppler continu».

Si le «Doppler pulsé» est resté peu utilisé, il va permettre la visualisation des vaisseaux artériels: en déplaçant la sonde le long du vaisseau, et en stockant les résultats obtenus sur un oscilloscope à mémoire dont le balayage suit les directions de la sonde, ou en commutant électroniquement une sonde à cristaux multiples, on peut obtenir une imagerie ultra-sonore Doppler , parente de l’échotomographie ultra-sonore (cette dernière traçant l’image des structures internes dont l’impédance acoustique est différente) tandis que l’imagerie Doppler ne laisse apparaître que les zones où surviennent des mouvements: carrefours artériels par exemple.

Cette technique, dont la mise au point s’achève, permettra à l’examen Doppler d’aborder l’étude des vaisseaux profonds (aorte abdominale par exemple) alors qu’actuellement il se limite à l’examen des vaisseaux superficiels, mais avec une fiabilité déjà confirmée.

Encyclopédie Universelle. 2012.