Effet Doppler: Applications en télédétection (Radar - Sonar

Considérons deux échos ultrasonores obtenus après deux tirs successifs sur une même cible en mouvement. Puisque la cible se déplace entre les deux tirs, les échos correspondants sont décalés de la durée Dt. (Fig. VII.37)

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Fig. VII.37 Principe de l'échographie CVI

Dx = v.(To - Dt/2) = c. Dt/2

2.v.To = (c +v). Dt » c. Dt

v » c. Dt /(2.To)

Il est possible, To et c étant connus, de déterminer la vitesse d'une cible connaissant le décalage Dt = T_R1 - T_R2 entre deux échos consécutifs à deux tirs.

(Cette méthode est également utilisée par les radars laser de contrôle routier)

La fonction d'intercorrélation (Fig. VII.35), permet de déterminer +/- Dt et donc d'avoir une image de la vitesse de cette cible. Cette vitesse est obtenue pour un déplacement Dx dans l'axe du faisceau ultrasonore et doit donc être corrigée de l'angle Doppler a.

v .cosa = c. Dt /(2.To)

Cette mesure, si elle est similaire à la mesure Doppler, est indépendante de la fréquence émise F et n'est donc pas soumise au problème du repliement spectral.

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Une des sorties R_xy(t_i) présentera un maximum correspondant au décalage Dt.

Fig. VII.38 Exemple d'implémentation de la fonction de d'intercorrélation

d'un signal Doppler sur deux tirs ultrasonores successifs

Une autre technique consiste à utiliser la fonction d'autocorrélation (Fig. VII.36) sur chaque écho reçu. Cette fonction permet d'obtenir un maximum pour t = T période du signal analysé.

T = 1/(F+/-DF)

Pour chacun des signaux le long d'une ligne de tir, on obtient ainsi une estimation de la fréquence Doppler F+/-DF, qui est fonction de la vitesse des cibles.

Cette mesure Doppler dépend de la fréquence F émise et est de ce fait, sujette au repliement spectral.

La fonction d'autocorrélation, permet également d'obtenir l'énergie du signal. Si l'on suppose que les échos fixes ont été supprimés, l'affichage de l'énergie permet de visualiser l'ensemble des flux circulants, indépendamment de la vitesse. Ce mode d'affichage est appelé angiographie.

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Fig. VII.39 Exemple d'implémentation de la fonction d'autocorrélation

d'un signal Doppler

Quelle que soit la méthode employée, ce n'est pas tant la vitesse qui est intéressante en échographie couleur, que le sens de circulation des cibles. Par convention, la couleur rouge est affectée à une cible se rapprochant de la sonde et la couleur bleue à une cible s'éloignant.

(Annexe 10)

Le faible rapport signal sur bruit des échos de sang, nécessite en général de faire plusieurs tirs ultrasonores par ligne explorée, ce qui ralentit la cadence des images.

Des erreurs d'interprétation, dues à l'angle Doppler, peuvent apparaître lorsque le vaisseau observé est sinueux. Le changement de direction du vaisseau par rapport à la sonde va se traduire par un changement de couleur.

L'utilisation d'une sonde sectorielle à balayage introduit une inversion des couleurs entre les deux demi-secteurs balayés par la sonde. ( Fig. VII.40)

Cet angle Doppler n'est pas constant pendant le balayage, passant par une valeur égale à p/2 à la perpendiculaire de la sonde.

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Fig. VII.40 Influence du balayage sur la mesure de la vitesseDoppler

L'échographie couleur est en constante évolution. Les techniques utilisées deviennent de plus en plus complexes. Le caractère non agressif des ultrasons fait de ces appareils, des outils très prisés, pas seulement en obstétrique médicale. L'échographie couleur est également utilisée de façon courante en cardiologie.

Les transducteurs, de plus en plus miniaturisés et sensibles, ouvrent la voie à de nouvelles applications, comme l'imagerie de l'œil ou de la peau, avec des résolutions spatiales pouvant atteindre quelques dizaines de microns. L'image d'une empreinte digitale est actuellement possible en échographie. Les zones encore non accessibles en échographie ultrasonore sont essentiellement les poumons (l'air est un écran pour les ultrasons) et les os, trop échogènes pour être observés en profondeur.

Les résultats obtenus, en terme de sensibilité et de résolution d'images, diffèrent d'un appareil à l'autre, en fonction des procédés utilisés.

Le progrès, en matière de processeurs de traitement du signal, permet des acquisitions rapides de volumes en échographie 3D. Cette technologie est un axe de développement important, permettant des diagnostiques précis en matière de malformations fœtales, face, mains et pieds.

Cette évolution technologique contribue à l'expansion du champ d'application des méthodes de diagnostiques ultrasonores et de leurs utilisations par un nombre sans cesse croissant de spécialités médicales.

7.14.2. L'échographie CIV