HAL Id: jpa-00230693
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Submitted on 1 Jan 1990
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MESURE NON INVASIVE DU DÉBIT AORTIQUE PAR VOIE OESOPHAGIÈNNE
B. Lavandier, D. Cathignol, R. Muchada, J. Fady, A. Birer
To cite this version:
B. Lavandier, D. Cathignol, R. Muchada, J. Fady, A. Birer. MESURE NON INVASIVE DU DÉBIT
AORTIQUE PAR VOIE OESOPHAGIÈNNE. Journal de Physique Colloques, 1990, 51 (C2), pp.C2-
299-C2-302. �10.1051/jphyscol:1990272�. �jpa-00230693�
COLLOQUE DE PHYSIQUE
Colloque C2, supplément au n02, Tome 51, Février 1990 ler Congrès Français d'Acoustique 1990
MESURE NON I N V A S I V E DU DEBIT AORTIQUE PAR V O I E OESOPHAGIE%INE
B. LAVANDIER, D. CATHIGNOL, R. MUCHADA*, J.F. FADY et A. BIRER
;rNSERM Unit6 281, 151 cours Albert Thomas, F-69003 Lyon, France Clinique Mutualiste E. André, 107 Rue Trarieux, F-69003 Lyon, France
Résumé
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Depuis plusieurs années nous avons montré la faisabilité et l'intérêt clinique de la débitméme aortique par voie oesophagienne. Une amélioration importante de cette méthode a été apportée par le développement d'un nouveau type de débitmètre associant un imageur T.M. et un vélocimètre Doppler à émission pulsée. Afin de pouvoir mesurer simultanément et de façon continue le diamètre de l'aorte et la vitesse du flux sanguin aussi bien chez l'adulte que chez l'enfant (à l'aide d'une sonde oesophagienne simplifiée et miniaturisée ). Les résultats obtenus chez l'animal lors de la validation expérimentale de cette méthode ont montré un coefficient de corrélation de 0,94 entre le débit mesuré au niveau de l'aorte descendante à la fois par voie oesophagienne et au moyen d'un débitmètre électromagnétique.Abstract
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For several years it has been shown the feasibility and clinical interest of non invasive aortic blood flow measurement in adult using an intraesophageal ultrasonic probe. In order to improve accuracy of this method a new flowmeter combining M-mode imaging system and pulsed Doppler was developped. The choice of such ultrasound techniques makes possible to measure simultaneously and continuously flow blood velocity and aortic diameter and allows more accurate aortic blood flow measurements as well in adult as in child patients (using a miniaturized oesophageal probe). In vivo experimental results show a 0.94 correlation coefficient between blood flow in descending aorta measured by this method and by means of electromagnetic flowmeter.1 - INTRODUCTION
L'emploi des ultrasons permet de mesurer de façon non invasive le débit aortique ou le débit cardiaque /1,2,3/.
Depuis plusieurs années nous avons montré la faisabilité de la débitméme aortique par voie oesophagienne à l'aide d'une sonde flexible et souple orientable de l'extérieur et d'un débitmètre comprenant un échographe A pour la mesure initiale (ou périodique) du diamètre de l'aorte et un vélocimètre Doppler à émission continue pour la mesure de la vitesse d'écoulement du flux sanguin 141. L'utilisation quotidienne de cette technique chez plus de mille patients adultes en anesthésie a permis de démontrer son intérêt clinique 151 mais aussi l'intérêt de développer cette méthode afin de prendre en compte automatiquement les variations possibles du diamètre aortique dans la détermination du débit.
2 - MATERIEL ET METHODES Rappel du ~rincipe de la mesure :
Le débit aortique est obtenu en mesurant simultanément et de façon continue le diamètre de l'aorte descendante et la vitesse d'écoulement du flux sanguin ( Fig.1).
Les sondes :
Deux sondes peuvent être utilisées : une sonde dite normale pour l'adulte et une sonde miniaturisée pour le jeune enfant. La sonde utilisée chez l'adulte comporte à son extrémité deux transducteurs (4 x 4 mm) montés sur un support moulé inséré dans un berceau en acier inoxydable (6 mm de diamètre et 15 mm de long); ce berceau est solidaire d'un flexible monté dans une gaine souple (7 mm de diamètre et longue de 500 mm). Un ballonnet de latex de 19 mm de diamètre est monté sur cette gaine, le gonflage de celui-ci à l'aide d'eau débullée permet le couplage acoustique des transducteurs avec la paroi oesophagienne et assure en même temps le maintien en position de la sonde à l'intérieur de l'oesophage. A l'autre extrémité la sonde comporte d'une part une tête solidaire du flexible permettant l'orientation des capteurs par la rotation du flexible à l'intérieur de la gaine (cette tête comporte un raccord de type "Luer" pour le remplissage du ballonnet à l'aide d'une seringue) et d'autre part un support permettant la fixation de la sonde (Fig. 2). La sonde utilisée chez l'enfant est une version simplifiée et miniaturisée de la sonde pour l'adulte. Les transducteurs sont plus petits (3 x 3 mm), le berceau est de dimensions réduites (5 mm de diamètre et 10 mm de long), deux ballons de 8 et 12 mm de diamètre peuvent être utilisés (en fonction de l'age de l'enfant), c'est le flexible recouvert d'une gaine (6 mm de diamètre et 400 mm de long) qui tourne à l'intérieur de l'oesophage.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1990272
COLLOQUE DE PHYSIQUE
Mesure du diamètre de l'aorte :
Le diamètre de l'aorte est mesuré à partir des informations fournies par un échographe à 10 MHz, la fréquence de répétition des échos est de 25 Hz. Cent vingt huit lignes échographiques successives sont numérisées, visualisées en mode TM et rangées en mémoire. La fréauence d'échantillonnage de l'écho est de 6.66 MHz en mode adulte et de 10 MHz en mode enfant; chaque ligne échographique est composée de 512 points ainsi la profondeur d'image est de 57,6 mm ou de 38,4 mm selon le mode. Le diamètre de l'aorte peut être mesuré manuellement à partir de l'image T.M. à l'aide de deux curseurs mobiles que l'opérateur superpose aux échos des parois artérielles. il est possible de mesurer automatiquement le diamètre de l'aorte, il suffit qu'une première mesure manuelle du diamètre ait été effectuée. Les données mémorisées sont analysées par un microprocesseur afin de reconnaître automatiquement les échos des parois aortiques; ceux ci sont caractérisés par leur position par rapport aux curseurs ainsi que leur amplitude. Pour chacune des cent vingt huit images successives analysées il est possible que l'un ou même les deux échos de parois disparaissent par suite du mouvement de la paroi aortique, dans ce cas le microprocesseur considère que l'écho est manquant et prend par défaut la position du curseur correspondant comme position probable de l'écho manquant. Dans le cas où aucun ou seulement peu d'échos de parois sont absents, le contour artériel peut être reconstruit par interpolation et la valeur moyenne du diamètre de l'aorte est calculée, visualisée et utilisée pour calculer le débit. Dans le cas contraire, une alarme informe l'opérateur de la mauvaise qualité de l'image, celui ci y remédie en comgeant la position de la sonde, augmentant le gain de l'échographe ou bien en repositionnant les curseurs.
Mesure de la vitesse d'écoulement du sang :
La vitesse d'écoulement du sang est mesuré par un vélocimètre Doppler à émission pulsée à 5 MHz fonctionnant avec une fréquence de répétition de 12,4 kHz, les vitesses maximales d'écoulement théoriquement mesurables sont de 1,86 m/s en mode adulte et de 1,48 m/s en mode enfant. A partir de la position des parois aortiques déterminée à l'aide de l'imageur permet de mesurer la vitesse à l'intérieur de l'aorte. Le microprocesseur prend en compte la position des curseurs et les caractéristiques géom6triques de la sonde utilide, calcule la durée d'émission nécessaire pour insonifier toute l'aorte et calcule le retard nécessaire à à la réception du signal, la durée de réception est fixe et égale à 2 ps. La fréquence instantanée du signal Doppler est mesurée par un détecteur de passages à zéro, le profil de vitesse est visualisé et la vitesse est moyennée pour le calcul du débit.
Afin de permettre le repérage* l'aorte sans connaître la position des échos le vélocimètre est utilisé comme un stéthoscope Doppler, pour cela la durée d'émission et le retard à la réception sont respectivement fixés à 42 ps et 50 ps. La distance d'exploration ainsi déterminée compris entre 5,7 et 39 mm (définis suivant la direction du faisceau du transducteur du Doppler) est suffisamment important pour rencontrer l'aorte.
Mesure simultanée du diamètre de l'aorte et de la vitesse d'écoulement du sang:
L'échographe et le vélocimètre pulsé fonctionnent simultanément. Bien que les fréquences de fonctionnement de chacun d'eux (5 et 10 MHz ) soient suffisamment éloignées, chaque impulsion de l'échographe est synchronisée avec le début de l'émission du signal Doppler afin de minimiser la perturbation du Doppler par l'écho. Des filtres réjecteurs 5 MHz sont intercalés à l'entrée et entre les étages successifs d'amplification de l'échographe. La durée d'écriture d'une image T.M. est de 5,12 S. A la fin de l'écriture de chaque image, le diamhtre aortique moyen est calculé, la vitesse moyenne d'écoulement est mesurée, le débit aortique moyen est calculé et visualisé.
3
-
RESULTATS Mesure du diamètre:Afin d'évaluer la précision de la mesure automatique du diamètre des séries de mesures ont été effectuées à l'aide de tubes calibrés parallèles à l'axe de la sonde et placés dans une cuve remplie d'eau. Après qu'un premier repérage des échos des parois intemes ai été effectué à l'aide des curseurs, le diamètre était mesuré en mode automatique. Cinq opérateurs ont effectué des séries de mesures.
Pour 60 mesures effectuées en mode adulte sur des tubes de diamètre compris entre 3 et 30 mm les résultats ont donné la corrélation suivante : Diamètre mesuré = 1,0047 (diamètre réel)
+
0,039 mm; r = 0,9999Pour 45 mesures effectuées en mode enfant sur des tubes de diamètre compris entre 3 et 16 mm les résultats ont donné la corrélation suivante : Diamètre mesuré = 1,0114 (diamètre réel)
-
0,044 mm; r = 0,9998Afin d'évaluer l'influence d'un écart de parallélisme entre l'axe de la sonde et l'axe du tube ou bien une erreur d'orientation de la sonde des séries de mesures ont été effectuées sur trois de ces tubes calibrés pour des écarts de parallélisme de 0,+2,+4,-2,-4 degrés et des écarts d'orientation de 0,+2,+4,-2,-4 degrés. La table 1 montre les résultats obtenus pour 50 mesures effectuées par deux opérateurs pour chaque tube et dans chaque mode.
Mesures de débit:
La validation ex~érimentale de cette méthode a été effectuée chez l'animal. Le débit était mesuré au niveau de l'aorte descendante simultanément à l'aide d'une sonde oesophagienne et au moyen d'un débitmètre électromagnétique (débitmètre Narco RT400 et bague de 4 mm) de montrer l'intérêt de la mesure en continu du diamètre aortique pour chaque mesure nous avons enregistré à la fois le débit de référence mesuré par le débitmètre électromagnétique et deux valeurs pour le débit Doppler, l'une correspondant au calcul du débit d'après le diamètre mesuré initialement par les curseurs et l'autre correspondant au calcul du débit en fonction du
diamètre moyen mesuré en continu. 71 mesures de débit ont été ettectuées chez des lapins de poids compns entre 3,2 et 4 kg.
Lorsque nous comparons le débit Doppler calculé d'après le diamètre initialement mesuré par les curseurs avec le débit de référence (voir Fig. 3) nous obtenons la relation :
Débit Doppler = 0,714 x Débit de référence
+
67 ml / minL'analyse statistique du rapport : débit Doppler / débit de référence a donné les résultats suivants:
moyenne : 1,116; écart type : 0,273
Lorsque nous comparons le débit Doppler calculé d'après le diamètre moyen mesuré en continu avec le débit de référence(voir Fig. 4) nous obtenons la relation :
Débit Doppler = 0,892 x Débit de référence
+
15 ml /minL'analyse statistique du rapport : débit Doppler / débit de référence a donné les résultats suivants:
moyenne : 0,981; écart type : O,11 4
-
DISCUSSION ET CONCLUSIONLes résultats obtenus in vitro avec des tubes calibrés montrent une très bonne précision du dispositif de mesure automatique du diamètre, pour chaque mode la pente de la droite de régression est très voisine de l'unité et son ordonnée à l'origine proche de zéro. Lorsque les conditions géométriques ne sont plus toujours idéales, la précision de la mesure reste bonne ainsi que le montre la table 1. Dans les conditions réelles d'utilisation les mouvements des parois aortiques provoquent des variations importantes de l'amplitude des &os de paroi, voire même leur disparition momentanée. Dans ce cas, la reconstruction par interpolation du contour artériel et le calcul du diamètre moyen sur 128 vaieurs successives contribuent à conserver une bonne précision de la mesure.
Lorsque nous considérons la mesure du débit la comparaison des résultats des figures 3 et 4 montre l'intérêt de mesurer en permanence le diamètre et de calculer le débit d'après le diamètre moyen. Lorsque le débit est calculé d'après le diamètre systolique initialement mesuré une surestimation moyenne de l'ordre de 10% et un é c m type de 27% sont constatés. Considérées sans tenir compte des résultats de la figure 4, ces valeurs ne sont pas excessives à prion compte tenu que d'autres éléments peuvent influencer la mesure : le fait d'utiliser un détecteur de passage à zéro pour mesurer la vitesse, le fait que la section de l'aorte n'est pas toujours un cercle parfait, le fait d'utiliser la valeur maximum du diamètre au moment de la systole pour calculer le débit. Lorsque nous considérons maintenant les résultats obtenus dans les mêmes conditions expérimentales mais en calculant le débit d'aprks le diamètre moyen mesuré de façon continue nous constatons une sous estimation moyenne de 2 % sur le débit et un écart type de 11%. Le fait de prendre en compte le diamètre moyen améliore de façon sensible la qualité de la mesure du débit.
Comparativement aux méthodes transcutannées la débitmétrie aortique par voie oesophagienne présente des avantages. Les capteurs de mesure de la vitesse et du débit sont réunis en un même site dans une sonde unique simple à utiliser, le maintien en position de celle ci est assuré par un ballonnet gonflable. Le positionnement du volume de mesure du vélocimètre pulsé est effectué directement à partir des informations de l'échographe. La simultanéité de la mesure du diamètre et de la vitesse permet de prendre en compte les variations de la section de l'aorte pour le calcul du débit; le clinicien peut observer en même temps l'image TM de l'aorte et le profil de vitesse à l'intérieur de celle-ci. On pourrait à priori reprocher à cette méthode de mesurer le débit aortique et non pas le débit cardiaque, les travaux cliniques précédemment effectués (à l'aide du premier prototype de débitmètre aortique) ont démontré l'intérêt de la méthode /5/. Cette méthode présente cependant deux inconvénients : elle ne peut être utilisée chez des patients présentant certaines malformations anatomiques importantes (oesophage, thorax
...
) ; elle n'est pas totalement noninvasive comme une méthode transcutanée.Actuellement le débitmètre aortique et les sondes oesophagiennes sont utilisés pour mesurer le débit aortique des patients (adultes et enfants en anesthésie ). L'utilisation quotidienne de cette technique doit confirmer l'intérêt du développement apporté.
Remerciements
Les auteurs remercient particulièrement E. Chignier et Ch. Mestas (Inserm Unité 37) pour leur aide et leurs conseils lors de la validation expérimentale de la mesure du débit ainsi que A. Matias pour son aide technique.
REFERENCES
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a,
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602.121 Payen D., Ecoffey C., Carli P., Dubousset A. M. , Anesthesiology , (3, (1987) ,681
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(1982) , 4 6-
50.141 Lavandier B., Cathignol D., Muchada R., Bui-Xuan B. and Motin J. , Ultrasound in Med. & Biol. ,
U ,
(1985), 451
-
460151 Muchada R., Cathignol D., Lavandier B., Lamazou J. and Haro D. , Am. J. Noninvas. Cardiol. , 2, (1988), 345
-
350COLLOQUE DE PHYSIQUE
Sonde oesophagienne transducteurs I Doppler
2 Echo
1
~ c h o TM Doppler pulse
T
000000 090
000000000
1 1
Oesophage
a .
. parois aortiques 000 poumon
- -
curseursDIAMETRE DEBIT AORTIQUE AORTIQUE
Figure 1: Principe de la mesure du débit aortique
DEBiT DOPPLER (mlhnin) 350] Y = 0,714 X + 67,09 mVmin
04 . . .
. - -
O 50 100 150 200 250 300 350 DEBiT DE REFERENCE (mlhnii)
WCCORD WER SUPPORT POUR
TW\NSDUCTEURS BALLON LATEX EhmxTwCONE
Figure 2 : La sonde
DEBiT DOPPLER (mlhnin) 3501 Y = 0.891X + 1564 mumin
01
.
O 50 100 150 2ûO 250 300 350 DEBiT DE REFERENCE (mumin)
Figure 3 : Comparaison du débit Doppler calculé à Figure 4 : Comparaison du débit Doppler calculé à uartir du diam8tre svstoliaue initialement mesuré partir du diamètre moyen mesuré en permanence avec le débit de réf&ncê avec le débit de référekce
Table 1 : Etude de la dispersion des résultats de la mesure du diamètre ; pour chaque tube et dans chaque mode 50 mesures ont été effectuees en mode automatique pour des écarts de parallélisme et d'orientation compris entre -4 et +4 degr6s.
DIAMETRE 24,35 16,05 10,30
MODE ADULTE Moyenne
24,58 16,215 10,333
MODE ENFANT Ecart type
0.133 0,116 0,175
Moyenne 24.47 16,199 10,347
&art type 0,077 0,099 0,127
