Etude de la cyclostationnarité du signal Doppler sanguin pour la détection de micro-emboles : étude préliminaire

This paper deals with the ultrasonic detection of micro-emboli by means of a transcranial doppler system. The originality of this word is that we use the cyclostationnary properties of the blood ultrasonic Doppler signal to detect microembolus energeticaly masked in the different cardiac phases. In this study, we evaluate theoretically the correlation spectrum of a realistic blood Doppler signal model. We propose a parameter allowing the detection of masked micro-emboli and quantify the performances of this detector and compare it to a standard detector. La detection d’emboles et plus particulierement la detection de micro-emboles est d’une grande importance clinique pour la prevention des accidents vasculaires cerebraux. Les techniques classiques de detection, implementees dans le systeme Doppler ultrasonore transcrânien (systeme le plus utilise en routine clinique), sont generalement basees sur le franchissement d’un seuil energetique [1]. La valeur minimale de ce seuil est, la plupart du temps (voir la figure(1c)), reglee pour etre juste superieure a l’energie du signal sanguin pendant la phase de systole (la plus energetique). Ce choix interdit par consequent toutes detections d’evenements micro-emboliques (evenements rares) dont l’energie serait inferieure a l’energie systolique sous peine d’obtenir une forte probabilite de fausse alarme. A titre d’illustration, nous avons reporte sur la figure (1) les representations temporelles de l’amplitude, de la frequence et de l’energie d’un signal Doppler simule en presence de deux micro-emboles synthetiques l’un en phase de systole et l’autre en phase de diastole. Bien que les signatures des deux micro-emboles soient de meme niveau energetique, seul le premier embole sera detecte par les techniques classiques. En postulant maintenant que le signal Doppler sanguin est un processus cyclostationnaire, cela veut dire qu’a un instant donne du cycle cardiaque, par exemple la diastole (voir la figure (1c)), la valeur de l’energie est periodiquement et statistiquement la meme. Si nous prelevons (comme indique sur la figure (2)) et comparons periodiquement (detection synchrone) les valeurs de l’energie aux differents instants du cycle cardiaque, nous pouvons detecter la presence d’evenements non periodiques comme les micro-emboles. Une illustration de cette detection synchrone au travers d’un parametre appele ”energie reorganisee” montre qu’il est possible de detecter les deux microemboles independamment de leur position dans le cycle cardiaque. Avant de pouvoir proposer un detecteur nous devons avant tout comprendre les differentes representations cycliques dans le cas d’un signal Doppler. Des etudes similaires ont ete realisees dans d’autres domaines, on pourra consulter par exemples les travaux suivants [2], [3]. 1 CYCLOSTATIONNARITE DU SIGNAL DOPPLER SANGUIN En vue de proposer une forme analytique du spectre de correlation, nous devons avant tout proposer une modelisation simple mais precise du signal Doppler sanguin. 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 −2 −1 0 1 2 A m p lit u d e Signal Doppler simule avec des emboles F re q u e n c e n o rm a lis e e 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0 50 100 Temps (en s) E n e rg ie Diastoles Systoles Seuil de detection Cycle cardiaque micro−embole 1