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Figure 1: Atlas du système artériel


Contents

1 Angioscanner (angio CT)
2 Imagerie par Résonance Magnétique (IRM)

Abstract

Depuis les années 1920 avec l’avènement de l’artériographie, l’imagerie des artères périphériques est longtemps restée du domaine de l’invasif. Il a fallu attendre les années soixante-dix pour voir éclore avec le Doppler continu les méthodes d’exploration non invasives. Depuis, grâce aux progrès techniques, ces méthodes se sont développées, ouvrant ainsi aux praticiens des possibilités d’exploration précises, reproductibles et faciles à mettre en oeuvre en pratique clinique. Bien sûr, en matière d’explorations vasculaires, la clinique reste la pierre angulaire de l’évaluation des patients. Pour autant les possibilités ouvertes par l’imagerie moderne conduisent à repenser les stratégies d’explorations dans tous les territoires. Aujourd’hui les méthodes d’exploration non invasives des vaisseaux font essentiellement référence aux ultrasons, au scanner et à l’imagerie par résonance magnétique. Leur utilisation s’est vue enrichie de nouvelles indications, dépistage de formes symptomatiques et contribution à l’évaluation du risque cardiovasculaire en particulier.

1 Angioscanner (angio CT)


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Figure 2: Image CT, reconstructions MPR et volumique d’un stent aortique


La tomodensitométrie multi barrettes a singulièrement amélioré les performances du scanner et permet actuellement l’exploration de la majorité des artères et de l’aorte. L’association d’émetteurs comportant plusieurs barrettes (16, 40, 64) placées en parallèle permet l’acquisition de plusieurs coupes en une seule rotation. La dose d’irradiation nécessaire reste un point critique même si elle n’excède pas celle d’une angiographie conventionnelle. C’est la méthode actuellement la plus utilisée pour faire le diagnostic de dissection : 61% des examens de première intention dans l’étude de l’IRAD (International Registry of Acute Aortic Dissection). Ses performances sont excellentes pour le diagnostic positif et l’étude de l’extension des dissections en rapport avec sa bonne résolution et son volume d’acquisition. Actuellement, le scanner permet, dans tous les cas, de poser l’indication thérapeutique et sert de référence initiale pour le suivi. Une nouvelle génération est proposée pour le scanner avec l’arrivée du scanner avec double tube (DualTube). Les possibilités de faire des acquisitions de qualité avec des résolutions temporelles constantes voisines de 80 ms ouvrent la voie vers l’imagerie cardiaque haute résolution. L’application d’une acquisition à double énergie est plus spécifique et permet de différentier les structures, en particulier en Imagerie de la plaque pour l’athérosclérose.

2 Imagerie par Résonance Magnétique (IRM)

L’IRM de l’aorte thoracique est une méthode d’analyse simple et fiable. Du fait de son caractère non invasif, elle est la référence pour le suivi évolutif (pas de néphrotoxicité, pas de radiation ionisante). Pour le diagnostic des maladies de la paroi aortique, son utilisation est variable selon les centres. Plusieurs types de séquences sont disponibles. Les examens en mode ciné ont un intérêt particulier pour l’étude cardiovasculaire. Les séquences citées ci-dessous sont les plus utilisées en clinique classique et seront décrites brièvement dans les section suivantes ainsi que le protocole choisi pour notre application.

La séquence SSFP Single Shot (TRUEFISP) :


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Figure 3: coupe axiale, Imagerie SSFP single shot


Elle est réalisée en apnée, avec synchronisation cardiaque. C’est une séquence type écho de gradient pondérée T2/T1. L’ensemble du thorax est exploré en coupes axiales, en deux apnées de 15 secondes pour une cinquantaine de coupes. Cette séquence permet d’obtenir un excellent contraste entre les liquides circulants ou non qui sont en hyper signal et les tissus. Elle permet une bonne analyse anatomique de la lumière vasculaire et de la paroi aortique (Image plan axiale pondérée en SSFP explorant le tiers moyen de l’aorte thoracique, sur ce type de séquences l’hématome intramural est en hyper signal spontané comme tous les liquides, circulants ou non).

La séquence mono-coupe Turbo Spin Echo T1 :


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Figure 4: coupe axiale, Imagerie T1, sang noir


Elle est réalisée en apnée, avec synchronisation cardiaque, dans le plan axial et sagittal oblique (parallèle au grand axe de l’aorte thoracique). Une impulsion en début d’acquisition (sang noir) est utilisée pour éviter les artéfacts de flux intra vasculaire. Le TR (temps de répétition) est de l’ordre de 150 ms et le temps de déclenchement est calculé pour que la séquence soit réalisée en méso diastole. Cette séquence bénéficie d’une excellente résolution en contraste permettant de distinguer la paroi aortique (signal intermédiaire) de son contenu (sang circulant vide de signal) et des espaces graisseux médiastinaux adjacents (Image plan axiale en pondération T1 passant par la partie supérieure de l’aorte thoracique descendante, Hématome pariétal non circulant en hyper signal).

Séquence en écho de gradient T2 haute résolution :


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Figure 5: coupe para-sagitale sur la crosse aortique, imagerie ’Haste’


Elle est réalisée en apnée et synchronisation cardiaque avec acquisition de la moitié du plan de Fourier (séquence HASTE). On utilise là aussi une impulsion initiale sang noir. L’intérêt de cette séquence est de rester de bonne qualité même si le patient est en arythmie ou dyspnéique (durée inférieure à 10 secondes). La résolution en contraste et en signal est moins bonne que sur la séquence en TSE T1 (Image plan para sagittal sur l’aorte thoracique).

Séquence à effet angiographique (ARM 3D) :


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Figure 6: ARM d’une dissection de l’aorte thoracique, coupe 2D native en para-sagitale et reconstruction MIP


Elle est réalisée après injection de chélate de Gadolinium, en apnée, sans synchronisation cardiaque. Le fait de ne pas être synchronisée à l’ECG n’est pas un problème majeur car le mode choisi pour écrire l’espace K (paramètre CENTRA) combiné à un TR=3.8ms permet d’obtenir très vite un bon contraste dans les images. Le T1 du sang est alors proche de 50ms. C’est une séquence en écho de gradient à forte pondération T1, avec des coupes millimétriques et jointives. Le volume d’acquisition est positionné dans le plan sagittal oblique pour l’analyse de l’aorte thoracique et abdominale. Une première acquisition est réalisée, en apnée, avant injection de produit de contraste, suivie de deux acquisitions séparées de 5 secondes : la première en apnée, la deuxième en respiration libre. Le déclenchement de ces deux acquisitions est réalisé lorsque le bolus opacifie l’ensemble de l’aorte. Il est nécessaire d’injecter 20 ml de produit de contraste à 2 ml/s avec un rinçage de 20 ml de sérum physiologique. L’analyse s’effectue sur les coupes natives, les soustractions, les reconstructions MPR axiales et les reconstructions MIP (différentes incidences de l’oblique gauche à l’oblique droit tous les 15 ou 20 degrés).(Image à effet angiographique, coupe native et reconstruction MIP sur une dissection chronique de l’aorte descendante. Contrôle de Stent-Graft sur la crosse aortique).

Séquences cinétiques (SSFP multi shot) :


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Figure 7: coupes para-sagitales sur la crosse aortique, imagerie ’4D’


La ciné-IRM est réalisée en apnée et synchronisation cardiaque. C’est une séquence écho de gradient pondérée T2/T1 où les liquides apparaissent en hyper signal. Elle permet une analyse de la cinétique cardiaque segmentaire et globale (mesure de la fraction d’éjection, de la masse myocardique et des volumes télé systolique et télé diastolique), de la valve aortique (insuffisance ou rétrécissement aortique) ou de la valve mitrale (Image SSFP multi shot sur la valve mitrale fermée, mise en évidence d’un souffle mitral. Ici la flèche indique un jet mitral en hypo signal, artéfact dû aux fortes vitesses).

Vélocimétrie par contraste de phase :


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Figure 8: Vélocimétrie par contraste de phase, mono-coupe avec une direction d’encodage et multi-coupes avec 3 directions d’encodages


Le contraste entre les vaisseaux et les tissus environnants est obtenu par la différence de phase entre les spins circulants et ceux statiques. Un gradient magnétique bipolaire est appliqué. Les spins statiques sont défocalisés puis refocalisés. L’application de ces gradients de champ magnétique est donc responsable d’un déphasage entre les protons circulants et ces protons stationnaires. L’intensité de ce déphasage est directement proportionnelle à la vitesse des protons circulants. L’acquisition peut se faire en 2D ou en 3D. L’utilisation d’un navigateur respiratoire avec une efficacité proche de 60 % ouvre actuellement la possibilité de faire l’acquisition du champ de vitesse dans les trois directions de l’espace et en respiration libre. Ce type d’applications permettent de reconstruire le champ de vitesses en 3D pour l’aorte (Acquisition multi coupes, multi phases et dans les trois directions de l’espace pour l’orientation d’encodage de la vitesse (Vx, Vy, Vz). Reconstruction du champ de vitesses mesurées (streamlines)). Le temps d’examen d’un grand volume d’acquisition reste encore long ( 20 min) pour un imageur 3T. Les problèmes liés à cette technique sont principalement la difficulté à choisir une vitesse d’encodage (Venc) optimale pour tout le domaine à explorer. Avec une même Venc, certains territoires présenteront un phénomène d’aliasing aux zones où les vitesses sont supérieures à Venc, et d’autres, aux vitesses très faibles par rapport à la Venc, présenteront un défaut de contraste. Pour l’application en CFD, il est nécessaire d’obtenir la vitesse d’entré et de sortie du domaine de calcul. Il n’est donc pas indispensable de faire une cartographie 3D des champs de vitesses mesurées par IRM. A ne pas confondre avec le champs de vitesses 3D calculé par CFD.

Protocole clinique

Dans la pratique clinique classique, l’exploration IRM de l’aorte thoracique comprend dans cet ordre : des coupes axiales et sagittales obliques en SSFP single shot, une séquence axiale en TSE T1 et une ARM 3D avec injection de produit de contraste. Les études de flux segmentaire sont réservées uniquement à l’étude de la fonction cardiaque. Plusieurs modifications ont été réalisées sur les séquences classiques, pour obtenir des informations supplémentaires. L’objectif était de reconstruire les conditions initiales nécessaires à un calcul CFD. Basé sur la pratique des médecins radiologues et de la forte collaboration des manipulateurs(trices), nous avons composé un nouveau protocole contenant des séquences du type morphologique et des séquences du type hémodynamique. L’ensemble synchronisé à l’ECG du patient. Pour répondre aux demandes des radiologues et du traitement numérique qui se voyait imposé par la suite, un cahier de charges à été défini pour le protocole clinique. Il devait : -avoir au moins les mêmes bases de travail pour l’imagerie diagnostique morphologique. Pas de changement pour le radiologue. -avoir des voxels isotropes et millimétriques pour faire une analyse en 3D des structures telles que l’aorte et ses collatérales. Ce point est important lors du contrôle des effets de volume partiel (ou en profondeur pour une coupe trop épaisse), mais rajoute une contrainte au niveau de l’intensité du signal récupéré par la réduction du volume (voxel) d’acquisition. -avoir la possibilité de récupérer une géométrie vasculaire détaillée et mobile dans la zone d’intérêt. -être accessible au clinicien et au personnel qui n’est pas formé au traitement numérique. -finalement être court et ergonomique pour le patient.

Arriver exactement aux besoins décrits plus haut est difficile, obtenir des résolutions spatiales et temporelles optimales est souvent conjugué aux limites technologiques. Mais aujourd’hui nous sommes arrivés à certains compromis entre ce qui est faisable et ce qui est idéal mathématiquement parlant. En plus, les artéfacts d’origine métallique peuvent gêner la visualisation de petits vaisseaux collatéraux (clips chirurgicaux) ou l’analyse de l’aorte (présence d’une endoprothèse avec repères et structure métalliques). Les trois séquences développées à cet effet fournissent les conditions de frontière nécessaires à la résolution des équations différentielles de Navier-Stokes. D’un côté, une séquence injectée pour l’extraction de la géométrie native avec une bonne résolution spatiale. D’autre part, et encore sous l’effet du gadolinium, une séquence du type balanced-SSFP pour suivre l’évolution de la paroi vasculaire. Et finalement, un recueil de données hémodynamiques à l’entrée et aux sorties du segment d’artère étudié. Les paramètres retenus pour ces séquences ne sont pas des valeurs optimales et une recherche approfondie serait souhaitable pour éliminer définitivement le problème des artéfacts dans les images dynamiques, améliorer le contraste et travailler avec des voxels isotropes. Une piste intéressante est celle de travailler sur une séquence rapide du type balanced-SSFP pondérée T1 avec produit de contraste et suppression de graisse ou bien une séquence SSFP avec un navigateur respiratoire. Ces optimisations visent à améliorer la concordance avec la géométrie réelle, l’idéal mathématique (voxel isotrope et relativement petit, voisin de 1mm) et l’ergonomie du patient (respiration libre).