JIM - L’échocardiographie tridimensionnelle en temps réel: prête pour le prime time ?

Bram Roosens, Bernard Cosyns,

Service de cardiologie, UZ Brussel, VUB

L’échocardiographie tridimensionnelle (E3D) peut permettre de surmonter les obstacles associés à l’échocardiographie classique en deux dimensions (E2D). Si les deux formules ont leurs avantages et leurs inconvénients, il est néanmoins indéniable que les nouvelles techniques d’E3D ouvrent la voie à une approche entièrement nouvelle de l’évaluation de la fonction et du volume cardiaques, ainsi que de l’étude des valvulopathies. Ce survol s’intéressera aux applications, avantages et limites des systèmes d’E3D, notamment dans la mesure de la fonction ventriculaire gauche et du volume ventriculaire gauche, l’évaluation du volume et de la fonction ventriculaire droite, l’examen des valvules cardiaques, la mesure du volume atrial et le dépistage des maladies cardiaques congénitales.

Contexte historique

Depuis de nombreuses années, l’échocardiographie classique en 2D (2DE) est la modalité standard de l’imagerie clinique en cardiologie. Toutefois, cet outil largement utilisé a des limites car il permet seulement l’analyse des vues en coupe transversale et il faut formuler des hypothèses géométriques pour l’étude des volumes et de la fonction cardiaque. L’échocardiographie en 3D (3DE), devenue récemment disponible en pratique clinique, peut offrir une solution à ce propos (1). Une gamme de modalités en 3DE est devenue abordable. Que de chemin parcouru depuis l’imagerie multiplan, une technique qui prend beaucoup de temps et qui reconstitue en gros une série d’images 2D en une structure 3D (2) (Figure 1). De nos jours, les transducteurs 3DE sont constitués de plus de 3.000 éléments, organisés en matrice, qui transmettent et reçoivent par voie électronique et permettent ainsi une échographie en temps réel. Ceci a donné naissance à une imagerie multiplan améliorée, le 3DE en direct et des modalités à plein volume (3).

L’imagerie 3DE en direct génère en temps réel une véritable image du coeur. Néanmoins, cette méthode comporte des inconvénients, notamment son champ de vision limité et l’impossibilité d’enregistrer les images en direct à moins de les acquérir. D’autre part, des acquisitions à plein volume couvrent un champ de vision plus large, fournissant ainsi une «vue d’ensemble» et convenant mieux à l’analyse. Cependant, ces acquisitions ne peuvent se faire en temps réel, la reconstruction provoque des artefacts de raccord et il y a des problèmes quant aux examens en synchronisation et en apnée (Figure 2). Ces deux modalités ont chacune leurs avantages et leurs inconvénients. On retiendra que ces nouvelles techniques en 3DE permettent une toute nouvelle approche de l’évaluation de la fonction cardiaque, de la taille et des valvulopathies. Les applications, avantages et limites seront abordés dans cette étude.

Utilisation de la 3DE pour la quantification des volumes et de la fonction ventriculaire gauche

L’acquisition de la fraction d’éjection ventriculaire gauche (LVEF) afin d’obtenir une évaluation précise de la fonction globale ventriculaire gauche (LV) constitue la principale indication pour effectuer une échocardiographie en pratique clinique. Un LVEF réduit accroît le risque de mort subite, de mort par insuffisance cardiaque, d’infarctus myocardiques et d’attaques mortels et, par conséquent, de nombreux diagnostics, pronostics et décisions thérapeutiques en dépendent (4). Bien que le mode M existe depuis plus de 40 ans, il reste la méthode recommandée pour évaluer le LVEF, appliquée dans les directives les plus récentes. Un inconvénient majeur de cette acquisition est la surestimation par le transducteur des erreurs de positionnement et des mesures obliques: une erreur de 10% en diamètre donnera une inexactitude de 30% en volume. En outre, il évalue seulement 2 points dans l’espace et ne peut pas fournir des informations sur les dysfonctionnements régionaux. De plus, il est difficile d’acquérir des dimensions précises en mode M en cas de mouvement septal anormal (comme dans un bloc de branche gauche). L’intégration visuelle des images 2DE pour l’évaluation de la fonction LV régionale est également basée sur des hypothèses géométriques et est relativement inexacte avec une faible reproductibilité. Le 3DE a montré une quantification plus précise et reproductible du LVEF (5). Un ensemble de données en 3D comprend toutes les visions 2D possibles et, par conséquent, les informations dynamiques complètes sur la contraction de la chambre LV.

Les anomalies du mouvement de la paroi peuvent être systématiquement analysées dans des tranches d’axe courtes et parallèles et la fonction régionale peut être évaluée en se basant sur une analyse segmentaire du mouvement endocardiaque en 3D (6). La visualisation de la limite endocardique peut être améliorée par un produit de contraste échographique par voie intraveineuse, ce qui affine encore l’évaluation de la fonction LV (7). Bien que les volumes de LV soient conventionnellement quantifiés par la règle de Simpson en 2DE, deux méthodes semi-automatisées en 3D sont apparues pour les mesures de volume. L’une d’elles est l’analyse en deux plans guidée en 3D. Cependant, on doit toujours formuler des hypothèses géométriques et des erreurs de tracés peuvent se produire. L’autre est l’analyse volumétrique directe, où les volumes sont automatiquement analysés en fonction de la détection de la surface endocardique (6) et seules des erreurs de tracés de limites sont possibles (8, 9) (Figure 3). La délimitation et la qualité d’image restent un souci majeur même en 3DE. Certains auteurs ont examiné l’impact du contraste en 3DE afin d’améliorer la définition de la limite ventriculaire gauche. Une analyse de volume en 3DE doit être précise et reproductible. Jacobs et autres ont effectué une étude où ils comparent l’imagerie par résonance magnétique (IRM), l’évaluation actuelle idéale des volumes LV et la 3DE, avec et sans contraste. Cette étude a montré moins d’erreurs de mesure des volumes LV et un LVEF avec un 3DE en temps réel par rapport à un 2DE classique, pondéré par rapport à une IRM (norme) et a confirmé la supériorité du 3DE en termes de précision et de reproductibilité (3, 10). Nous avons démontré que le 3DE avec contraste permettait aussi une évaluation précise du LVEF et des mesures similaires par rapport au SPECT (la méthode la plus utilisée pour mesurer le LVEF en pratique clinique) et qu’il y avait moins de variation entre les observateurs (11). Par rapport à ces méthodes de référence, un grand avantage de l’écho en 3D reste la portabilité et l’absence d’irradiation. Le calcul de la masse du LV en 2DE souffre des mêmes limites que celles décrites ci-dessus. Avec une écho en 3D, la masse peut être tirée d’un jeu de données 3D complet. Il y a aussi une meilleure corrélation entre cette méthode 3D et l’IRM, par rapport à un 2DE classique (12). Un avantage théorique du 3DE dans l’évaluation de la taille du LV reste la disponibilité de plus d’informations anatomiques précises avec moins d’hypothèses géométriques, par rapport au 2DE. En effet, le 2DE suppose que le LV peut être reconstitué à partir d’un empilement de disques de différents diamètres, mais lorsque sa forme est irrégulière, cette approche est moins appropriée (6).

Par ailleurs, les inconvénients du 3DE sont la résolution temporelle limitée et la qualité des images (qui peut être améliorée par contraste (6)) par rapport à une méthode classique. Comme le coeur est une structure complexe en 3D, il est tout à fait naturel d’aborder plutôt son anatomie et sa fonction d’une manière tridimensionnelle à l’avenir. Un 3DE complet est faisable en pratique clinique et la mesure du LVEF peut être réalisée en 5 minutes. Du fait de sa supériorité par rapport au 2DE dans le domaine de l’évaluation des volumes et de la fonction du LV, le 3DE peut aussi être appliqué dans les tests d’effort et l’évaluation de l’asynchronisme LV (6). Cependant, certains problèmes persistent, doivent être résolus et seront discutés ci-dessous. Aucune grande étude n’a encore été réalisée sur des patients CHD.

Evaluation de la taille et de la fonction ventriculaire droite

L’évaluation du volume et de la fonction ventriculaire droite (RV) représente un défi en raison de sa géométrie compliquée. Comme toujours, le 2DE classique s’appuie sur des hypothèses géométriques pour la quantification. Il est possible d’évaluer le RV avec la méthode d’addition des disques. Cependant, cette technique comporte certaines limites, notamment la détermination difficile de la voie d’éjection du ventricule droit (RVOT) et l’épaisseur de la vue anatomique. La méthodologie en 3DE actuelle permet une acquisition rapide et aisée du RV indépendamment des hypothèses géométriques basées sur la détection semi-automatisée des limites. Toutefois, le volume et la fonction du RV acquis par le 3DE avec de vieux algorithmes montrent seulement une corrélation modérée avec l’IRM. Il a donc été proposé d’employer un simple TAPSE pour l’utilisation clinique quotidien (13).

Les publications récentes ont montré l’avantage du 3DE par rapport au 2DE dans l’analyse du RV, comparé aux autres modalités d’imagerie (MDCT et IRM), mais cette nouvelle technique nécessite encore davantage de validation (6, 14) (Figure 4).

Evaluation des valvules

L’étude des valvulopathies est une des applications les plus importantes du 3DE car elle peut apporter de nouvelles idées dans la compréhension de l’appareil valvulaire dans un espace en 3D (Figure 5).

En obtenant un jeu de données en 3D du coeur, les valvules peuvent être examinées dans des orientations différentes illimitées en temps réel pendant les mêmes cycles cardiaques et des reconstructions multiplanaires s’obtiennent facilement. Grâce à l’application du 3DE Doppler en couleur, la gravité des flux de régurgitation peut être classée, les flux peuvent être tournés et leurs formes en 3D, examinées. Ensuite, le signal Doppler en couleur peut être éliminé et le plan de la valvule peut être évalué. Le 3DE a déjà apporté des idées importantes dans la physiopathologie de la valvule mitrale (MV) (6). En cas de sténose mitrale, le 3DE peut réaliser une planimétrie précise de la zone de l’orifice de la valvule (Figure 6).

Il montre une meilleure cohérence avec une mesure invasive (en utilisant la formule de Gorlin) par rapport à une planimétrie classique en 2D et aussi une meilleure reproductibilité (15). En raison de la relation non planaire valve-anneau, le prolapsus de la valvule mitrale peut être facilement sur- ou sous-estimé avec un 2DE classique. Pepi et autres ont démontré la précision supérieure du 3DE pour l’évaluation du prolapsus MV chez plus de 100 patients subissant une réparation MV, grâce à une identification plus précise du caractère bivalvulaire (6, 16). Un logiciel dédié deviendra aussi rapidement disponible pour la quantification en 3D, par exemple pour évaluer le volume de tenting MV (17). Par rapport au MV, l’expérience de visualisation de la valvule aortique en 3DE reste limitée. Mais des études préliminaires ont montré qu’une planimétrie directe et l’application de l’équation de continuité dans le rétrécissement aortique sont plus précises avec des vues «de face» en 3DE, comparativement au 2DE classique (18). L’utilisation du 3DE dans l’étude des valvules RV n’a pas encore été explorée en détail (6). Le 3DE peut fournir une image beaucoup plus complète des valvulopathies et constituer un guide dans la détermination de la stratégie chirurgicale adéquate. En outre, il peut être employé comme outil d’évaluation après une opération chirurgicale.

Mesures du volume de l’oreillette

Les mesures du volume de l’oreillette gauche (LA) peuvent se révéler très utiles car un accroissement de la taille de la LA est lié à une insuffisance cardiaque et à une fibrillation auriculaire avec attaque et mort subite (19). L’évaluation 2DE classique est généralement employée, mais elle est aussi basée sur des hypothèses géométriques et a une faible reproductibilité. Le 3DE a été récemment validé (contrairement à l’IRM) car plus précis et reproductible dans la quantification des volumes de LA par rapport au 2DE classique (6, 20, 21).

Cardiopathie congénitale

Le 3DE peut déceler plusieurs formes de cardiopathies congénitales, comme les malformations congénitales du septum interventriculaire, les valvules aortiques bicuspides et la tétralogie de Fallot et faciliter ainsi la planification du traitement chirurgical adéquat (6).

Promesses et limites

Une échocardiographie 3D en temps réel est déjà une technique d’imagerie clinique de routine, avec des mentions multiples dans la pratique du cardiologue. Mais certaines limites du 3DE doivent être traitées et améliorées. Tout d’abord, la synchronisation à l’ECG est souvent encline à des artefacts en raison du mouvement du patient, de la respiration et d’un rythme cardiaque éventuellement irrégulier. De nouvelles générations de machines sont déjà disponibles pour éviter ces artefacts en acquérant les images 3D d’un seul battement. Ensuite, la qualité de l’image des sondes 3DE est encore inférieure à celle d’un 2DE classique, nécessitant l’utilisation de deux sondes pendant un examen standard pour obtenir à la fois un 2D complet de qualité supérieure et des images 3D ciblées. Toutefois, il est probable qu’à l’avenir, une seule sonde sera suffisante pour obtenir le jeu de données complet avec une résolution spatiale et temporelle élevée. Pour le moment, la résolution spatiale ne permet pas une distinction précise entre l’endocarde et le trabéculaire et un accord sur la méthode standard pour tracer les limites endocardiques doit aussi être fourni. Une des forces de l’écho 3D est la possibilité d’orientations illimitées de l’image plane, ce qui assure une meilleure visualisation des structures anatomiques. Cependant, pour le moment, nous devons encore faire un choix entre un format rendu 3D et des vues anatomiques multiples pour des informations supplémentaires. Nous pouvons nous attendre à une quantification automatisée plus complète, grâce aux progrès futurs de la technologie informatique. Un examen en 3D peut occuper jusqu’à 1,5 Go de stockage sur un disque dur, ce qui met à l’épreuve le système numérique moyen et peut justifier une mise à jour. A l’avenir, on bénéficiera sans doute des acquisitions d’un seul battement, d’une délimitation automatique, de la détermination du LVEF et surtout d’une meilleure résolution spatiale et temporelle. Des logiciels plus sophistiqués seront disponibles pour le suivi des pixels en 3D dans l’évaluation de la vitesse du tissu myocardique, la tension et les torsions mécaniques dans 2 dimensions orthogonales, indépendamment de l’orientation du transducteur. Toutefois, ces nouvelles applications nécessitent encore une validation. Enrouler et dérouler en 3DE en temps réel auraient aussi certains avantages par rapport à son équivalent 2D: la distance entre les images planes pourrait être mesurée avec plus de précision et les plans parallèles, plus facilement définis.

Conclusion

Le 3DE fait plus que générer des images de qualité supérieure et cette modalité possède déjà de nombreux avantages par rapport au 2DE classique, notamment une quantification plus précise des volumes, de la masse et de la fonction LV. Il sert aussi aux évaluations et aux suivis RV et des valvules cardiaques et à guider la chirurgie dans les maladies cardiaques congénitales. Cependant, des validations supplémentaires sont requises et certaines promesses attendent toujours d’être tenues.

References

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20. Jenkins C, K Bricknell and TH Marwick. Use of real-time three-dimensional echocardiography to measure left atrial volume: comparison with other echocardiographic techniques. J Am Soc Echocardiogr 2005;18(9):991-7.
21. Artang R et al. Left atrial volume measurement with automated border detection by 3-dimensional echocardiography: comparison with Magnetic Resonance Imaging. Cardiovasc Ultrasound 2009;7:16.

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