Comment faire un beau scanner coronaire ?

Qualité d'image   Les défis cliniques Le « challenge » du scanner multicoupes cardiaque est de pouvoir offrir aux cliniciens la meilleure qualité d’image sans artefact et sans flou cinétique. Les points-clés sont représentés par la résolution temporelle qui fige les images, la résolution spatiale qui détaille les structures anatomiques et la maîtrise de la dose qui évite d’irradier inutilement le patient. Le compromis idéal entre ces paramètres, parfois antagonistes, nécessite donc un protocole d’acquisition rigoureux, adapté à chaque patient, incluant notamment la gestion de la fréquence cardiaque et les stratégies d’infusion de produit de contraste iodé (PCI), dont la finalité est d’obtenir un rehaussement satisfaisant de la lumière des artères coronaires.   Gestion du rythme cardiaque Les artères coronaires sont petites, leur diamètre diminue de 5 mm au niveau du tronc commun, à 1 mm dans les portions les plus distales des artères épicardiques. Par ailleurs, l’amplitude de leurs mouvements ainsi que la vitesse de déplacement varient d’une artère à l’autre, avec également une grande variabilité interindividuelle en ce qui concerne le segment II de la coronaire droite. Ainsi, des artefacts de mouvements sont potentiellement provoqués par les battements cardiaques et, pour les minimiser, les scanners multicoupes de nouvelle génération, peuvent et doivent acquérir et reconstruire les données au moment où ces mouvements sont les moins importants, c’est-à-dire a priori en milieu et fin de diastole (phase de relaxation isovolumique, soit à peu près à 75 % de la révolution cardiaque). Pour ce faire, une synchronisation des images au rythme cardiaque est indispensable, effectuée par l’intermédiaire de l’enregistrement continu de l’ECG, qui permet la reconstruction dite rétrospective des images à différentes phases du cycle cardiaque, habituellement de 5 % en 5 %, les phases les plus constamment « productives » étant celles correspondant à la mésodiastole et à la protosystole. L’acquisition d’un angioscanner coronaire impose que le patient soit en rythme sinusal ; l’existence d’une arythmie complète par fibrillation auriculaire ou d’extrasystoles nombreuses, supraventriculaires ou ventriculaires rend très délicate l’interprétation de cet examen par inefficacité complète de l’algorithme de synchronisation, générant des reconstructions discontinues du volume étudié. La fréquence cardiaque joue un rôle majeur dans la qualité de l’image obtenue car, même avec les systèmes 64 barrettes, la résolution temporelle demeure dépendante du niveau de fréquence cardiaque, ainsi que de la régularité, au cours de l’acquisition, du rythme cardiaque. Aujourd’hui, la seule et unique résolution temporelle à prendre en compte pour les acquisitions cardiaques correspond à la moitié de la vitesse de rotation du tube. Un scanner multicoupes à 64 détecteurs avec une rotation de 330 ms par tour a une résolution temporelle de 165 ms. Des artifices de reconstruction permettent d’augmenter la résolution temporelle grâce à la technique de segmentation temporelle, l’astuce étant de récupérer les données sur une demi-rotation, qui elle-même se compose de deux quarts cumulés sur 180°. Cela s’effectue en prenant le premier quart de rotation sur un cycle et le second quart sur un cycle suivant (figure 1). Les données couvrent ainsi 180° mais leur résolution temporelle équivaut à celle d’un quart de rotation, soit 83 ms. Pontage mammaire interne-IVA en VRT et MPR centré sur l’anastomose. Figure 1. Technique de segmentation temporelle. Est-il possible d’aller au-delà de ce niveau de segmentation temporelle (4/8 de tour, voire plus) ? Pour répondre il nous faut revenir à l’organe étudié : le cœur ! Ce dernier, on l’a dit, bouge dans tous les plans de l’espace, durant un cycle cardiaque, sans qu’il y ait une certitude quant à son repositionnement précis entre chaque cycle. Le gain obtenu en termes de résolution temporelle est donc minoré par la réduction de la résolution spatiale. Ces algorithmes de reconstruction sont donc très sensibles, d’une part, au niveau de fréquence cardiaque et, d’autre part, à ses éventuels changements pendant l’acquisition, rendant ainsi aléatoire la qualité du résultat obtenu. En pratique, la systole étant de durée fixe, toute accélération de la fréquence cardiaque s’effectue au détriment de la diastole, dont la durée se raccourcit. On conçoit que le risque de flou cinétique se majore dès lors que la diastole se raccourcit autour des valeurs proches de la résolution temporelle du système. Au-dessous d’une valeur de base de 65 battements par minute, il y a en général peu d’artefact de reconstruction et l’on s’affranchit généralement des artefacts de battements cardiaques, même si on ne peut néanmoins totalement les exclure. Les reconstructions peuvent être alors nécessaires dans les phases autres que celle de la mésodiastole. Une fréquence cardiaque plus rapide, > 65 battements par minute, avant l’exploration s’accompagne plus fréquemment d’artefacts liés aux mouvements du cœur. Il est néanmoins souvent possible de compenser une fréquence cardiaque élevée en choisissant la meilleure phase où les mouvements sont les moins importants pour chaque segment coronaire étudié (parfois en début de systole à 35-45 % de la révolution cardiaque…) ; mais cela reste cependant une cause de mauvaise interprétation. Pour ralentir la fréquence cardiaque, le patient peut recevoir des bêtabloquants per os dans les trois jours précédents ou 1 heure avant s’il n’y a pas de contre-indication (la plus fréquente étant l’asthme). Si la fréquence cardiaque est toujours élevée au moment de l’examen, l’injection de bêtabloquants en intraveineux (5 mg d’aténolol en 5 minutes) est effectuée et permet quasi-instantanément une réduction de la fréquence d’environ 20 %. L’acquisition se fait en apnée et en immobilité parfaite, de façon à limiter les artefacts de bouger ou respiratoires. La durée d’acquisition actuelle pour les systèmes 64 détecteurs correspondant au champ d’acquisition (s’étendant d’une zone allant de la carène bronchique au diaphragme, sous la pointe du cœur, soit une hauteur d’environ 12 cm) est actuellement inférieure à 10 secondes, durée compatible avec le maintien d’une apnée, obtenue en fin d’inspiration, en évitant le Valsalva, chez la plupart des patients.   Qualité d’image et contraste Outre la résolution temporelle, facteur fondamental de l’évaluation des artères coronaires, la qualité d’image est étroitement liée à la résolution spatiale, déterminée par l’épaisseur de coupe (devenue inframillimétrique), elle-même en rapport avec la collimation. L’acquisition d’un volume sous forme de spirale donne au maximum une résolution spatiale dans l’axe Z de 50 % en dessous de l’épaisseur de la collimation, soit 0,335 mm pour une section de 0,67 mm, valeur optimale obtenue actuellement avec les 64 détecteurs. L’optimisation de la résolution spatiale s’accompagne nécessairement d’une majoration du bruit de l’image ce qui rend nécessaire une augmentation des constantes radiologiques, au travers d’une majoration des mAs et des kV. Une manière de limiter cette augmentation du bruit est donc d’améliorer le contraste intravasculaire, ce qui passe par une optimisation des paramètres d’injection du produit de contraste iodé (l’estimation du rapport signal/bruit se fait en divisant le coefficient d’atténuation dans une zone d’intérêt, à priori l’aorte thoracique, par la valeur de la déviation standard). Un rapport signal/bruit > 10 permet une bonne interprétation de l’évaluation des structures coronaires ; a contrario un rapport < 7 rend difficilement interprétable les structures de petit calibre. Le scanner a l’unique avantage d’appréhender à la fois le luminogramme artériel et la paroi vasculaire, permettant ainsi une approche : • de la quantification des sténoses artérielles (figures 2A, 2B, 2C) ; Figure 2. Sténose serrée de la coronaire droite en reconstruction MPR (A), MIP (B), VRT (C) ; présentation en globe et en VRT d’une sténose circonflexe (D et E). • et de la détection des plaques athéromateuses à développement centripète, éventuellement calcifiées (remodelage positif, figure 3), • avec, en filigrane, l’accès à une possible caractérisation tissulaire, en distinguant les plaques molles (riches en lipides, dites vulnérables, à haut risque d’érosion ou de rupture), des plaques fibrolipidiques ou calcifiées (ce qui est l’un des grands Graal de la cardiologie moderne !- figures 4 A et 4 B). Figure 3. Sténose calcifiée de l’IVA.     Figure 4. Sténose serrée du tronc commun de la coronaire gauche, coupe axiale (A) et dans l’axe du vaisseau (B) ; plaque molle avec attenuation à 77 UH. En pratique, il est « admis », comme valeur « optimale » de rehaussement de la lumière coronaire (sans véritable support scientifique incontestable) un seuil de 250 à 300 UH. La discussion, qui consiste à stigmatiser le « danger » d’une atténuation supérieure, sous prétexte qu‘elle puisse masquer la présence de calcifications (dont la densité avoisine 600 UH), semble purement académique. Intuitivement, si l’on considère que la mission du scanner coronaire est l’analyse de la lumière artérielle (et la détection des sténoses), on peut estimer que plus l’atténuation est élevée, meilleure sera la précision diagnostique du fait de l’amélioration de la visualisation des petits vaisseaux coronaires.   Considérations basiques pour l’administration des produits de contraste iodés (PCI) en coroscanner   Le principe du « bolus geometry » Le mode de rehaussement dans un vaisseau donné peut être décrit comme une courbe de variation des valeurs des coefficients d’atténuation d’une région d’intérêt située en son sein, en fonction du temps écoulé depuis le début de l’injection intraveineuse du PCI. Un bolus idéal serait carré ! La « géométrie « idéale, théorique de cette fonction («bolus geometry») apparaît comme un rectangle avec une élévation soudaine et d’emblée maximale de l’atténuation jusqu’à un pic maximum, situé juste avant le début de l’acquisition, suivi d’un état d’équilibre au cours duquel le niveau d’opacification ne se modifie pas pendant l’acquisition des données (figure 5A). Figure 5. Le principe de « bolus geometry ». Malheureusement, en pratique, le diagramme réel de la courbe est différent du modèle théorique : après une injection intravasculaire de PCI à débit constant, la courbe a typiquement une pente d’ascension lente, un délai avant d’atteindre un plateau plutôt qu’un pic (obtenu habituellement peu après la fin de l’injection IV du PCI), suivi d’un lent décroissement des valeurs d’atténuation (figure 5B). La géométrie de la courbe de rehaussement est influencée par différents facteurs liés au patient et aux paramètres d’injection du PCI (tels que la concentration du produit de contraste (mg d’iode/ml), le débit d’injection (ml/s), le volume injecté (ml), le débit d’iode et l’utilisation d’une technique d’embol pulsé) ce qui conditionnera le rehaussement final des artères coronaires.   Facteurs liés au patient Les paramètres physiologiques fondamentaux qui affectent individuellement le rehaussement artériel sont : • le débit cardiaque relié de manière inverse au degré de rehaussement artériel ; en effet, si plus de sang est injecté par unité de temps, plus le contraste injecté simultanément sera dilué ; ainsi le rehaussement artériel est plus faible chez les patients avec un débit cardiaque élevé et plus élevé chez les patients à faible débit (en dépit d’un délai de rehaussement plus important, mais dont on s’affranchit partiellement par la technique de bolus tracking) ; • le volume sanguin circulant est également inversement proportionnel au rehaussement artériel. Il est corrélé avec le poids du patient, paramètre connu qui joue un rôle considérable dans le rehaussement artériel. On constate, en effet, que le rehaussement obtenu au niveau du pic vasculaire pour un patient de 65 kg est plus du double de celui obtenu pour un patient de 125 kg (figure 6). Figure 6. Le rehaussement obtenu au niveau du pic vasculaire pour un patient de 65 kilos est plus du double de celui obtenu pour un patient de 125 kilos. Facteurs modulables liés à l’injection du produit de contraste Influence du volume (en ml), de la vitesse d’injection (en ml/s) et de la concentration (en mg d’iode/ml)et influence du débit d’iode (figure 7). Figure 7. Principaux paramètres affectant la courbe de géométrie du bolus. En pratique, on considère qu’un débit > 2 g d’iode/s permet un rehaussement aortique > à 300 UH et un rapport signal/bruit > à 10 en coupes millimétriques. En théorie, il est possible d’augmenter le débit d’injection à des valeurs élevées, mais cela suppose l’utilisation de canules d’injection de gros diamètre, forcément plus inconfortables pour le patient, avec un risque majoré d’extravasation du produit de contraste. La tendance actuelle est donc plutôt d’utiliser des produits à forte concentration (400 mg d’iode/ml). Ainsi, dans un travail récent, Cademartiri (Radiology 2005 ; 236 : 661-665) a montré, avec un scanner 16 barrettes, à volume et débit d’injection équivalents (140 ml de PCI à 4 ml/s), la supériorité en matière d’atténuation vasculaire, statistiquement significative, du produit dosé à 400 mg/ml d’iode par rapport au dosage à 350, 320 et 300 mg/ml d’iode (figure 8). Figure 8. Courbe d’atténuation moyenne en fonction du temps mesurée dans l’aorte descente. En pratique On doit donc conseiller une adaptation de la dose de PCI aux valeurs extrêmes de poids : augmenter de 20 % le volume et le débit chez les patients 90 kg et le réduire de manière équivalente pour les patients . Modalités pratiques d’acquisition en coroscanner Pour visualiser les vaisseaux coronaires de façon optimale, la durée de l’acquisition doit être parfaitement corrélée à la durée de cette courbe « réelle » du rehaussement, en particulier dans la zone qui fournit l’atténuation la plus élevée et la plus homogène. La modalité de l’injection du produit de contraste dépend donc principalement de la durée d’acquisition, moins de 10 secondes pour les coronaires avec un scanner 64 détecteurs, et du délai qui sépare le début de l’injection intraveineuse du PCI et le début de l’acquisition (ce délai est en moyenne de l’ordre de 15 secondes, mais peut varier de 8 à 30 secondes sous l’influence du débit cardiaque). L’acquisition doit donc être synchronisée avec l’arrivée du produit de contraste. On utilise systématiquement un système de détection automatique d’arrivée de produit de contraste dans l’aorte descendante (système dit « bolus tracking »). Une région d’intérêt est placée au sein de ce vaisseau et l’acquisition est déclenchée au seuil de 150 UH au premier passage de produit de contraste. Le temps d’injection On choisit un temps d’injection du PCI qui est la somme de la durée d’acquisition (10 s) et d’un délai additionnel de 7 s (latence variable selon les types de scanner incluant le délai de démarrage des acquisitions dynamiques à faible dose à intervalles réguliers et le délai de transition séparant le moment où est atteint le seuil de 150 UH et le déclenchement à dose complète), soit une valeur moyenne totale de 17 s. Le volume de produit de contraste injecté correspond alors au produit de la durée du temps d’injection, en l’occurrence 17 s, par le débit d’injection. Dans notre expérience avec le système Philips Brillance 64, une opacification homogène supérieure à 400 UH, dans les cavités gauches et les coronaires, avec « effacement des cavités droites », est obtenue pour un débit d’iode de 2,4 g/s, c’est-à-dire notre PCI à 400 mg/ml injecté à 6 ml/s pendant une durée d’injection de 17 s, correspondant donc à un volume injecté de 100 ml (figure 9). L’utilisation d’une seringue double corps permet de pulser le produit de contraste par du sérum physiologique, ce qui permet de compacter le produit de contraste et de réduire, voire d’annuler les artefacts veineux (technique dite de l’embol pulsé). Figure 9. Pic d’atténuation dans le VG à 550 UH après injection IV de 100 cc de IOMERON 400 à 6cc/sec (A) et de 370 UH dans la circonflexe distale (B). Des travaux préalables dans la littérature ont décrit l’infusion de sérum salé prolongeant l’injection du PCI chez les patients bénéficiant d’un scanner thoracique ; cela a permis de réduire de 20 % le volume de contraste avec un degré équivalent de rehaussement tissulaire (Hopper et coll. Radiology 1997 ; 205 : 269-71). Plus récemment, (Cadermatini et coll. Eur Radiol 2004 ; 14 : 178-83), l’utilisation de sérum salé pulsant le bolus de contraste a été testée pour l’évaluation coronaire avec le système 16 barrettes ; le protocole bas volume (100 cm3/140 cm3) avec embol pulsé a montré un rehaussement comparable au niveau des artères coronaires en dépit d’une réduction de 35 % du volume de contraste. Au-delà de considérations conceptuelles séduisantes, des travaux complémentaires apparaissent nécessaires pour valider l’hypothèse de l’intérêt de ce lavage avec les systèmes actuels modernes (que nous préconisons malgré tout !). Il convient de signaler que les produits non ioniques à forte concentration en iode (350 mg/ml d’iode et plus) ont tendance à avoir une plus haute viscosité que les produits non concentrés. L’influence exacte de ce facteur est mal connue. Néanmoins, en étant à l’origine d’une plus forte résistance à l’injection dans la veine périphérique, celle-ci peut s’accompagner d’une auto-limitation de la seringue auto-pousseuse (souvent limitée à 350 PSI) et, de ce fait, réduire le débit d’injection qui n’est plus celui affiché par la machine ; par ailleurs, cela peut induire des interférences non maîtrisables avec le volume sanguin circulant et le temps de circulation. Pour toutes ces raisons, le chauffage de ces produits à température du corps 37° (par conditionnement dans une armoire chauffante) avant leur administration, en permettant de réduire notablement leur viscosité, apparaît comme une mesure intéressante que nous avons adoptée (viscosité de 27 pour le Iomeron 400 à 20°, et de 12 à température corporelle).   En conclusion   Il est primordial de se souvenir que le rehaussement vasculaire est principalement proportionnel au débit d’iode, c’est-à-dire au nombre de molécules d’iode injectées par unité temps en g d’iode/s (gradient de densité). Donc pour des durées d’injection courtes telles que celles utilisées en coroscanner (moins de 20 s), il est obligatoire d’injecter un volume limité de PCI de l’ordre de 100 ml et de compenser par une injection plus rapide (6 ml/s) avec un produit de contraste plus concentré (400 mg d’iode/ml). Nous conseillons l’utilisation d’une aiguille 18 G placée dans une veine antébrachiale de bon calibre, l’injection d’un produit à forte concentration (400 mg d’iode/ml), chauffé, en évitant la pince costo-claviculaire vasculaire par la mise en position des bras fléchis posés sur le statif.