Étude de l’anatomie

L’examen débute (après le repérage) avec des séquences « anatomiques » de spin-écho rapide qui permettent une approche tridimensionnelle « étagée » extrêmement précise et fidèle de l’anatomie cardiovasculaire. En spin-écho, le sang, circulant rapidement dans les vaisseaux et les cavités cardiaques, génère en effet habituellement un contraste spontané (« hyposignal » noir) par rapport à la graisse médiastinale (« hypersignal » blanc) et aux tissus mous (parois vasculaires et myocarde, « isosignal » gris). Les cavités et voies aériques (poumons, trachée, etc.), l’os et les calcifications apparaissent également en noir. Le champ de vue (non limité) est adapté au thorax de l’enfant (couvrant le cœur, le médiastin, les poumons et la région cervicale, voire si nécessaire l’abdomen). Les séquences en spin-écho pondérées T₂ ne sont que rarement utiles en matière de CC (elles complètent parfois le bilan d’autres pathologies cardiovasculaires – masses cardiaques, paracardiaques, pathologies péricardiques).

L’étude segmentaire de l’anatomie cardiaque et des connexions vasculaires est réalisée en choisissant l’orientation des plans de coupe en incidence axiale, coronale ou sagittale mais également oblique, orientée selon les axes anatomiques du cœur (coupes grand axe et petit axe) ou celui de structures vasculaires à imager (aorte, artère pulmonaire, veines caves ou pulmonaires, montages chirurgicaux, etc.). Il est donc important en premier lieu de bien connaître les particularités de l’anatomie cardiaque normale afin de procéder à une analyse segmentaire cardiovasculaire (comme on procède en échocardiographie, angiographie ou lors du contrôle autopsique), en identifiant les différentes cavités cardiaques et gros vaisseaux, leur situation et leur mode de connexion.

Chez le sujet normal, lorsque les connexions sont habituelles (VCS et VCI → AD → VD → AP et VP → AG → VG → Ao¹), il existe une disposition droite-gauche des cavités cardiaques qui est corrélée avec la disposition thoracique et abdominale. Étant donné l’orientation de l’axe anatomique du cœur, les cavités « droites » sont en fait en situation « antéro-droite » par rapport aux cavités « gauches » qui sont « postéro-gauches » (fig. 20.1). De plus, du fait du « croisement » des gros vaisseaux à leur origine, cette symétrie droite-gauche n’est pas respectée pour l’artère pulmonaire et l’aorte ; l’aorte ascendante à son origine (structure « gauche ») est en position centrale, en arrière (et droite) de l’artère pulmonaire (structure « droite ») qui est en avant (et à gauche).

Fig. 20-1 Disposition normale des cavités cardiaques et gros vaisseaux.

a. Schéma anatomique. L’aorte (Ao) émerge du ventricule (morphologiquement) gauche (VG – VmG), et l’artère pulmonaire (AP) du ventricule (morphologiquement) droit (VD – Vmd). Atrium droit (AD) et gauche (AG) ; b. Coupe passant par l’origine de l’aorte (Ao) et l’artère pulmonaire (AP). L’aorte ascendante à son origine est en position centrale, en arrière et droite de l’artère pulmonaire qui est en avant et à gauche ; C coupe axiale « quatre cavités » ; D schéma de la disposition des cavités cardiaque dans le thorax. Les cavités “droites“ sont « antéro-droites » et les cavités «gauches » sont « postéro-gauches»

Dans les malformations congénitales, de nombreuses variantes de position et de connexion cardiaque et vasculaire (inversion) sont possibles. Pour cette raison, quelle que soit la position (« droite » ou « gauche ») qu’elle occupe, on identifie une cavité par des critères morphologiques et on rajoute le préfixe « morphologiquement droit » (AmD, VmD) ou « gauche » (AmG, VmG).

Enfin, il est bien utile également de connaître la règle de la boucle énoncée par Van Praagh permettant de prévoir indirectement la boucle ventriculaire à partir de la position respective des gros vaisseaux (et/ou inversement). Elle stipule que dans 95 % des cœurs normaux ou anormaux, une boucle ventriculaire droite (VmD située à droite) coïncide avec une aorte située à droite de l’artère pulmonaire et inversement (l’aorte et le VmD sont généralement situés du même côté : à droite [ou à gauche]). L’analyse segmentaire cardiovasculaire (comme en échographie, angiographie et lors de l’autopsie), en identifiant les différentes cavités cardiaques et gros vaisseaux, leur situation et leur mode de connexion, débute sur les coupes axiales, réalisées en premier, puis sur les coupes coronales (fig. 20.2).

Fig. 20-2 Corrélation entre la disposition atriale, thoracique et abdominale dans le situs solitus (disposition atriale normale).

a. Représentation schématique de la disposition normale. b. Coupe frontale en écho de spin rapide chez un jeune enfant. L’asymétrie droite-gauche au niveau pulmonaire : bronche principale de type droite (11d) à droite et gauche (11g) à gauche est corrélés avec la disposition atriale ; atrium droit (AD-1) à droite et gauche à gauche (AG-5). Il en est de même avec la disposition abdominale : Foie (F) à droite et rate (R) et estomac (E) à gauche, veine cave inférieure (VCI – 8i) à droite et aorte abdominale (Ao – 7i) à gauche. Lobe supérieur droit (LSD), gauche (LSG), lobe moyen (LMD), lobe inférieur droit (LID), gauche (LIG) ; artère pulmonaire (3), veine pulmonaire supérieure gauche (4sg), aorte ascendante (7a), bronche principale gauche (11g), bronche (tronc) intermédiaire (13), bronche lobaire supérieure droite (15d).

Les coupes axiales permettent ainsi de :

Fig. 20-3 Atrium « morphologiquement » droit (AmD) et Atrium « morphologiquement » gauche (AmG).

a. Représentation schématique. b. Coupe IRM axiale en écho de spin rapide passant par les atriums. L’auricule « morphologiquement » droite (1d) a une forme triangulaire à base de raccordement large sur l’atrium droit (1) (situé à droite) où s’abouche la veine cave supérieure (1). L’auricule « morphologiquement » gauche (5 g) a une forme en doigt de gant à base de raccordement étroit sur l’atrium gauche (5) (situé à gauche) ; infundibulum du ventricule droit (2i) sous l’artère pulmonaire, veines pulmonaires supérieure droite (4sd), inférieure droite (4id) et inférieure gauche (4ig), aorte ascendante et descendante (7a et 7d), veine cave supérieure (8s) ; noter l’origine de l’artère coronaire droite (20). Noter également que l’aorte ascendante (7) à son origine qui émerge du ventricule gauche (6) est en position centrale, en arrière et droite de l’artère pulmonaire qui émerge du ventricule droit (2) et est en avant et à gauche. Les vaisseaux à leur origine se croisent.

Fig. 20-4 Ventricule « morphologiquement » droit (VmD) et Ventricule « morphologiquement » gauche (VmG).

a. Représentation schématique. b. Coupe IRM axiale en écho de spin rapide passant par les cavités ventriculaires “quatre cavités. Atrium morphologiquement droit (AD-1) et gauche (AG-5). L’identification des VmD et VmG repose sur l’insertion des feuillets des valves artrioventriculaires par rapport au septum interventriculaire : l’anneau tricuspidien (VT – tête de flèche) qui s’ouvre obligatoirement sur un VmD, est toujours en situation plus antérieure (et en bas vers la pointe du cœur) par rapport, à l’anneau mitral (VM – flèche) qui s’ouvre obligatoirement sur un VmG) et qui est lui en situation plus postérieure. Ce décalage ou « offset » des valves délimite le septum interventriculaire membraneux ; – La présence d’importantes trabéculations et de la bandelette modératrice (double tête de flèche) est un deuxième critère d’identification du VmD. Atrium droit (1) et gauche (5), ventricule droit (2) et gauche (6), aorte descendante (7d), veine grande azygos (12).

Les coupes coronales (ou frontales) [fig. 20.2] visualisent au mieux les veines caves supérieure et inférieure s’abouchant normalement dans l’atrium droit, le ventricule gauche et sa chambre de chasse d’où émerge l’aorte ascendante, et sur les coupes postérieures l’atrium gauche et l’aorte descendante. Elles identifient le situs viscéroatrial :

Les coupes petit axe respectant les axes de symétrie droit/gauche (fig. 20.1d) permettent de bien séparer les cavités droites des cavités gauches, de confirmer une éventuelle transposition des gros vaisseaux, une communication auriculaire ou ventriculaire (déjà suspectées en incidence axiale, qui seront affirmées formellement – surtout en cas de petit défect – en ciné-IRM). Les coupes sagittales sont bien adaptées à l’étude de toute la voie droite : ventricule droit, infundibulum pulmonaire et tronc de l’artère pulmonaire, et également à l’étude de la trachée. Les coupes sagittales en OAG (oblique antérieur gauche) sont indispensables pour dérouler l’ensemble de la crosse aortique.

Étude des flux et cinétique cardiaque

L’étude du flux sanguin en IRM fait appel à deux méthodes de base : imagerie à sang noir mais surtout à sang blanc. La séquence en spin-écho rapide est actuellement la technique de sang noir la plus couramment utilisée pour l’exploration du cœur. En spin-écho, le sang circulant apparaît en général noir (lié au phénomène de sortie « prématurée » du plan de coupe et au déphasage des spins). Les images « anatomiques » obtenues sont celles décrites jusqu’à présent (sang circulant noir, graisse blanche, tissus mous gris, thrombus gris). Cependant, lorsque le sang circule lentement (flux veineux ou flux artériels ralentis, exemple : télédiastole), en spin-écho rapide, un signal intravasculaire intermédiaire (voire un hypersignal) peut apparaître. Les techniques de sang noir plus récentes faisant appel à une impulsion préparatoire en double inversion-récupération (IR) permettent de s’affranchir de ces signaux parasites intracavitaires.

Les techniques à sang blanc (flux circulant-blanc, thrombus-gris) sont des techniques d’écho de gradient avec compensation de flux. Elles fournissent à la fois des images statiques dont le temps d’acquisition est suffisamment court pour pouvoir réaliser des coupes en apnée (pas toujours concevable en pratique chez le tout-petit) et des images dynamiques synchronisées à l’ECG tournant en boucle type ciné-IRM. Elles permettent ainsi une approche dynamique des flux normaux (sang blanc) et semi-quantitative des flux anormaux : jets en « vapeur » de flux noir par déphasage des spins (signal void) dans les sténoses, shunts et régurgitations. L’étude de la cinétique pariétale et de la fonction ventriculaire droite et gauche est également réalisée à partir de ces séquences de ciné-IRM, notamment en petit axe. Les techniques sang blanc avec compensation de flux équilibrés dans les trois directions de l’espace (balanced steady state free precession), d’apparition plus récente, sont très performantes pour étudier à la fois l’anatomie et la cinétique cardiaque. Elles ont pour inconvénient de nécessiter une apnée correcte et parfois prolongée (pas toujours réalisable chez le tout jeune) ; par ailleurs, elles sont par essence beaucoup moins sensibles aux flux anormaux (signal void bien moins prononcé) que les séquences traditionnelles de ciné-IRM.

Angiographie par résonance magnétique

Une bonne approche « angiographique » est déjà offerte par les séquences d’écho de gradient à sang blanc que nous venons d’évoquer. L’approche « angiographique » proprement dite diffère des séquences usuelles par la recherche d’un contraste maximal entre les tissus stationnaires et le sang circulant, mais aussi par la présentation des données sous forme projective et non pas tomographique. L’opération de transformation des données initiales (piles de coupes parallèles) en projections orientables de manière quelconque s’appelle MIP (maximum intensity projection).

Trois grands principes d’angio-IRM sont actuellement utilisables. Les deux premiers ne nécessitent pas d’injection de produit de contraste ; ils sont basés sur la modulation de la phase des spins ou sur l’effet d’entrée de coupe (temps de vol). La troisième méthode repose sur le rehaussement du signal intravasculaire après injection d’un bolus de gadolinium. Nous insisterons sur cette dernière qui est la plus efficace et a, en pratique, supplanté les deux autres.

Actuellement, les meilleurs résultats sont obtenus grâce aux séquences rapides d’écho de gradient en 3DFT à temps de répétition (TR) et temps d’écho (TE) courts (respectivement 5 et 3 ms), acquises lors du premier passage de gadolinium (effet T₁). Elles permettent d’obtenir une trentaine de tranches de 1 à 2 mm d’épaisseur environ, en 10 à 20 secondes environ. Outre la rapidité de l’acquisition, compatible avec une apnée chez le grand enfant ou chez l’adulte, les deux avantages déterminants sont : un large champ de vue sans contrainte liée à la direction de l’écoulement par rapport au plan de coupe, comme cela était le cas en technique TOF, et un excellent contraste vasculaire grâce à la forte réduction du T₁ créée par le passage du bolus de chélates de gadolinium. Elle présente cependant certaines limitations. Il est nécessaire de mettre en place une voie veineuse de bonne qualité, permettant un débit d’injection en bolus suffisant. Le choix du volume d’imagerie est critique, car il doit être suffisamment large pour inclure l’ensemble des structures vasculaires à étudier, mais il ne doit pas être trop large pour ne pas imposer des durées d’acquisition excessives. Enfin, le délai entre l’injection et le lancement de la séquence est à ajuster précisément, de sorte que l’instant d’acquisition des lignes centrales du plan de Fourier (début ou milieu de la séquence) corresponde bien à l’instant du passage du bolus de gadolinium. Ce dernier point rend notamment délicate l’angio-IRM de la voie droite et des branches pulmonaires (chez le tout-petit) où le transit est très rapide. L’angio-IRM devrait, à terme, réduire sensiblement les indications de l’angiographie conventionnelle (sauf pour les vaisseaux coronaires).

Quantification des flux

Grâce à des séquences particulières de cartographie dynamique des flux, une quantification des flux est réalisable (sens de l’écoulement et cartographie des vitesses). Elles sont basées sur l’encodage de la phase du signal d’IRM proportionnellement à la vitesse de déplacement des spins, selon une direction donnée (généralement selon la direction perpendiculaire au plan de coupe). Il s’agit de séquences ciné-IRM en écho de gradient dont les gradients ont été légèrement modifiés (type angio-IRM par contraste de phase). À partir des images de phase ainsi obtenues, il est possible d’extraire la courbe des vitesses d’écoulement à travers le cycle cardiaque, pour diverses régions d’intérêt artérielles ou veineuses. Connaissant la vitesse moyenne d’écoulement V et la surface de la région d’intérêt S (section du vaisseau), il est facile de connaître le débit sanguin Q dans cette région lors de chaque cycle cardiaque : Q_mL/cycle = V × S. Cette technique n’est donc applicable que si la coupe est bien perpendiculaire au vaisseau étudié et si un choix judicieux de la gamme de vitesses à encoder est réalisé pour éviter un phénomène de repliement spectral (aliasing). La principale application de cette technique dans les CC concerne la mesure non invasive des rapports de shunt par la comparaison du débit pulmonaire (Q_p, typiquement mesuré dans le tronc de l’artère pulmonaire) et systémique (Q_s, typiquement mesuré dans l’aorte ascendante). La figure 20.5 illustre ce concept dans un cas de communication interauriculaire (CIA) ostium secundum. Dans ce cas, étant donné les orientations différentes de l’aorte ascendante (verticale) et du tronc de l’artère pulmonaire (incliné vers le haut et l’arrière), deux acquisitions séparées sont nécessaires. Il est habituel de corriger les mesures de vitesse par une mesure complémentaire effectuée sur une région statique (tissu musculaire) pour rectifier de possibles décalages systématiques de phase. Étant donné que le débit mesuré est proportionnel à la surface de la région d’intérêt, il est important d’apporter un grand soin au tracé des contours vasculaires, en sachant qu’il existe une marge d’erreur tolérable de ±10 %.

Fig. 20-5 Exemple de mesure d’un rapport de shunt chez un garçon de 6 ans.

a. CIA type ostium secundum). b. Sur les images du haut la mesure réalisée perpendiculairement à l’aorte ascendante. L’image « module « est à gauche et l’image « de phase » correspondante est au milieu (en systole ici). Les courbes des vitesses dans le cycle cardiaque sont représentées à droite. En dessous, figure la mesure réalisée selon un autre plan de coupe, perpendiculaire au tronc de l’artère pulmonaire. Dans ce cas, le rapport de shunt est important : à 3,3. Cette procédure de mesure est relativement facile à mettre en œuvre et paraît fiable.

Comme en écho-doppler, il est possible d’estimer les gradients de pression ΔP à travers les segments sténosés, à partir de la vitesse maximale V, selon l’équation de Bernoulli simplifiée ΔP = 4 × V². Une application importante concerne la CoA aortique. Un exemple de cette mesure au niveau d’une sténose pulmonaire est donné figure 20.6. Il faut toutefois insister sur certaines difficultés avec cette approche :

Fig. 20-6 Exemple de sténose valvulaire pulmonaire.

Les deux vues de gauche correspondent aux images systoliques « module » obtenues en coupes sagittales et frontales. Au milieu figure l’image de phase frontale sur laquelle a été repéré le plan axial qui servira à la mesure des vitesses. Les vitesses mesurées dans l’artère pulmonaire (flèches) atteignent ici 2,4 m/s au maximum, ce qui correspond à un gradient pulmonaire de l’ordre de 25 mm Hg.

Pour ces raisons, en pratique, la mesure des gradients de pression s’avère délicate à réaliser. Ces séquences de cartographie des vitesses constituent donc un complément très utile à l’imagerie anatomique classique, car elles apportent une dimension supplémentaire, fonctionnelle, en particulier pour la débitmétrie comparée droite-gauche ou pour estimer le flux dans les shunts de Blalock, par exemple.