Chapitre 5 Imagerie d’harmonique
Introduction
Avec les appareillages ultrasonores conventionnels, les ultrasons réfléchis sont analysés dans une bande de fréquence proche de la fréquence d’émission. L’utilisation du principe de l’harmonique implique le traitement sélectif du signal réfléchi afin d’afficher seulement le signal de seconde harmonique en supprimant la fréquence de base (fondamentale).
L’imagerie de seconde harmonique permet un rehaussement du signal provenant des tissus et une amélioration nette du rapport signal sur bruit.
L’amélioration de la qualité de l’imagerie chez les patients peu échogènes est telle que dans ces situations, l’imagerie d’harmonique a supplanté l’imagerie en fréquence fondamentale.
En pratique, cette technique permet surtout une nette amélioration de la qualité de l’image du myocarde et une meilleure définition de l’endocarde.
Méthodologie
Bases physiques
En échocardiographie, la nature des couches tissulaires superficielles (graisse, côtes, poumons) conditionne largement la qualité de l’image échographique obtenue. Les premières structures tissulaires rencontrées par le faisceau ultrasonore sont celles qui vont réfléchir, diffuser et diffracter le maximum du signal ultrasonore.
En fait, les tissus cardiothoraciques constituent un milieu de propagation des ultrasons non linéaire. Cela signifie que le signal réfléchi par ces structures comprend des fréquences qui n’existaient pas à l’origine de l’émission. Ainsi, l’onde ultrasonore purement sinusoïdale à l’origine, donc composée d’une seule fréquence, va subir des modifications progressives au cours de sa propagation. Elle se déforme au fur et à mesure de sa progression. Cette distorsion du signal ultrasonore à travers un tissu non linéaire produit un signal ondulaire complexe à la réception (figure 5.1).
Figure 5.1 Principes physiques de l’imagerie harmonique.
a. Signal ultrasonore à l’émission. b. Distorsion du signal ultrasonore à travers un tissu non linéaire. c. Décomposition du signal ondulatoire en sinusoïdes harmoniques par transformation de Fourier (FFT).
Ces phénomènes génèrent un bruit de fond important aléatoire qui se traduit par un « voile » réparti plus ou moins sur la totalité de l’image et qui est composé principalement de la fréquence fondamentale. L’imagerie d’harmonique permet d’éliminer une grande partie de ce bruit.
Le principe de l’imagerie harmonique est fondé sur l’utilisation des signaux harmoniques qui se forment durant la phase d’émission, lors de la propagation des ultrasons à travers les tissus.
La décomposition du signal ondulaire complexe en sinusoïdes harmoniques est techniquement possible grâce au procédé de transformation de Fourier (figure 5.1).
Technologie harmonique
Le mécanisme de production de l’imagerie harmonique comprend :
• la sélection au niveau du formateur des faisceaux d’ultrasons, d’une fréquence d’émission basse (1,8 ou 2 MHz habituellement) et ;
• l’obtention d’une fréquence de réception qui soit le double (3,6 ou 4 MHz) de la fréquence d’émission de base (la double harmonique).
En effet, une image échographique est constituée à partir de la fréquence harmonique (double de la fréquence d’émission) restituée par les tissus.
Avantages de l’imagerie harmonique
En réalisant une imagerie qui sélectionne les échos répondant au deuxième harmonique, il est possible de :
• réduire les artefacts et les échos de répétition ;
• atténuer les bruits de fond générés par les ultrasons ;
• améliorer la résolution du contraste ultrasonore ;
• délimiter et renforcer les contours des structures tissulaires.
Cependant, pour être efficace, l’imagerie d’harmonique exige une maîtrise parfaite dans la gestion des fréquences.
La technologie numérique appliquée à l’imagerie échographique et les sondes ultrasonores utilisant une « large bande passante » de fréquences répondent parfaitement à cette exigence.
Ainsi, une sélection optimale peut être opérée dans les signaux qui reviennent des structures explorées pour réaliser une image échographique adaptée à une structure tissulaire donnée.
En pratique, l’imagerie de double harmonique apporte les avantages suivants :
• une meilleure définition de l’endocarde ventriculaire ;
• un meilleur contraste entre les cavités cardiaques et les parois ;
• moins d’artefacts de champ proche et des lobes latéraux ;
• moins de « bruits de fond » dans les cavités (figure 5.2).
Figure 5.2 Imagerie d’harmonique (à droite) comparée à l’imagerie 2D fondamentale (à gauche). Coupes 2D apicales et parasternales longitudinales.
Les limites « relatives » de l’imagerie d’harmonique sont :
Ces limites reflètent probablement une visualisation plus « réaliste » des structures cardiaques en mode harmonique dont la sous-estimation serait potentiellement possible en imagerie fondamentale.
Nouvelles techniques de rehaussement
Les progrès importants ont été réalisés dans les techniques d’appareillage échocardiographique et dans la mise au point de logiciels de traitement d’images.
En fait, la qualité du rehaussement myocardique demeure souvent insuffisante en mode d’imagerie noir et blanc conventionnelle, ce qui a donné naissance à de nouvelles techniques telles que :
Ces techniques décrites dans le chapitre 8 trouvent leur intérêt en particulier dans l’échocardiographie de contraste.
Compound Imaging Harmonics
Une nouvelle technologie Compound Imaging Harmonics développée par les chercheurs de ZONARE Sonography est fondée sur le procédé innovant de Channel Domain. Par rapport à la technologie classique, le système de Channel Domain produit une « acquisition » des échos non « ligne par ligne » mais dans les « larges bandes » ultrasoniques en appliquant la technique de « croissement » des faisceaux ultrasonores (Compounding). De cette façon, on réduit le nombre de cycles d’émission et de réception des faisceaux ultrasonores en surmontant les limites physiques dues à la diffusion des ondes ultrasonores dans le corps humain. En fait, la fonction Compound Harmonic combine à la fois les composantes des fréquences fondamentales et harmoniques et permet d’obtenir une meilleure pénétration et pas uniquement les harmoniques. De plus, le système Auto-Opt permet une optimisation automatique de l’émission et de la réception des ultrasons en fonction des propriétés échostructurales des tissus examinés. Cette solution technologique innovante permet, contrairement à la technique échographique classique, la formation a posteriori de l’image « finale » de haute résolution à partir de l’image initiale « brute ». En effet, la technique de Compound Harmonics offre une nette amélioration de la qualité de l’image échographique chez les sujets peu échogènes en particulier (figure 5.3).
Figure 5.3 Images 2D obtenues selon la technique Compound Imaging Harmonics de Zonare Medical Systems.
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