L’échocardiographie en 2D (Mode B)
L’échographie bidimensionnelle (2D), techniquement appelée échographie en mode B (pour « Brightness » ou brillance), est la modalité la plus couramment utilisée en échocardiographie et constitue la base de l’examen morphologique cardiaque. Elle permet de visualiser les structures cardiaques en mouvement en temps réel en convertissant l’amplitude des ondes ultrasonores réfléchies en points de luminosité variable sur un écran (échelle de gris). Les tissus hyperéchogènes (haute réflexion, comme le péricarde ou les valves calcifiées) apparaissent en blanc, tandis que les structures anéchogènes (comme le sang ou les épanchements) apparaissent en noir. Les deux dimensions présentées sont la largeur (axe x, ou azimut) et la profondeur (axe y, ou distance). Le transducteur standard pour l’échocardiographie en 2D est le transducteur à réseau phasé (phased array), qui crée un champ ultrasonore en forme de secteur triangulaire ou pyramidal (figure 1), permettant l’exploration à travers les espaces intercostaux étroits.
Le secteur de l’image est créé par l’activation séquentielle et contrôlée électroniquement des cristaux piézoélectriques alignés dans la sonde. C’est ce qu’on appelle le balayage électronique. Les cristaux sont activés d’un côté à l’autre, avec des décalages temporels infinitésimaux (phasage), comme le montre la figure 2. La séquence d’activation va de droite à gauche, puis de gauche à droite, et se répète rapidement pour balayer l’ensemble du champ de vision. Pour créer un secteur d’image d’une largeur de 90° et d’une profondeur standard de 15 cm, il faut émettre et recevoir environ 200 lignes d’ultrasons (lignes de balayage), ce qui prend environ 40 millisecondes (ms) par image. Comme illustré précédemment (Résolution axiale et latérale de l’image échographique), la densité des lignes (qui détermine la résolution spatiale latérale) diminue inévitablement avec l’augmentation de la distance par rapport au transducteur, car les lignes divergent en s’éloignant de la source.
Le transducteur à réseau phasé et son champ ultrasonore sectoriel sont particulièrement adaptés à l’échocardiographie transthoracique, car l’empreinte de la sonde est petite, permettant au champ ultrasonore de passer entre les côtes (fenêtre acoustique) et de s’étendre ensuite sur une plus grande surface pour englober le cœur. La focalisation du faisceau peut être ajustée dynamiquement en variant la séquence d’activation des cristaux piézoélectriques. Cependant, une limitation physique demeure : la densité des lignes ultrasonores diminue à mesure que l’on s’éloigne du transducteur, ce qui affecte la résolution latérale, comme l’explique la figure 3. Cela signifie que la capacité à distinguer deux points situés côte à côte est meilleure près de la sonde (champ proche ou zone de Fresnel) que loin de la sonde (champ lointain ou zone de Fraunhofer), à moins d’utiliser des techniques de focalisation avancées.
Imagerie Harmonique Tissulaire
Il est important de noter que la plupart des appareils d’échocardiographie modernes utilisent par défaut l’imagerie harmonique tissulaire (Tissue Harmonic Imaging – THI) plutôt que l’imagerie fondamentale classique décrite ci-dessus. Dans l’imagerie fondamentale, le transducteur émet et reçoit à la même fréquence (par exemple, émission à 2,5 MHz, réception à 2,5 MHz). En mode harmonique, la sonde émet à une fréquence fondamentale (ex: 1,7 MHz) mais l’appareil filtre et traite sélectivement les échos reçus à deux fois cette fréquence (la seconde harmonique, ex: 3,4 MHz).
Les harmoniques sont générées par la propagation non linéaire des ultrasons dans les tissus. Cette technique améliore considérablement la qualité de l’image 2D pour plusieurs raisons :
- Réduction des artefacts : Les harmoniques se développent principalement dans le champ profond et sont moins présentes près de la sonde, ce qui réduit les artefacts de réverbération superficiels et le « bruit » acoustique.
- Amélioration de la résolution latérale : Le faisceau harmonique est plus étroit que le faisceau fondamental.
- Meilleur rapport signal/bruit : Cela permet une meilleure définition des bords de l’endocarde, cruciale pour l’évaluation de la fonction ventriculaire gauche.
Taux de rafraîchissement (Frame Rate) et Résolution Temporelle
L’image bidimensionnelle doit être mise à jour rapidement et continuellement afin d’obtenir une séquence vidéo fluide, essentielle pour analyser la contractilité cardiaque. La vitesse à laquelle les images sont mises à jour est décrite par le terme technique de fréquence d’images (Frame Rate), qui correspond au nombre d’images (trames) affichées par seconde (fps ou Hz). Une fréquence d’images élevée (c’est-à-dire de nombreuses images par seconde, idéalement > 40-50 fps) est souhaitable car elle offre une meilleure résolution temporelle. Cela est particulièrement critique lors de l’échocardiographie de stress ou pour évaluer des structures à mouvement rapide comme les végétations valvulaires.
La fréquence d’images dépend de plusieurs facteurs physiques immuables liés à la vitesse du son dans les tissus (~1540 m/s). Le temps écoulé pour que toutes les ondes ultrasonores soient émises, réfléchies et traitées dans l’appareil détermine la fréquence d’images maximale. La relation peut être résumée ainsi : plus l’image est complexe ou profonde, plus elle est lente à produire. Comme indiqué ci-dessus, l’utilisation de 200 lignes d’ultrasons pour créer une image de 90° de large et de 15 cm de profondeur nécessite environ 40 millisecondes (ms), ce qui plafonne la fréquence à 25 images/seconde.
L’augmentation du nombre de lignes ultrasonores (pour une meilleure résolution spatiale) ou de la profondeur de l’image réduira inévitablement la fréquence d’images car il faut plus de temps pour compléter le cycle émission-réception de chaque ligne. L’élargissement du secteur de l’image (par exemple passer de 45° à 90°) oblige l’appareil à scanner plus de lignes, réduisant donc la résolution temporelle. L’inverse est également vrai : la fréquence d’images, et donc la résolution temporelle, peut être augmentée considérablement en :
- Réduisant la profondeur de l’image (exclure les tissus profonds inutiles).
- Réduisant la largeur du secteur (focaliser l’examen sur une seule structure, comme la valve mitrale).
- Utilisant la fonction « Zoom » (Zoom d’écriture) qui concentre les lignes de balayage sur une petite zone.
Pour obtenir la résolution temporelle la plus élevée possible, la profondeur et la largeur de l’image doivent être aussi faibles que possible. L’appareil à ultrasons dispose de commandes permettant de régler la largeur et la profondeur. Il est également possible d’ajuster la densité de lignes (résolution spatiale) pour favoriser la vitesse, ce qui est souvent nécessaire en échocardiographie pédiatrique ou lors de tachycardies importantes.
L’image ultrasonore et ses réglages
L’image échographique affichée sur l’écran contient plusieurs paramètres importants pour l’interprétation clinique (figure 4). Le signal ECG est présenté en bas et sert de référence temporelle indispensable pour identifier la télédiastole (généralement au début du complexe QRS) et la télésystole, ce qui est nécessaire pour effectuer diverses mesures standardisées (diamètres ventriculaires, FEVG). Le transducteur lui-même n’est pas visible sur l’image, mais le contour de la lentille est visible tout en haut du champ sectoriel (zone sombre appelée zone morte ou dead zone). La figure 4 montre un cercle bleu (la couleur peut varier en fonction des réglages du fabricant et de l’utilisateur) à côté du transducteur ; il s’agit de l’indicateur d’orientation latéral qui aide l’examinateur à identifier la gauche et la droite dans l’image. Cet indicateur correspond à l’ergot physique ou la lumière sur le transducteur.
Optimisation de l’image (Gain et Compression)
Pour obtenir une image 2D de qualité diagnostique, l’opérateur doit ajuster plusieurs paramètres de post-traitement du signal :
- Gain Global : Amplifie le signal de retour globalement. Un gain trop élevé crée un « bruit » blanc diffus ; un gain trop faible rend l’image noire et fait disparaître les structures fines.
- Compensation de Gain Temporel (TGC – Time Gain Compensation) : Permet d’ajuster le gain différemment selon la profondeur. Les ultrasons s’atténuent en pénétrant les tissus. Les commandes TGC (souvent des glissières physiques) permettent d’amplifier davantage les signaux profonds pour compenser l’atténuation, assurant une luminosité homogène de haut en bas de l’image.
- Compression (Dynamic Range) : Ajuste l’échelle de gris. Une plage dynamique élevée offre une image douce avec beaucoup de nuances de gris (utile pour les structures tissulaires), tandis qu’une plage dynamique basse augmente le contraste (image plus « binaire » noir/blanc), utile pour délimiter les bords nets comme l’endocarde.
Foyer des faisceaux ultrasonores
La résolution latérale de l’image échographique n’est pas uniforme sur toute la profondeur ; elle est maximale à l’endroit où la largeur du faisceau d’ultrasons est la plus étroite. Ce point de convergence est appelé foyer (ou zone focale). Il est possible, et recommandé, de régler la position du foyer pour qu’il coïncide avec la structure anatomique d’intérêt (par exemple, placer le foyer au niveau de la valve mitrale si c’est la structure analysée). Le foyer est modifié électroniquement en changeant la séquence d’activation des cristaux piézoélectriques.
Certains systèmes permettent d’activer plusieurs zones focales simultanément. Bien que cela améliore la résolution latérale sur toute la hauteur de l’image, cela réduit drastiquement la fréquence d’images (frame rate), car chaque ligne de balayage doit être acquise plusieurs fois pour chaque zone focale.
Bien que les images ultrasonores bidimensionnelles (par exemple la figure 4) suggèrent que le faisceau ultrasonore est parfaitement plat (comme une feuille de papier), en réalité, le faisceau ultrasonore possède une épaisseur physique de 2 à 10 mm selon la sonde et la profondeur (figure 5). C’est ce qu’on appelle la résolution en élévation. L’image échographique présentée est une version aplatie (moyennée) du faisceau échographique tridimensionnel original.
Cette épaisseur a des conséquences cliniques importantes : des structures qui ne sont pas réellement situées l’une à côté de l’autre sur le plan anatomique strict peuvent être projetées l’une sur l’autre sur l’image bidimensionnelle si elles se trouvent toutes deux dans l’épaisseur du faisceau. Cela crée des artefacts d’épaisseur de coupe. Par exemple, des échos provenant de la paroi d’un vaisseau ou d’une valve artificielle peuvent apparaître à l’intérieur d’une cavité anéchogène (comme l’oreillette gauche), mimant un thrombus ou une masse. Une manipulation soigneuse de la sonde dans plusieurs plans est nécessaire pour différencier ces artefacts des véritables pathologies.