Principes de l’optimisation de l’image en échocardiographie
L’échocardiographie repose sur une physique complexe où la qualité de l’image dépend d’un équilibre constant entre résolution spatiale, résolution temporelle et pénétration du signal. Afin d’obtenir des images échographiques optimales et diagnostiques, l’opérateur doit ajuster plusieurs paramètres en continu pendant l’examen. En règle générale, les examens dans chaque vue échocardiographique (également appelée fenêtre) sont initialisés par l’identification d’une image d’ensemble pour s’orienter anatomiquement. À partir de cette vue globale, l’optimisation suit une séquence logique.
La profondeur est d’abord réduite autant que possible pour exclure les structures inutiles situées en arrière de la zone d’intérêt. La réduction de la profondeur permet d’augmenter la fréquence de répétition des impulsions (PRF), ce qui accroît la cadence d’images (frame rate) et améliore la résolution temporelle. Si possible, la largeur de l’image (secteur angulaire) est également réduite, ce qui concentre les lignes de scan et augmente encore la cadence image. Il est également possible de zoomer sur des régions d’intérêt ; par exemple, la valve aortique peut être zoomée pour étudier sa mobilité fine ou la présence de végétations. Le zoom, en particulier le « zoom d’écriture », améliore la résolution spatiale dans une zone particulière. Il est également nécessaire de placer le point de mire (foyer ou focus) au niveau de la région d’intérêt. La différence entre le zoom et le déplacement du foyer est que le zoom agrandit l’image, alors que le déplacement du foyer ajuste la zone où le faisceau ultrasonore est le plus étroit, offrant ainsi la meilleure résolution latérale. Enfin, si l’image échographique est trop sombre ou trop brillante, il est possible d’ajuster le gain. Cela amplifie les ondes ultrasonores entrantes (réfléchies). Une augmentation excessive du gain entraîne l’apparition de bruit (saturation) et des difficultés à discerner les interfaces tissulaires (bords endocardiques). Ce sont les principaux réglages, ou « knobology », effectués pour optimiser l’examen.
Réglage de la profondeur de l’image et du zoom
Les examens dans chaque vue échocardiographique sont initialisés par l’identification d’une image d’ensemble. À partir de cette image, la profondeur est réduite autant que possible, sans exclure les structures cardiaques postérieures pertinentes (comme l’oreillette gauche en vue parasternale grand axe). La réduction de la profondeur entraîne une augmentation significative de la fréquence d’images. En effet, la machine attend moins longtemps le retour des échos profonds avant d’envoyer la ligne de scan suivante.
Si une région particulière présente un intérêt clinique (ex: feuillets valvulaires, thrombus apical), il est possible de l’agrandir. Il existe deux types de zoom :
- Le zoom de lecture (Read Zoom) : Il s’agit d’un agrandissement numérique des pixels d’une image déjà mémorisée. Il n’améliore pas la résolution spatiale et l’image devient plus granuleuse (pixellisée) au fur et à mesure que le zoom augmente.
- Le zoom d’écriture (Write Zoom) : C’est la méthode à privilégier. L’échographe concentre toutes les lignes d’acquisition sur la zone sélectionnée avant le traitement de l’image. Cela augmente considérablement la résolution spatiale et souvent la résolution temporelle de la structure ciblée.
Gain : amplification du signal
L’échographe amplifie toutes les ondes ultrasonores entrantes (réfléchies). Les signaux revenant des tissus profonds sont naturellement plus faibles en raison de l’atténuation (absorption et diffusion de l’énergie). L’examinateur doit donc compenser cette perte. Pour ce faire, il utilise la commande de gain global ou la compensation temps-gain (TGC).
Contrôle du gain : gain global
La commande de gain régule le gain global (général) de l’image entière. En augmentant le gain global, vous augmentez uniformément l’amplification de toutes les ondes sonores réfléchies, ce qui rend tous les objets de l’image plus blancs. L’objectif est d’obtenir un myocarde gris moyen, du sang (cavités) noir anéchogène et un péricarde blanc brillant. Une sous-estimation du gain peut faire disparaître des structures fines (dropout), tandis qu’une utilisation excessive du gain entraîne une saturation (« bruit blanc ») et une perte de définition des contours, rendant l’analyse de la fonction ventriculaire difficile.
Compensation / contrôle du gain temporel (TGC)
Le contrôle/compensation du gain temporel (TGC) permet d’ajuster le gain de manière sélective à des profondeurs spécifiques. L’objectif du TGC est de compenser l’atténuation naturelle des ultrasons qui se produit avec l’augmentation de la profondeur de propagation. Sans TGC, les structures proches de la sonde apparaîtraient très brillantes et les structures lointaines très sombres.
Le TGC est réglé à l’aide de plusieurs curseurs coulissants (figure 1). La configuration classique consiste à augmenter progressivement le gain pour les zones profondes (bas de l’image) et à le réduire pour les zones proches (haut de l’image), créant souvent une courbe diagonale sur le panneau de commande. Cependant, chaque patient est différent (échogénicité variable), et les curseurs doivent être ajustés pour obtenir une homogénéité de la brillance tissulaire du haut en bas de l’image.
Compression (Plage Dynamique)
Outre le gain, la compression ou plage dynamique (Dynamic Range) est un paramètre crucial pour la qualité de l’image. Elle détermine l’échelle de gris utilisée pour afficher les échos. Une plage dynamique élevée (ex: 60-70 dB) produit une image très « douce » avec de nombreuses nuances de gris, utile pour différencier les textures tissulaires subtiles. Une plage dynamique faible (ex: 30-40 dB) augmente le contraste, rendant l’image plus « noir et blanc », ce qui peut aider à mieux délimiter les bords endocardiques chez les patients peu échogènes.
Fréquence des ondes ultrasonores et Imagerie Harmonique
Le choix de la fréquence est le compromis fondamental de l’échographie.
Les ondes ultrasonores de basse fréquence (ex: 2.0 – 2.5 MHz) permettent une forte pénétration des tissus, ce qui est nécessaire pour les patients corpulents ou l’imagerie profonde, mais offrent une résolution d’image plus faible. À l’inverse, les ondes à haute fréquence (ex: 4.0 – 5.0 MHz) offrent une excellente résolution spatiale mais pénètrent mal les tissus.
L’imagerie harmonique tissulaire (Tissue Harmonic Imaging – THI) est aujourd’hui le standard en échocardiographie adulte. Au lieu d’écouter la fréquence fondamentale envoyée par la sonde, la machine écoute la fréquence harmonique (le double de la fréquence envoyée) générée par la vibration des tissus eux-mêmes. Cela permet d’améliorer considérablement le rapport signal/bruit, de réduire les artéfacts de réverbération et d’améliorer la définition des bords de l’endocarde, facilitant ainsi l’évaluation de la fraction d’éjection.
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Foyer de l’image (Focus)
La zone focale (ou foyer) correspond à la profondeur où le faisceau ultrasonore est le plus étroit. C’est à cet endroit que la résolution latérale est maximale.
Le foyer doit être systématiquement placé au niveau de la structure anatomique d’intérêt (par exemple, au niveau des valves mitrales pour l’étude de la régurgitation mitrale). On peut choisir de placer un ou plusieurs foyers. Cependant, l’utilisation de foyers multiples (multi-focus) oblige la machine à scanner chaque ligne plusieurs fois, ce qui diminue drastiquement la cadence d’images (frame rate). En cardiologie, où les structures sont très mobiles, on privilégie généralement un seul foyer bien positionné pour maintenir une haute résolution temporelle.
Fréquence d’images (Frame Rate)
La résolution temporelle est la capacité du système à décrire le mouvement rapide des objets dans le temps. L’échocardiographie, contrairement à l’échographie abdominale, nécessite une résolution temporelle élevée pour étudier les mouvements rapides des valves et du myocarde durant la systole et la diastole. Plus le nombre d’images par seconde (FPS – frames per second) est élevé, plus l’analyse du mouvement est fluide et précise.
La fréquence d’images est directement liée à la vitesse du son dans les tissus (qui est constante) et à la distance que les ultrasons doivent parcourir. Pour optimiser la fréquence d’images :
- Réduisez la profondeur : Moins de distance à parcourir signifie un retour d’écho plus rapide.
- Rétrécissez le secteur (largeur) : Scanner un secteur de 45° prend moitié moins de temps qu’un secteur de 90°, doublant ainsi la cadence d’images. C’est crucial pour l’échographie de stress ou l’étude Doppler couleur.
- Évitez le multi-focus : Comme mentionné précédemment, chaque foyer additionnel réduit la fréquence d’images.
Une fréquence d’images inférieure à 25-30 Hz est généralement considérée comme insuffisante pour une échocardiographie standard, l’œil humain percevant alors un scintillement et les événements cardiaques rapides pouvant être manqués.