Surface d’iso-vélocité proximale (PISA)

Calculs hémodynamiques avec PISA (Proximal Isovelocity Surface Area)

La méthode PISA (Proximal Isovelocity Surface Area), ou zone de convergence, repose sur les principes de la dynamique des fluides et la conservation de la masse. C’est un phénomène hydrodynamique qui se produit lorsqu’un liquide s’écoule d’une chambre à haute pression vers une chambre à basse pression à travers un orifice circulaire restreint. Le flux converge et s’accélère de manière concentrique juste à proximité de l’orifice. Ce changement de profil de l’écoulement entraîne la formation de séries d’hémisphères ou « couches » d’isovélocité. La vitesse d’écoulement est égale en tout point d’une même couche hémisphérique (figure 1).

Le concept de PISA suppose que l’écoulement converge vers l’orifice sous la forme d’hémisphères concentriques. Sur les images échographiques bidimensionnelles (2D), cette zone de convergence apparaît comme un demi-cercle (figure 1). Le rayon de ce demi-cercle (rayon PISA ou r) est un paramètre clé pour calculer le diamètre de l’orifice effectif.

Cela a des implications cliniques fondamentales, car cela permet à l’investigateur de calculer la surface de l’orifice régurgitant effectif (SOR ou EROA) ou la surface d’une sténose. Ces estimations quantitatives sont cruciales pour la gradation de la sévérité des affections valvulaires, telles que la sténose aortique, la régurgitation aortique, la sténose de la valve mitrale, et surtout la régurgitation de la valve mitrale. Le rayon du PISA est mesuré à partir de l’interface d’aliasing (changement de couleur) jusqu’au point de convergence le plus étroit du faisceau Doppler, situé au niveau de l’orifice valvulaire (vena contracta) (figure 2).

Le Doppler couleur est l’outil indispensable pour révéler et mesurer le PISA. Comme nous l’avons vu précédemment, l’utilisation du Doppler couleur pour analyser des vitesses supérieures à la limite de Nyquist entraîne un phénomène de repliement (aliasing). Le repliement spectral implique que l’échographe ne peut plus déterminer correctement la direction ni la vitesse exacte de l’écoulement au-delà de ce seuil. Le signal Doppler change alors brusquement de couleur, passant par exemple du bleu au rouge ou du rouge au bleu, créant une interface colorimétrique nette.

Cette interface correspond exactement à la vitesse définie par la limite de Nyquist (V_aliasing). Pour le Doppler couleur standard, l’aliasing se produit généralement lorsque les vitesses dépassent 0,5 à 0,6 m/s, ce qui est systématiquement le cas dans le cadre de sténoses serrées et de régurgitations valvulaires significatives où les flux sont à haute vélocité.

Optimisation technique de l’acquisition PISA

Pour exploiter le phénomène de repliement et mesurer le PISA avec précision, une optimisation rigoureuse des réglages échographiques est nécessaire :

• Zoom : Il faut effectuer un zoom sur la zone de convergence pour améliorer la résolution spatiale et faciliter la mesure du rayon.
• Décalage de la ligne de base (Baseline Shift) : C’est l’étape la plus critique. Il faut décaler la ligne de base du Doppler couleur dans la direction du flux régurgitant. Cela abaisse la vitesse de Nyquist (V_aliasing) à une valeur généralement comprise entre 20 et 40 cm/s.
• Objectif : En diminuant la V_aliasing, on augmente artificiellement la taille de l’hémisphère de couleur (le rayon r augmente). Comme le calcul de la surface dépend du rayon au carré (r²), maximiser le rayon permet de minimiser l’erreur relative de mesure.

Une fois la limite de Nyquist ajustée pour obtenir un hémisphère bien défini, le rayon et la surface de cette isovélocité sont calculés comme suit :

Surface_PISA = 2 × π × r_PISA²

Cette formule correspond à la surface d’un hémisphère géométrique parfait. Le débit instantané (Q) traversant cette surface peut alors être calculé, car nous connaissons la surface et la vitesse à cet endroit précis (la vitesse est égale à la vitesse d’aliasing lue sur l’échelle de couleur).

Q_PISA = Surface_PISA × V_aliasing
V_aliasing = vitesse de repliement (Nyquist limit) affichée sur l’écran.

Calcul de la surface de l’orifice régurgitant (EROA)

Selon le principe de continuité de la masse, le débit traversant la zone de convergence (PISA) doit être équivalent au débit traversant l’orifice valvulaire lui-même (la lésion). Ceci implique que le débit calculé par la méthode PISA peut être utilisé pour quantifier la surface anatomique de la lésion, appelée Surface de l’Orifice Régurgitant Effectif (SOR ou EROA).

Dans le cas d’une régurgitation mitrale (RM), la surface régurgitante est calculée en divisant le débit PISA par la vitesse maximale du jet régurgitant (obtenue par Doppler continu) :

EROA (Aire_MR) = (2 × π × r_PISA² × V_aliasing) / V_maxMR
MR = régurgitation mitrale ; V_maxMR = vitesse maximale de la régurgitation mitrale (Doppler Continu) ; V_aliasing = vitesse de l’aliasing (Doppler Couleur).

Cette formule calcule en fait la surface de la vena contracta (figure 3), qui est la zone la plus étroite du jet juste après l’orifice, et qui reflète la sévérité hémodynamique de la fuite. Une EROA ≥ 40 mm² (ou 0,4 cm²) indique généralement une régurgitation mitrale sévère.

Le volume régurgitant (VR ou RV), qui représente le volume de sang refluant dans l’oreillette à chaque battement, peut être calculé à l’aide de la formule suivante :

RV = EROA × VTI_MR
RV = volume régurgitant (ml) ; EROA = Surface de l’Orifice Régurgitant ; VTI = intégrale vitesse-temps du jet de régurgitation (cm).

Un volume régurgitant ≥ 60 ml signe également une insuffisance mitrale sévère.

Correction d’angle et limites géométriques

Ces formules pour le PISA donnent de meilleurs résultats lorsque la surface entourant l’orifice est plate (angle de 180°), ce qui permet le développement d’un hémisphère complet. Cependant, ce n’est souvent pas le cas pour certaines valves ou pathologies. Par exemple, une valve aortique fermée ou un prolapsus mitral important peut créer une géométrie en forme d’entonnoir ou de cône, limitant l’expansion de la zone de convergence. Heureusement, il est possible d’en tenir compte en incluant une correction pour l’angle, comme suit :

Q_{PISA corrigé} = 2 × π × r_PISA² × V_aliasing × (Ø / 180)
Ø = angle formé par les feuillets valvulaires (en degrés).

La figure 4 montre l’angle à mesurer entre les feuillets valvulaires du côté du flux convergeant.

La largeur de la veine contractée (vena contracta width) peut également être utilisée comme une méthode semi-quantitative simple pour estimer la gravité d’une régurgitation, indépendamment des calculs PISA.

Limites et pièges de la méthode PISA

Bien que la méthode PISA soit une référence pour la quantification des fuites valvulaires, elle présente plusieurs limites qu’il convient de connaître pour éviter les erreurs d’interprétation :

• Géométrie de l’orifice : La formule assume un orifice circulaire et une convergence hémisphérique. Or, dans l’insuffisance mitrale fonctionnelle, l’orifice est souvent elliptique, ce qui conduit à une sous-estimation de la sévérité par la méthode PISA standard (qui ne mesure que le rayon mineur de l’ellipse).
• Variabilité temporelle : Le PISA n’est pas statique ; sa taille varie au cours de la systole. La mesure est généralement effectuée sur une image arrêtée au moment où le PISA est le plus grand (souvent la mésosystole), ce qui peut surestimer le volume régurgitant total si la fuite est holosystolique mais variable (ex: prolapsus télésystolique).
• Précision de la mesure du rayon : Comme le rayon est élevé au carré dans la formule, une petite erreur de mesure du rayon (même de 1 ou 2 mm) entraîne une erreur importante sur le calcul de la surface et du débit. C’est pourquoi l’optimisation du zoom et du décalage de la ligne de base est indispensable.