Echographie 3D - Applications Médicales

Applications Médicales

Informations Recueillies

L'imagerie ultrasonore classique est utilisée depuis longtemps de façon routinière pour de multiples examens. Et l'échographie 3D s'utilisent dans les mêmes spécialités mais permet parfois d'obtenir de nouvelles informations. Les deux principales applications sont l'obstétrique et la cardiologie qui fournissent des images bien adaptées à l'exploitation 3D. Cependant elle est aussi utilisée pour d'autres applications comme la gynécologie et l'urologie. Maintenant je vais détailler chaque application et expliquer les informations qui sont mises en évidences à travers ces examens.

L'obstétrique est le domaine qui présente les conditions les plus favorables pour l'échographie 3D. La présence du liquide amniotique qui entoure le fœtus permet une bonne segmentation du fœtus qui est nécessaire pour le rendu surfacique par exemple. Les interfaces entre la peau du fœtus et le liquide amniotique sont nettement mises en évidence sur les images, ce qui permet d'exploiter les données 3D de manière automatique.

D'un point de vue pratique, il s'agit encore du cas le plus favorable pour le médecin pour l'utilisation de la sonde. En effet il n'y a ni os (sauf celui du fœtus mais on souhaite le voir) ni air qui seraient susceptibles de dégrader les images. L'échographie 3D peut aider le médecin à détecter très tôt d'éventuels problèmes avec le fœtus comme des malformations. Le médecin s'intéresse particulièrement au squelette, au visage, au cœur ou aux membres du fœtus.

Squelette : les os sont nettement visibles sur les images car ils renvoient quasiment toute l'énergie de l'onde incidente et donc génèrent des échos très intenses. Avec une opération de seuillage toute simple, on peut facilement isoler les os du fœtus. Néanmoins ils forment une structure assez complexe (notamment avec la colonne vertébrale et les côtes) qui peut être difficile à appréhender en échographie 2D (c'est-à-dire avec des simples plans de coupe). Ainsi l'échographie 3D permet d'afficher sur l'écran la position la plus favorable qui permet de contrôler les os du fœtus et éventuellement de détecter des malformations ou anomalies (du tube neural par exemple).

Visage : c'est l'application la plus spectaculaire et le plus vendeuse de l'échographie 3D. Dans des situations favorables, il est possible d'obtenir des vues très réalistes du visage du futur bébé. Ces situations favorables sont les suivantes : il doit y avoir suffisamment de liquide amniotique entre le visage du fœtus et le placenta ; les mouvements de la patiente et du fœtus doivent être limités ; et enfin il faut que la face du fœtus soit suffisamment bien formée (au moins 18 semaines de grossesse). D'un point de vue médical, l'observation du visage du fœtus peut révéler certaines anomalies chromosomiques comme la trisomie et permet ainsi de préparer psychologiquement les parents. De plus, il est parfois difficile sur les échographies 2D de mettre en évidence des malformations (la fente labiale par exemple) ; alors qu'elles apparaissent naturellement sur les images 3D. En général les médecins s'attardent particulièrement sur les lèvres, les oreilles et le front du fœtus [5].

Membres : les diverses mesures qu'on effectue sur le fœtus permettent d'évaluer la croissance du fœtus. L'échographie 3D permet des mesures plus précises mais aussi d'avoir accès à de nouvelles grandeurs. Ainsi la circonférence de la cuisse ou de l'abdomen permet d'évaluer le poids du bébé à la naissance.

Cœur : il est très important de pouvoir détecter très rapidement d'éventuelles malformations cardiaques. Mais les battements du cœur rendent l'acquisition difficile comme nous le verrons dans la partie suivante. De plus la petite taille du cœur du fœtus n'arrange rien à la détection. C'est pourquoi l'échographie 3D reste surtout expérimentale pour cette application.

L'étude du cœur permet de mettre en évidence et de suivre l'évolution de certaines malformations ou insuffisances. Pour cela, deux outils sont particulièrement utilisés : l'estimation du volume des ventricules aux différentes phases du cycle cardiaque et la visualisation tridimensionnelle de la dynamique du cœur. Pour l'estimation du volume des ventricules, on voit sans aucun problème l'avantage que procure l'échographie 3D. Cependant c'est sûrement l'application qui nécessite de prendre en compte le plus de contraintes. En effet, on ne peut pas contrôler les mouvements du cœur donc on doit avoir une fréquence d'images élevée pour suivre les mouvements cardiaques. Mais cet examen requiert une bonne résolution, notamment pour visualiser les valves. Il faut donc trouver un compromis entre la résolution et la fréquence d'images afin d'obtenir un examen en temps réel.

Il est nécessaire de synchroniser l'acquisition des données sur les mouvements cardiaques. On fait l'hypothèse que ces derniers sont périodiques (à un instant du cycle cardiaque, le cœur aura la même position quel que soit le cycle). Deux méthodes de synchronisation sont alors possibles selon qu'on souhaite observer la dynamique du cœur ou qu'on souhaite connaître le volume d'une partie du cœur à un instant précis du cycle. L'acquisition dure donc plusieurs cycles cardiaques à raison d'un plan de coupe par cycle.

En ce qui concerne la résolution des images, la fenêtre acoustique pour la visualisation du cœur est limitée par la présence des côtes et celle des poumons. Du fait de la synchronisation à l'ECG, on préfèrera utiliser des sondes à balayage automatique et rotatif qui sont conçues pour les petites fenêtres acoustiques. Pour obtenir des images de meilleures qualités encore, on peut utiliser des sondes trans-oesophagiennes qui sont comme leur nom l'indique invasives.

Une fois ces problèmes réglés, l'échographie 3D permet d'obtenir avec précision des mesures du volume des ventricules, de la fraction d'éjection ou de l'épaisseur des parois.

Ce domaine d'application est assez vaste. Pour simplifier, on peut dire qu'il regroupe tout le système vasculaire et tous les organes " pleins " comme le foie ou les reins (c'est-à-dire qui ne contiennent pas d'air). Les avantages de l'échographie 3D sur l'échographie classique 2D est dans certains cas encore à démontrer mais dans d'autres, elle apporte des informations nouvelles ou plus précises.

Réseaux vasculaires : l'échographie 3D permet d'observer l'arbre vasculaire en entier de la zone observée plutôt que d'observer veine après veine ou artère après artère. On peut aussi mesurer le flux sanguin à l'aide du signal Doppler qui peut être obtenu avec la sonde. Ainsi on peut détecter les caillots de sang ou toute autre anomalie.

Organes : les données tridimensionnelles permettent d'obtenir des informations de volume plus précises. On peut ainsi mesurer le volume de la prostate pour contrôler l'effet d'une drogue thérapeutique, ou encore suivre l'évolution d'une greffe de rein en mesurant le volume du rein greffé. Cela permet aussi de contrôler le bon fonctionnement de tous les différents organes. L'échographie 3D permet également de détecter des tumeurs et de déterminer si une tumeur est maligne ou non. Pour cela, il est important d'avoir une idée de l'étendue de la tumeur, de son volume et de suivre son évolution [2].

A l'aide de sondes trans-vaginales, on peut visualiser l'utérus pour détecter d'éventuels fibroïdes, polypes ou anomalies. En échographie endovaginale classique 2D les plans d'exploration possibles sont très limités. En particulier il est pratiquement impossible d'obtenir la coupe frontale, or c'est certainement la coupe la plus intéressante pour l'étude de l'utérus et de la cavité utérine. Grâce à l'échographie 3D cette coupe frontale est très facile à réaliser.

On peut signaler rapidement des nouvelles applications qui sont de plus en plus utilisées. Tout d'abord, il y a une utilisation grandissante de l'échographie 3D en tant que technique d'imagerie médicale rapide pour faire les premiers diagnostics aux urgences. Il est vrai que sa petite taille, sa portabilité et sa rapidité d'examen sont des atouts. On voit apparaître l'échographie 3D dans la chirurgie laparoscopique. Elle aide les chirurgiens à visualiser les structures importantes dans le corps du patient comme les vaisseaux sanguins et les tissus avant et pendant l'opération. Par extension, la visualisation 3D en temps réel (que permet l'échographie 3D) de l'anatomie d'un patient permet la planification améliorée d'une procédure chirurgicale et fournit rapidement aux chirurgiens une grande quantité d'informations de valeur [5].

Enfin pour terminer, l'échographie 3D pourrait être utilisée pour appliquer des techniques de réalité virtuelle. En effet, lorsqu'on effectue des balayages manuels, la position de la sonde est connue à chaque instant avec précision. Ainsi cela peut permettre de faire une acquisition des données du patient et ensuite de simuler l'intervention que le médecin doit pratiquer. De plus, l'échographie 3D fournit des images en temps réel donc elle peut être utilisée durant les interventions elles-mêmes pour guider le geste du chirurgien lors de l'intervention ou pour localiser la zone à opérer (comme les tumeurs par exemple).


Figure 16 - arbre vasculaire	Figure 17 - arbre vasculaire