Développements méthodologiques pour l’IRM de diffusion cardiaque

L’Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) de diffusion est une technique d’imagerie qui permet d’obtenir des informations concernant la microarchitecture des organes. Les principales applications cliniques concernent actuellement l’imagerie cérébrale. Des améliorations restent nécessaires pour appliquer cette technique dans les organes en mouvements, notamment en raison des artéfacts créés directement ou indirectement par les déplacements, notamment respiratoires, cardiaques et pulsatiles. En effet, les mouvements macroscopiques, même de faible amplitude (mm/cm), peuvent perturber la quantification de la diffusion qui repose sur la caractérisation des mouvements microscopiques (μm). Le déplacement des organes environnants peut créer des artéfacts par repliement des structures en mouvement sur les structures d’intérêt, et peut également créer des variations locales de champ magnétique à l’origine d’artéfacts. L’imperfection des systèmes de gradients de champs magnétiques, utilisés pour l’encodage spatial des images, est aussi la cause de distorsions géométriques qui s’ajoutent à ces effets.

Anatomie et physiologie cardiaque

Le cœur joue le rôle de pompe faisant circuler le sang dans le système vasculaire ; il assure ainsi l’irrigation des tissus. La circulation systémique permet l’échange de substances, telles que l’oxygène ou les molécules hormonales, entre les cellules tissulaires et le sang au niveau des capillaires. L’irrigation se fait par l’expulsion du sang oxygéné de la partie gauche du cœur puis à son transport par les artères vers les tissus et organes. Après oxygénation des tissus, le sang désoxygéné reflue vers la partie droite du cœur par le réseau veineux. La circulation pulmonaire conduit, quant à elle, le sang de la partie droite du cœur vers les poumons où il sera réoxygéné au niveau des alvéoles pulmonaires. Le sang oxygéné est ensuite reconduit vers la partie gauche du cœur par les veines pulmonaires [1].

Anatomie

Le cœur est composé de deux parties : le cœur droit assure la circulation pulmonaire; le cœur gauche assure la circulation systémique. L’admission du sang dans le cœur se fait par les oreillettes tandis que son éjection est réalisée par les ventricules. Les ventricules droits et gauches sont séparés par le septum interventriculaire.

D’un point de vue général, le ventricule gauche est plus massif et sa paroi est plus épaisse que celle du ventricule droit du fait que la pression artérielle est plus élevée dans l’aorte que dans les veines pulmonaires [1], [2]. Chez un adulte sain la taille du ventricule gauche est d’environ 50 mm, le myocarde a une épaisseur de 10 à 15 mm et rétrécit en direction de la pointe du ventricule pour atteindre 1 à 2 mm à l’apex [3], [4]. Le myocarde du ventricule droit a quant à lui une épaisseur de 3 à 5 mm [5].

La paroi du cœur est composée de trois couches illustrées :
➤ A l’extérieur, l’épicarde constitue la lame viscérale du péricarde. Le péricarde est la membrane qui permet de fixer le cœur tout en donnant assez de liberté pour permettre la réalisation du battement cardiaque.
➤ Au milieu, le myocarde est la couche la plus épaisse et est principalement constituée des cellules musculaires, les cardiomyocytes, et d’un squelette fibreux. La contraction du myocarde permet de pomper le sang dans le cœur et de l’éjecter dans les artères.
➤ A l’intérieur, l’endocarde est rattaché au myocarde par une mince couche de tissu conjonctif riche en vaisseaux et terminaisons nerveuses. La surface de l’endocarde qui est en contact avec le sang circulant dans les cavités, est constituée d’une mince couche monocellulaire appelée endothélium.

Système de conduction et électrocardiogramme

Le cœur est composé de principalement de deux types de cellules qui sont responsables du battement cardiaque : les cellules automatiques qui produisent et propagent des impulsions électriques (potentiel d’action), elles constituent le système de conduction ; les cellules contractiles qui après avoir été stimulées par le système de conduction se contractent et conduisent le potentiel d’action. Une zone pacemaker appelée nœud sinoatrial est à l’origine de l’impulsion, qui va se répandre dans les oreillettes puis être transmis aux ventricules via le nœud atrio-ventriculaire. La conduction dans les ventricules est ensuite assurée par le faisceau de His (tronc, branches droite et gauche) puis par le réseau de fibres de Purkinje. L’activation des cardiomyocytes ventriculaires est initiée au niveau des terminaisons des fibres de Purkinje, qui sont situées juste sous l’endocarde. L’influx de dépolarisation se propage enfin vers le reste du ventricule, et de l’endocarde vers l’épicarde. L’électrocardiogramme (ECG) permet de visualiser les différences de potentiels électriques engendrés par l’excitation cardiaque. Les tracés ECG sont couramment utilisés en routine clinique, notamment en cardiologie où l’ECG est un outil diagnostique de première importance. En effet, son intérêt diagnostic réside dans sa capacité à identifier d’éventuelles anomalies dans la fonction cardiaque [6].

Les changements électriques liés aux dépolarisations et aux repolarisations des différentes régions cardiaques forment des ondes caractéristiques sur le tracé ECG. Les trois principaux événements visibles durant un battement cardiaque sont les suivants [2]:
➤ L’onde P correspond à la dépolarisation des oreillettes
➤ Le complexe QRS correspond à la dépolarisation des ventricules
➤ L’onde T correspond à la repolarisation des ventricules .

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Table des matières

Introduction générale
Introduction
Chapitre 1 : Anatomie et physiologie cardiaque
Anatomie
Système de conduction et électrocardiogramme
Fonctionnement mécanique du cœur
Architecture du tissu myocardique
1.4.1 Microarchitecture
1.4.2 Organisation générale
1.4.3 Lien avec la fonction cardiaque
Physiopathologie du remodelage cardiaque
1.5.1 Insuffisance cardiaque
1.5.2 Tachycardie ventriculaire
Chapitre 2 : Introduction à l’IRM
Origine du signal
Séquences IRM
IRM cardiaque
2.3.1 Plans radiologiques
2.3.2 Protocole standard
Conclusion
Chapitre 3 : IRM de diffusion
Principe physique
Acquisition du signal de diffusion
Analyse quantitative du signal de diffusion
3.3.1 Diffusion isotrope
3.3.2 Diffusion libre anisotrope
3.3.3 Choix de la b-value
3.3.4 Choix des directions de diffusion
3.3.5 Lien entre la microarchitecture cardiaque et le tenseur de diffusion
Artefacts usuels liés au mode de lecture EPI
3.4.1 Remplissage de l’espace de Fourier
3.4.2 Décroissance du signal en T2*
3.4.3 Courants de Foucault
3.4.4 Bande passante dans la direction d’encodage de phase
3.4.5 Déplacement chimique
3.4.6 Distorsions géométriques
Stratégies d’acquisition accélérée
3.5.1 Fourier partiel
3.5.2 Imagerie parallèle
3.5.3 Réduction du champ de vue
Conclusion
Chapitre 4 : Imagerie de diffusion cardiaque
Séquences de diffusion cardiaque compensée en mouvements
Synchronisation avec les mouvements périodiques
Recalage d’image
Conclusion
Chapitre 5 : Conclusion
Conclusion générale