FR2822048A1

FR2822048A1 - Procede d'examen radiologique cardiaque en coronarographie et dispositif pour sa mise en oeuvre

Info

Publication number: FR2822048A1
Application number: FR0103699A
Authority: FR
Inventors: Jean Lienard; Regis Vaillant; Francisco Sureda; Laurent Launay
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2001-03-19
Filing date: 2001-03-19
Publication date: 2002-09-20
Anticipated expiration: 2021-03-19
Also published as: JP2004523318A; JP4233326B2; FR2822048B1; WO2002074163A9; WO2002074163A1

Abstract

Le procédé d'examen radiologique cardiaque en coronarographie, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à : a) introduire du produit de contraste simultanément dans l'artère coronaire gauche et dans l'artère coronaire droite à partir de la racine aortique et, en parallèle, b) acquérir une séquence d'images dynamiques de la propagation du produit de contraste dans les artères coronaires gauche et droite avec défilement du plan-image, lors de l'acquisition des images, sur une trajectoire déterminée (E 28). Le produit de contraste peut être introduit de manière cyclique durant l'acquisition d'images dynamiques, chaque cycle d'introduction correspondant à une phase de fermeture de la valve aortique dans le rythme cardiaque. On peut ainsi obtenir des images 3D et 4D avec un rendement optimal du produit de contraste. L'invention concerne également un dispositif d'injection qui permet de réaliser de tels cycles synchronisés d'introduction de produit de contraste.

Description

PROCEDE D'EXAMEN RADIOLOGIQUE CARDIAQUE EN CORONAROGRAPHIE ET DISPOSITIF POUR SA MISE EN OEUVRE
L'invention concerne l'imagerie médicale en cardiologie, et plus particulièrement la coronarographie et, le cas échéant, la ventriculographie.

De manière classique, les examens radiologiques en coronarographie et en ventriculographie s'effectuent par des prises de vues dynamiques à partir de différents plans images fixes autour du coeur, qui constituent des angulations de référence. On obtient alors plusieurs séquences d'images, typiquement de quelques secondes chacune permettant de visualiser globalement, à travers ces différents plans, la structure de l'arbre coronaire, de l'aorte et du ventricule gauche, chaque plan offrant un point de vue bidimensionnel.

La mise en évidence des parties d'intérêt se fait par opacification grâce à un produit de contraste sous forme liquide introduit dans des zones bien contrôlées. Pour réaliser ces injections lors d'un examen coronarographique et ventriculographique, on utilise habituellement trois cathéters différents, étudiés pour se positionner respectivement dans (figure 1) : l'embouchure de l'artère coronaire gauche 2, l'embouchure de l'artère coronaire droite 4, et l'intérieur du ventricule gauche 6.

Dans la représentation du coeur 1 de la figure 1, on identifie également l'oreillette droite 8, l'oreillette gauche 10, le ventricule droit 12, la veine cave supérieure 14, la veine cave inférieure 16, l'aorte 18, l'artère pulmonaire 20, l'artère

interventriculaire antérieure 22, l'artère interventriculaire postérieure 24, et l'artère gauche circonflexe 26.

Les figures 2,3 et 4 montrent respectivement les formes que prennent les extrémités d'injection des trois cathéters précités lorsque déployés.

Le cathéter 28 destiné à l'artère coronaire droite (figure 2) présente une section sensiblement droite 28a qui se termine par une portion coudée 28b de manière à orienter le bout 28c à environ 900 de la partie droite 28a pour qu'il puisse pénétrer partiellement dans l'artère coronaire. Ce bout 28c présente un unique orifice de sortie du liquide de contraste, situé à son point extrême.

Le cathéter 30 destiné à l'artère coronaire gauche (figure 3) est sensiblement de la même forme, mais de géométrie inversée, afin que son bout 30c puisse pénétrer partiellement dans cette coronaire.

Le cathéter 32 destiné au ventricule gauche (figure 4) présente, dans le prolongement d'une partie sensiblement droite 32a, une extrémité spiralée 32b. En raison de cette forme particulière, ce type de cathéter est généralement connu sous le terme"queue de cochon" (ou French "pigtail"en terminologie anglo-saxonne). Cette forme spiralée assure que le bout 32c du cathéter ne peut venir trop près ou en contact avec les parois du ventricule gauche. En effet, l'introduction de ce cathéter 32 se fait généralement"en aveugle"et le liquide de contraste y est éjecté depuis le bout 30c avec une très forte pression, nécessaire pour vaincre celle qui règne dans la cavité du ventricule. Le jet de sortie du liquide pourrait endommager les parois s'il se trouvait trop proche de celles-ci.

A la différence des cathéters 28, 30 destinés aux artères coronaires, le bout 32c de l'artère queue de cochon comporte plusieurs orifices de sortie de liquide de contraste, distribués uniformément sur la périphérie de sa paroi juste avant son point de terminaison. De la sorte, le liquide de contraste se disperse sensiblement uniformément autour de la portion d'extrémité et remplit rapidement la cavité du ventricule gauche.

Ces cathéters 28,30, 32 sont introduits dans le corps depuis une partie éloignée du coeur, généralement à partir d'une artère ou d'une veine périphérique. Les cathéters sont guidés le long des artères par un fil métallique contenu à l'intérieur et qui maintient les extrémités d'injection sensiblement droites jusqu'à l'approche du point d'arrivée. Ensuite, le fil est retiré de l'extrémité afin de permettre à celle-ci de retrouver sa forme adaptée.

L'extrémité opposée du cathéter est connectée soit à une seringue à activation manuelle, lorsqu'il s'agit de cathéters destinés aux artères coronaires, soit à un injecteur automatique commandé électriquement lorsqu'il s'agit du cathéter queue de cochon destiné au ventricule.

Il sera maintenant décrit par référence aux figures 5 et 6 le protocole classique d'acquisition d'images en radiologie coronarographique et ventriculographique avec utilisation des cathéters 28,30 et 32 décrits supra.

Comme le montre de manière schématique la figure 5, le patient 36 (tête et épaules représentées) est installé en position allongée dans un bâti de radiologie qui dispose d'un capteur d'image radiologique 38 (film ou électronique) et

d'une source de rayonnement X 40. Le tandem formé par le capteur 38 et la source 40 est aligné sur un axe A-A'perpendiculaire à l'axe tête-pieds (longitudinal) du patient, à hauteur de sa poitrine.

Ce tandem est mobile en rotation autour de l'axe tête-pieds du patient, le capteur 38 et la source 40 étant normalement montés aux extrémités respectives d'un arceau en demi-cercle dans lequel le patient est centré. Il est ainsi possible de réaliser des séquences d'acquisition d'images sous différents angles dans le plan de rotation du tandem sourcedétecteur.

La figure 6 est un organigramme des étapes principales du protocole classique de coronarographie et de ventriculographie, selon lequel on obtient des séquences d'images dynamiques, chaque séquence étant prise à partir d'un plan fixe respectif.

On commence par l'introduction du cathéter 28 dans l'embouchure de l'artère coronaire gauche (étape E2). Son positionnement se fait généralement au touché lors de la manipulation du cathéter. Au besoin, on peut envoyer un peu de produit de contraste durant cette étape pour visualiser l'environnement de l'extrémité du cathéter en fluoroscopie (imagerie en temps réel sous faible dose sans enregistrement).

Une fois le cathéter 28 positionné, on entame une procédure PA d'acquisitions de séquences d'images dynamiques, dont les principales'étapes sont représentées à la partie droite de la figure 6.

Cette procédure PA vise à obtenir et à enregistrer plusieurs séquences d'images dynamiques montrant l'évolution du produit de contraste dans l'artère coronaire, chacune prise sur un plan

différent qui constitue une position (ou angulation) de référence. Typiquement, les positions de référence sont les suivantes (cf. figure 5) : - de face, avec le détecteur 38 directement devant le patient, - OAG 70, i. e. en oblique antérieur gauche à 700 (la direction est toujours référencée par rapport au patient), - OAG 90, i. e. en oblique antérieur gauche à 900, soit de profil strict, et - OAD 20, i. e. profile antérieur droit à 200.
Pour chaque séquence, on injecte manuellement une quantité dosée de produit de contraste, normalement environ cinq centimètres cubes, durant toute la séquence de prise de vue, soit une période de cinq à six secondes. Le rythme d'acquisition est de 25 ou 30 images par seconde (selon les normes européennes ou des Etats Unis), donnant un total de l'ordre de 150 à 200 images acquises par plan.

Ainsi, on commence par placer le tandem source-capteur 38,40 pour l'acquisition de la séquence de face (étape E3). Durant le positionnement, on vérifie en fluoroscopie que le plan image est correctement cadré et que le cathéter est toujours bien positionné (étape E4), en effectuant des ajustements lorsque nécessaire.

Ensuite, on commande l'acquisition de la séquence dynamique (étape ES) sous rayons X et on injecte simultanément le produit de contraste dans les conditions précitées (étape E6).

Lorsque l'acquisition est terminée, on procède de la même façon pour chacun des plans suivants (OAG 70, OAG 90 et OAD 20), avec les étapes de positionnement respectives (E7, E8, E9).

Au total, on acquiert ainsi environ 20 secondes de séquences dynamiques de l'artère coronaire gauche, avec une dose totale de l'ordre de 20 centimètres cubes.

Ensuite, on retire le cathéter 28 (étape E10) et on introduit à la place le cathéter 30 destiné à l'artère coronaire droite dans l'embouchure de celle-ci (étape Ell). On entame alors de nouveau la procédure PA d'acquisitions de séquences dynamiques décrite plus haut. Cette procédure PA peut éventuellement être modifiée au niveau des positions de référence pour mieux s'adapter à la configuration de la structure de l'artère coronaire droite.

Après les acquisitions de séquences pour l'artère coronaire droite, on retire le cathéter (étape E10').

On poursuit avec la ventriculographie par l'introduction du cathéter queue de cochon 32 dans la cavité du ventricule gauche (étape E12), avec un positionnement du plan image en oblique antérieur droite à 30 (OAD 30) (étape E13). On commence alors l'acquisition d'une séquence d'images dynamiques sur une période de l'ordre de trois ou quatre secondes (étape E14). Durant cette acquisition, on injecte environ 40 centimètres cubes de produit de contraste au moyen d'un injecteur électromécanique (étape E15). L'exploration du ventricule permet de visualiser sa forme générale et d'observer la manière dont il se contracte. Dans certains cas, on acquiert aussi des vues dans l'axe AOG 60 lorsqu'il s'agit de déceler des anomalies de mouvement de la paroi du septum.

Enfin, on retire le cathéter 32 à l'issue du protocole d'examen (étape E10'').

On constate que l'ensemble du protocole est long et pénible du fait qu'il nécessite d'introduire et de retirer successivement trois cathéters différents, avec à chaque fois une injection de produit de contraste pour chaque plan image. Par ailleurs, la quantité totale de liquide de contraste injectée doit être limitée, en raison de sa toxicité. Le temps alloué aux injections dans les artères coronaires est donc très réduit, et peut être insuffisant pour bien suivre l'évolution du produit.

Le protocole a aussi l'inconvénient d'exiger beaucoup de positionnements répétés du tandem source-détecteur pour réaliser les différentes acquisitions, ce qui grève aussi sur le temps d'examen, surtout dans le cas d'un arceau à déplacement manuel.

Au niveau des coûts, on doit prévoir entre autres la mise à disposition de trois cathéters différents pour un examen complet.

Au vu de ces problèmes, un premier objet de l'invention est de proposer un nouveau protocole d'imagerie coronarographique, éventuellement accompagné d'imagerie ventriculographique, qui est sensiblement simplifié par rapport à celui de l'état de la technique, qui permet une meilleure utilisation du produit de contraste, et qui est bien adapté à l'imagerie dynamique tridimensionnelle.

Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé d'examen radiologique cardiaque en coronarographie, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à : a) introduire du produit de contraste simultanément dans l'artère coronaire gauche et dans

l'artère coronaire droite à partir de la racine aortique et, en parallèle, b) acquérir une séquence d'images dynamiques de la propagation du produit de contraste dans les artères coronaires gauche et droite avec défilement du plan-image, lors de l'acquisition des images, sur une trajectoire déterminée.

Ainsi, une seule étape d'introduction de produit de contraste suffit pour permettre de visualiser la structure de l'arbre coronaire à partir des artères coronaires gauche et droite. Le fait de faire défiler le plan-image lors de l'acquisition autorise une reconstruction tridimensionnelle de cette structure par traitement numérique. On note que cette possibilité est difficilement concevable dans l'approche classique décrite en introduction, où les plans sont au contraire statiques.

Avantageusement, le produit de contraste est introduit de manière cyclique durant l'acquisition d'images dynamiques, chaque cycle d'introduction correspondant à une phase de fermeture de la valve aortique dans le rythme cardiaque. Ainsi, la dose de produit de contraste est délivrée en saccades, et ce seulement aux moments durant lesquels le produit se trouvera dans un environnement relativement statique et aura donc le maximum de possibilité de pénétrer dans les deux artères coronaires.

Cette disposition peut être obtenue par asservissement à un pic de diastole détecté sur l'électrocardiogramme du coeur examiné.

Dans le mode de réalisation préféré, chaque cycle d'introduction de produit de contraste est démarré à un instant situé sensiblement à miintervalle entre un premier et un second pics de

diastole successifs et est interrompu sensiblement à l'apparition de ce second pic.

Avantageusement, la trajectoire du plan-image définit une courbe gauche évoluant autour de l'axe tête-pieds et de l'axe gauche-droite du patient.

Cette trajectoire peut définir une boucle, ouverte ou fermée, avec une partie correspondant à un déplacement dans un premier sens autour de l'axe tête-pieds et une seconde partie correspondant à un déplacement dans un second sens autour de l'axe tête-pieds, opposé au premier.

La trajectoire comprend de préférence des points de passage correspondant à des angulations de référence, la vitesse de défilement du plan-image étant élevée en dehors des points de passage et réduite aux points de passage.

Le défilement du plan image est avantageusement synchronisé avec le rythme cardiaque de sorte que le moment du passage à chaque angulation de référence se situe à une même phase du cycle cardiaque, notamment en phase de systole du coeur.

Pour permettre la mise en oeuvre d'une technique de soustraction d'image, le procédé peut comporter en outre une étape préalable consistant à acquérir une séquence d'images dynamiques avec défilement du plan image sur la trajectoire déterminée, sans introduction de produit de contraste.

Le procédé peut comporter en outre uné étape, successive à l'étape b), consistant à acquérir une nouvelle séquence d'images dynamiques avec défilement du plan image, sans introduction de produit de contraste, permettant de visualiser l'opacification du myocarde.

L'examen peut être poursuivi par un examen de ventriculographie, avec injection de produit de contraste et acquisition en parallèle d'images dynamiques avec défilement du plan image.

L'étape a) d'introduction de produit de contraste est de préférence réalisée à l'aide d'un cathéter du type dit"queue de cochon"ou analogue.

Avantageusement, les images acquises sont traitées pour réaliser au moins l'une parmi : une reconstruction tridimensionnelle du coeur non opacifié,

une reconstruction tridimensionnelle du myocarde, une reconstruction tridimensionnelle de l'arbre coronaire évoluant dans le temps, et une reconstruction tridimensionnelle du ventricule gauche évoluant dans le temps.

L'invention concerne également un dispositif d'injection de produit de contraste dans un cathéter destiné à la radiologie cardiaque, caractérisé en ce qu'il est piloté à partir d'un signal de détection de rythmes cardiaques de manière à injecter du produit de contraste durant des cycles synchronisés avec des phases déterminées du rythme cardiaque.

Il peut ainsi être piloté pour injecter du produit de contraste seulement durant la fermeture de la valve aortique.

A cette fin, il peut comporter une entrée de signal d'électrocardiogramme et des moyens de détection de pics de diastole dans ce'signal, l'injection étant interrompue à la détection d'un pic de diastole.

Le dispositif peut comporter des moyens de démarrage de l'injection de produit de contraste à

un temps prédéterminé, qui peut être programmable, avant l'arrivée d'un pic de diastole.

Ce temps peut être sensiblement au milieu de deux pics de diastole successifs.

Le dispositif peut en outre être programmable pour injecter du produit de contraste sur un nombre déterminé de cycles d'injection.

Le dispositif peut comporter en outre des moyens de synchronisation du démarrage et de l'arrêt global d'injection avec le démarrage et l'arrêt d'une séquence de prise de clichés.

L'invention et les avantages qui en découlent apparaîtront plus clairement à la lecture du mode de réalisation préféré, donné purement à titre d'exemple non limitatif par référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1, déjà décrite, est une vue générale du coeur ; - la figure 2, déjà décrite, est une vue de l'extrémité d'injection d'un cathéter destiné à l'introduction de liquide de contraste dans l'artère coronaire droite, utilisé dans l'art antérieur ; - la figure 3, déjà décrite, est une vue de l'extrémité d'injection d'un cathéter destiné à l'introduction de liquide de contraste dans l'artère coronaire gauche, utilisé dans l'art antérieur ; - la figure 4, déjà décrite, est une vue de l'extrémité d'injection d'un cathéter"queue de cochon"utilisé classiquement pour introduire du liquide de contraste dans le ventricule gauche ; - la figure 5, déjà décrite, est un schéma montrant différentes angulations pour des acquisitions d'images radiologiques ; - la figure 6, déjà décrite, est un organigramme montrant les principales étapes d'un

protocole classique de coronarographie et de ventriculographie ; - la figure 7 est une vue générale d'un bâti de radiographie, avec représentation schématique d'appareils annexes, apte à la mise en oeuvre de l'invention selon un mode de réalisation préféré ; - la figure 8 est un organigramme montrant les principales étapes d'un protocole de coronarographie et de ventriculographie conformément à un mode de réalisation préféré de l'invention ; - la figure 9 est une représentation schématique de la trajectoire et des angulations de référence pour les rotations-acquisitions pouvant être utilisées dans le protocole de la figure 8 ; - la figure 10 est une vue montrant le positionnement du cathéter queue de cochon à proximité des artères coronaires gauche et droite lors de l'introduction de liquide de contraste pour la deuxième rotation-acquisition de la figure 8 ; - la figure 11 est un diagramme montrant les opacifications lors de chacune des quatre rotationsacquisitions réalisées, sous forme d'images types respectives désignées I à IV, la figure indiquant aussi les types d'images 3D et 4D possibles à partir des différentes acquisitions ; et - la figure 12 est un chronogramme montrant la synchronisation des cycles d'introduction de produit de contraste avec la fermeture de la valve aortique en se référant aux pics de diastole d'un électrocardiogramme du patient.

Les modes de réalisation préférés de l'invention sont présentés dans le cadre d'un bâti de radiologie qui permet de réaliser des déplacements du tandem source-détecteur selon une courbe dite"gauche" (i. e. pas située sur un plan

unique), tel que décrit dans la demande de brevet français FROO 07155 de la demanderesse. Cependant, l'invention peut également être mise en oeuvre avec un bâti d'imagerie radiologique classique.

Comme le montre la figure 7, le bâti 34 comporte une structure porteuse comprenant une base plane 36 reposant sur le sol, avec une paroi de support 38 en équerre de cette base. La paroi de support maintient à un niveau surélevé un arbre de rotation 40 aligné sur un axe horizontal 42. Cet arbre s'emmanche latéralement dans l'extrémité 44a d'un bras de support rotatif 44 d'un arceau en demicercle 46, aux extrémités libres duquel sont fixés respectivement une source de rayons X 48 et un détecteur 50. Le bras de support 44 a la forme d'un L, de sorte que le déport axial de l'arceau 46 produit par la branche du L perpendiculaire à l'axe horizontal 42 compense le montage latéralement décalé de la source 48 et du détecteur 50 sur l'arceau 46. De la sorte, l'axe 52 reliant la source 48 au détecteur 50 croise l'axe de rotation 42.

L'arceau 46 est lui-même monté coulissant sur le support 44 pour permettre une rotation circonférentielle. Le coulissement permet ainsi de déplacer la position dans l'espace de l'axe 52 source-détecteur autour d'un axe de coulissement 54 centré sur l'arceau 46. Les axes 42,52 et 54 respectivement de rotation du support 44, de l'alignement source-détecteur 48, 50 et de coulissement sont sécants en un point 56 appelé isocentre et sont mutuellement perpendiculaires (orthogonaux).

Le patient est maintenu dans un plan horizontal sur une table 59 alignée avec l'axe horizontal 42.

Cette disposition des axes 42,52 et 54 permet un déplacement tridimensionnel dans l'espace du tandem source-détecteur 48,50 avec des degrés de liberté sur deux plans perpendiculaires, alignés respectivement avec l'axe cranio-caudal et avec l'axe droite-gauche du patient. Les mouvements dans chacun de ces degrés de liberté sont contrôlés indépendamment au moyen d'actionneurs programmables respectifs (non représentés), si bien qu'il est possible de réaliser des trajectoires de l'axe 52 du tandem source-détecteur 48,50 suivant des surfaces gauches. L'élément d'intérêt pour cette trajectoire étant la surface sensible du détecteur 50, on définira ci-après une trajectoire en terme de déplacement du centre du plan-image, assimilé au centre de cette surface sensible 50. Ce point central capte donc le rayonnement issu du point focal de la source 48 après avoir traversé le patient à l'isocentre 56.

Il est notamment envisageable de programmer des déplacements du plan image sur une trajectoire qui tourne autour de l'axe cranio-caudal et se déplace vers la tête ou les pieds du patient en se rapprochant de sa vue de face.

L'ensemble du fonctionnement du bâti 34 est régi par une unité de commande 58 à base de microprocesseur, qui présente une console'd'accès aux diverses fonctions 60 et un écran 62 de visualisation des différents paramètres et des images radiologiques acquises. Dans le mode de réalisation, l'unité de commande est reliée à un électrocardiographe 64 de manière à synchroniser

certaines actions avec les mouvements du coeur, et à un injecteur électromécanique 65 de liquide de contraste présentant une sonde d'injection 65a destinée à s'accorder à un cathéter 32.

Les fonctionnalités pilotées par l'unité de commande 58 sont notamment : les actionneurs respectifs pour les déplacements du tandem source-détecteur 48,50 autour des axes 42,54, avec programmation de : la trajectoire selon une courbe gauche (ou plane), l'évolution de la vitesse de déplacement (accélérations, décélérations), et des arrêts sur la trajectoire ; - les paramètres de prise de vue : commande

d'activation de la source et du détecteur ; et le fonctionnement de l'injecteur 65, y compris la commande d'une séquence d'injection découpée en plusieurs cycles d'injection, avec comme paramètres : le démarrage et l'interruption d'une séquence d'injection synchronisée avec le démarrage et l'arrêt de séquence d'acquisition d'images, le début et de la fin de chaque cycle d'injection en fonction de l'électrocardiogramme (ECG) délivré par l'électrocardiographe 64, le nombre de cycles d'injection et le débit d'injection.

L'unité de commande 58 permet également de calculer une trajectoire et/ou de la mémoriser. La trajectoire peut être calculée à partir d'angulations, celles-ci pouvant être indiquées soit par l'utilisateur via la console 60, soit en positionnant manuellement l'ensemble mobile du bâti 34 selon cette angulation et en la mémorisant.

A titre d'exemple, en définissant une angulation par trois angles selon les trois axes de repère tridimensionnels 42,52 et 54 liés au bâti 34

l'utilisateur peut, par exemple, définir une première angulation de coordonnées (0, 0, 0), une seconde angulation de coordonnées (0, 0, a) et une troisième angulation de coordonnées (0, 0, ), avec a et ss non nuls. Bien entendu, une trajectoire peut être programmée sur un nombre supérieur d'angulations.

L'unité de commande 58 détermine alors une trajectoire à effectuer par les parties mobiles du bâti en commandant les actionneurs de manière appropriée, pour faire passer le plan image 50 par les angulations programmées tout en tenant compte des caractéristiques de l'appareil, telles que : - d'éventuelles angulations interdites, car risquant de provoquer des collisions avec la table 59, le patient, la source 48 ou le détecteur 50, et les contraintes mécaniques ou électromécaniques du bâti, telles que l'accélération angulaire maximale pour chaque axe, et le temps de trajet qui doit être le plus court possible pour minimiser la dose totale de liquide de contraste à injecter.

Dans l'exemple, la trajectoire est programmée pour décrire un premier passage autour du patient dans le sens gauche-droite suivi d'un second passage dans le sens droite-gauche, ou inversement, de manière à définir une boucle. Cette boucle peut être ouverte (point de terminaison ne correspondant pas au point de départ) ou fermée (point de terminaison correspondant au point de départ').

La vitesse de déplacement du plan image sur la trajectoire est en outre programmée pour être réduite lors des passages aux angulations qui correspondent à des plans de référence choisis, et augmentée entre ces points. Par ailleurs, le

déplacement du plan image le long de la trajectoire est asservi avec l'électrocardiographe afin que l'arrivée à un plan de référence se produise systématiquement au moment où le coeur est dans une même phase déterminée de son cycle, par exemple la phase de remplissage. Cet asservissement est réalisé par une analyse de l'électrocardiogramme (ECG) produit par l'électrocardiographe 64, dont la périodicité permet d'anticiper les différentes phases.

Le protocole d'examen coronarographique conforme à l'invention, réalisé avec le bâti de la figure 7 ainsi programmé, sera décrit par référence à l'organigramme de la figure 8 et aux figures 9 à 12. Dans l'exemple, cet examen est suivi d'un examen ventriculographique.

Les séquences d'images dynamiques acquises vont permettre d'obtenir par reconstruction des images tridimensionnelles (3D) qui évoluent dans le temps, donnant lieu à des images dites quadridimensionnelles (4D).

En premier lieu, on prévoit une phase initiale de programmation de la trajectoire du plan image (étape E20). Cette programmation commence par la localisation de positions du plan image qui vont constituer des angulations de référence. Ces angulations de référence sont représentées par des gros points P1-P5 à la figure 9, qui est une cartographie sphérique représentant les différents

mouvements du plan image. Le centre de là sphère est l'isocentre 56 (figure 7), et son rayon est égal à la distance entre l'isocentre et le foyer de la source de rayons X 48.

Les angulations de référence incluent en partie celles classiquement utilisées en

coronarographie (cf. figure 5), auxquelles on ajoute d'autres choisies pour une optimisation des points de vue des zones à explorer. A cet effet, on tient compte du fait que ces angulations sont utilisées pour l'imagerie à la fois de l'artère coronaire gauche et de l'artère coronaire droite. On note que les positions des angulations de référence P1-P5 sont choisies librement autour de l'axe craniocaudal 42 et de l'axe droite-gauche 54 du patient.

Dans l'exemple, les angulations sont au nombre de cinq et comprennent deux angulations"classiques" (sur un même plan de rotation autour de l'axe cranio-caudal), à savoir : oblique antérieure gauche à 60 (OAG 60) (point Pol), et"frontale", où l'axe du faisceau de rayons X est vertical, avec le plan image positionné directement au-dessus du patient (point P2). Une troisième angulation (point P3) correspond au plan image OAG 30, mais avec un basculement caudal de 150.

A ces trois angulations s'ajoutent deux autres, P4 et P5, choisies par exemple pour mieux discerner la structure de l'artère coronaire droite.

De manière générale, on peut envisager les points de référence suivants. Pour une bonne visualisation de l'artère coronaire gauche, une position de référence en vue oblique antérieure droite à 300 permet d'analyser la branche circonflexe et une partie de l'artère descendante antérieure gauche. Une autre position de référence en angulation de type légèrement caudale, i : e. avec le détecteur 50 rapproché des pieds de patient tout en maintenant l'angle azimutal de 300 peut être utilisée pour visualiser une autre partie de l'artère descendante antérieure gauche et éviter qu'elle ne soit recouverte, sur l'image, par la

branche circonflexe des vaisseaux intermédiaires. A l'inverse, une position de référence en angulation de type crâniale en projection oblique antérieure droite permet une bonne visualisation des artères diagonales.

La position de référence en angulation oblique antérieure gauche à 600 peut être utilisée pour l'étude des artères diagonales et d'une partie de l'artère inter-ventriculaire antérieure (IVA).

Avec une angulation crâniale à 200, l'angulation oblique antérieure gauche 600 peut être appliquée pour éviter le raccourcissement d'une partie de l'IVA et fournit de bonnes images du tronc principal gauche et des diagonales. En vue latérale, i. e. avec l'axe du faisceau de rayons X horizontal, plus particulièrement en vue latérale gauche, on peut voir de façon optimale une autre partie de l'IVA et les différentes parties de la première artère diagonale et de l'artère marginale du bord gauche.

Pour l'artère coronaire droite, on peut utiliser une position de référence en angulation de type oblique antérieure gauche à 450 associée avec un angle caudal de 150. La position de référence en angulation oblique antérieure gauche à 900 avec basculement caudal de 15 peut être employée pour l'analyse de la partie verticale de l'artère coronaire droite et des branches collatérales, artère ventriculaire droite, artère marginale de bord droit. La position de référence en angulation oblique antérieure droite à 450 avec basculement caudal de 150 peut être utilisée pour la visualisation de l'artère interventriculaire postérieure et des branches collatérales, artère ventriculaire droite, artère marginale de bord droit.

Lorsque les angulations de référence P1-P5 ont été programmées, l'unité de commande 58 calcule une trajectoire qui passe sur chacune de celles-ci.

Comme le montre la figure 9, cette trajectoire, désignée globalement T, est constituée de trois parties qui s'enchaînent sans discontinuité, à savoir : - une première partie Tl qui correspond au déplacement gauche-droite du plan image dans un premier sens (sens aller) et autour de l'axe craniocaudal, commençant à l'angulation Pl et terminant à l'angulation P3 ; - une deuxième partie T2 qui correspond au déplacement droite-gauche du plan image dans un second sens (sens retour) et autour de l'axe craniocaudal, commençant à l'angulation P3 et terminant à l'angulation P5 ; et une troisième partie T3 qui relie les angulations P5 à Pl.

Le déplacement du plan image sur l'ensemble de cette trajectoire sera désigné par le terme "rotation", la prise d'images et l'enregistrement de celles-ci sur une rotation étant désigné par le terme"rotation-acquisition".

La troisième partie T3 de la trajectoire sert essentiellement à créer une boucle fermée, i. e. à ramener le plan image au point de départ. De la sorte, il est possible de réaliser une succession de rotations sans interruption.

La trajectoire T est calculée pour pro--ufer un mouvement fluide du plan image, avec des phases d'accélération au départ et de décélération à l'approche de chaque angulation de référence P1-P5.

Le mouvement est en outre asservi à l'ECG de sorte que les déplacements rapides entre deux angulations

de référence se produisent durant la phase diastolique (quand le coeur est en phase quasi stationnaire) et que les passages lents aux angulations de référence se produisent durant la phase systolique du coeur.

Par ailleurs, la synchronisation sur l'ECG assure que le coeur se trouve dans la même phase lors du passage à chacune des angulations de référence P1-P5.

A titre indicatif, la durée de la séquence d'acquisition dynamique lors d'une rotationacquisition correspond à quatre ou cinq battements cardiaques, soit environ cinq secondes. Durant la séquence d'acquisition, la source 48 et le détecteur 50 sont activés avec des réglages d'émission de rayons X et de prise de vue adaptés.

Cette séquence d'acquisition couvre toute la durée des première et deuxième parties Tl, T2 de la trajectoire, et éventuellement une portion initiale de la troisième partie T3. Les acquisitions se font à un rythme de 25 ou 30 images par seconde. Les portions de la trajectoire sur lesquelles on acquiert les images sont symbolisées par une succession de petits points dans la figure 9.

De manière générale, on exécute l'étape de programmation E20 seulement lors de l'initialisation du bâti 34 pour le protocole ; cette étape est donc omise pour les examens sur les patients suivants, sauf en cas de modification de paramètres.

L'examen proprement dit commence alors. avec le patient positionné sur la table 59 et l'introduction d'un cathéter"queue de cochon"32, par exemple de gabarit 6, depuis l'artère fémorale jusqu'à la racine aortique, aux points de départ des artères coronaires gauche et droite (étape E22). Le

positionnement de l'extrémité d'injection du cathéter 32 est représenté à la figure 10. Au besoin, le bon positionnement du cathéter peut être contrôlé sur écran en fluoroscopie (étape E24).

Une fois le cathéter 32 positionné, on exécute une première rotation-acquisition sur la trajectoire T avec les caractéristiques d'accélérationdécélération et de synchronisme sur ECG telles que décrites supra, et sans injection de produit de contraste (étape E26). Cette séquence sans opacification permet l'acquisition d'images références pour la soustraction numérique d'image.

Elle permet également de visualiser les structures anatomiques du patient, notamment le positionnement général du coeur relativement au thorax et à la colonne vertébrale.

Une représentation de l'une des images acquises durant cette première rotation-acquisition est donnée à la figure 11 (image I).

Ensuite, on procède à une deuxième rotationacquisition, identique à la première, mais avec injection de produit de contraste (étape E28). A cette fin, le cathéter 32 est connecté à la sonde 65a de l'injecteur 65, ce dernier étant chargé de produit de contraste et apte à répondre aux commandes d'injection provenant de l'unité de commande 58. Ainsi, lors de l'injection de produit de contraste, celui-ci est émis avec force de manière sensiblement isotrope, et atteint l'entrée de chacune des artères coronaires gauche et droite pour se propager le long de l'arbre coronarien.

Dans le mode de réalisation, l'injection de produit de contraste s'effectue non pas en mode continu, mais par saccades synchronisées sur le rythme cardiaque, de sorte que l'on introduit le

produit que lors des phases de fermeture de la valve aortique (étape concomitante E30).

Cette synchronisation de l'injection sera décrite plus spécifiquement par référence à la figure 12. On identifie dans l'électrocardiogramme (ECG) fourni par l'électrocardiographe 64 (figure 7) les pics 66 de l'onde ECG 68 qui sont indicatifs de la diastole (dilatation), ces pics correspondant à la fin de la phase de fermeture de la valve aortique. Les positions de début d'ouverture et de fermeture de la valve aortique sont représentées schématiquement par le symbole référencé 70 à différentes positions le long de l'axe du temps t.

On note que la valve aortique 70 est fermée durant les parties du cycle ECG qui précèdent le pic de diastole 66. Lors des périodes de fermeture de la valve aortique, il n'y a sensiblement pas de flux de refoulement de sang depuis le ventricule. Ainsi, en introduisant le produit de contraste seulement durant ces phases de fermeture, celui-ci pénétrera préférentiellement dans les embouchures des artères coronaires gauche et droite avec un minimum de perte.

Comme le montre la partie inférieure de la figure 12, les phases d'injection de liquide de contraste (rectangles hachurés 72) occupent de préférence environ la moitié de la période tb entre deux pics de diastole 66 et se situent juste avant le dépassement du pic.

Cette synchronisation est réalisée par l'unité de commande 58 en détectant automatiquement les pics

de diastole 66 et en déterminant leur périodicité tb, ce qui permet d'une part de commander à l'injecteur 65 le démarrage de l'injection, à environ une demi période tb après un pic détecté, et d'autre part de

commander à l'injecteur l'arrêt de l'injection au moment d'apparition du pic suivant.

L'injecteur 65 est ainsi commandé en mode impulsionnel pour envoyer une succession de flux de produit de contraste durant les cycles indiqués 72. La quantité totale de liquide de contraste injectée est de l'ordre de cinq à sept centimètres cube, répartie sur quatre ou cinq cycles d'injection. Le démarrage et l'arrêt de l'ensemble des cycles d'injection sont généralement synchronisés respectivement sur le début et la fin de la séquence d'acquisition d'images d'une rotation.

Lors de cette deuxième rotation-acquisition, le liquide de contraste se propage le long des artères coronaires et des artères qui en dépendent pour irriguer le myocarde. On obtient alors une succession d'images telles que celle référencée II de la figure 11, après soustraction et traitement.

Une caractéristique remarquable de l'invention réside dans le fait que la séquence d'images dynamique ainsi acquise permet de visualiser simultanément l'ensemble de l'arbre coronaire. Lors des quelques secondes de la deuxième rotation acquisition, une partie du produit de contraste aura commencé à perfuser le myocarde.

Pour visualiser plus spécifiquement cette opacification du myocarde, on réalise une troisième rotation-acquisition à la suite de la deuxième, et suivant les mêmes caractéristiques de trajectoire, mais sans injection de produit de contraste (étape E32). Normalement, le produit de contraste injecté lors de la deuxième rotation-acquisition aura eu suffisamment de temps pour diffuser correctement sur l'ensemble du myocarde durant la période de la troisième rotation-acquisition, sans qu'il soit

nécessaire de marquer un temps de pause après la deuxième rotation-acquisition. Un tel temps de pause peut cependant être envisagé le cas échéant.

Cette troisième rotation-acquisition permet ainsi d'obtenir, sans ajout de dose de produit de contraste, une visualisation tridimensionnelle de la paroi du ventricule gauche (figure 11, image III) et de déceler les éventuelles zones mal irriguées du myocarde à cause d'obstructions des vaisseaux sanguins.

L'invention permet aisément de poursuivre avec un examen ventriculographique, en poussant le cathéter queue de cochon 32 au-delà de la valve aortique, jusqu'à l'intérieur du ventricule (étape E34).

Lorsque le cathéter 32 est ainsi positionné, on effectue une quatrième rotation-acquisition avec injection de liquide de contraste (E36). La trajectoire pour cette acquisition peut être la même que pour les trois précédentes, ou différente, selon les images souhaitées pour cet examen. Durant cette période, on introduit environ 40 centimètres cubes de liquide de contraste à flux constant. Les acquisitions dynamiques lors de cette quatrième rotation-acquisition permettent de visualiser l'évolution du liquide de contraste dans le ventricule gauche (figure 11, image IV). On obtient alors une image tridimensionnelle évolutive associée à la variable temporelle, ce qui donne une image quadridimensionnelle (4D).

En fin de protocole, on retire le cathéter queue de cochon 32 (étape E38).

A partir de l'ensemble des images obtenues lors des rotations-acquisitions, différents traitements numériques sont possibles pour obtenir

des vues tridimensionnelles statiques (3D) ou évolutives (4D).

Comme le montre la partie inférieure de la figure 11, il est notamment possible d'extraire de ces acquisitions les vues suivantes : - l'ensemble des artères coronaires en 3D, par soustraction des images correspondantes des première et deuxième rotations-acquisitions (images IIimages I) et calcul numérique à partir de clichés de référence (case 74), - l'enveloppe musculaire (myocarde) du coeur en 3D par soustraction des images correspondantes des première et troisième rotations-acquisitions (images III-images I) et calcul numérique à partir de clichés de référence (case 76), - l'intérieur du ventricule gauche en 4D par soustraction des images correspondantes des première et quatrième rotations-acquisitions (images IVimages I) (case 78) ; dans ce cas, la première rotation-acquisition comprendra également des images dynamiques synchronisées avec celles de la quatrième rotation-acquisition, et - l'ensemble des artères coronaires en 4D par combinaison numérique des vues de ces artères en 3D avec les vues en 4D du ventricule gauche (case 80).

L'invention est remarquable sur plusieurs aspects : - toutes les vues indiquées sont obtenues avec l'utilisation d'un seul cathéter 32, et une seule injection de produit de contraste, on introduit le liquide de contraste simultanément dans l'artère coronaire gauche et dans l'artère coronaire droite, ce qui permet de visualiser en une seule séquence l'opacification de l'ensemble des artères coronaires,

on peut obtenir, quelques instants après l'injection de liquide de contraste dans les coronaires et par simple itération d'une rotationacquisition, une vue de l'opacification des tissus du myocarde, ce qui permet de déceler clairement des défauts d'irrigation, par simple prolongement de l'avancée du cathéter dans le ventricule gauche, on peut continuer le protocole avec un examen dynamique des mouvements de cette partie du coeur, et - le fait d'introduire le liquide de contraste dans les artères coronaires gauche et droite uniquement durant les phases de fermeture de la valve aortique, selon le mode de réalisation préféré, permet à lui seul de diminuer la dose d'environ 50%, ou de réaliser des acquisitions sur des périodes deux fois plus longues à dose égale comparativement à une approche d'injection en mode continu.

On comprendra que les descriptions données intègrent des aspects optionnels de l'invention, et que celle-ci n'est limitée que par les revendications en annexe.

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif d'injection de produit de contraste dans un cathéter (32) destiné à la radiologie cardiaque, caractérisé en ce qu'il comprend : des moyens (64) de détection de rythme cardiaque (66,68), et

des moyens de commande d'injection (58) coopérant avec les moyens de détection, de manière à commander l'injection du produit de contraste durant des cycles synchronisés avec des phases déterminées du rythme cardiaque.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande d'injection (58) commandent l'injection du produit de contraste seulement durant la fermeture de la valve aortique.

3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte une entrée de signal d'électrocardiogramme (64) et des moyens (58) de détection de pics de diastole (66) dans ce signal, l'injection étant interrompue à la détection d'un pic de diastole.

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (58) de démarrage de l'injection de produit de contraste à un temps prédéterminé avant l'arrivée d'un pic de diastole (66).

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de programmation dudit temps prédéterminé.

6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que lesdits moyens (58) de démarrage de l'injection de produit de contraste sont prévus pour établir ledit temps prédéterminé pour que ce dernier soit sensiblement au milieu de deux pics de diastole (60) successifs.

7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens programmables pour injecter du produit de contraste sur un nombre déterminé de cycles d'injection (72).

8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (58) de synchronisation du démarrage et de l'arrêt global d'injection avec le démarrage et l'arrêt d'une séquence de prise de clichés.

9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre : - des moyens (32) formant cathéter destinés à introduire un produit de contraste simultanément dans l'artère coronaire gauche et dans l'artère coronaire droite (2,4) à partir de la racine aortique et, des moyens (36-64) pour acquérir une séquence d'images dynamiques de la propagation du produit de contraste dans les artères coronaires

gauche et droite, ces moyens comprenant des moyens défilement du plan-image (50), lors de l'acquisition desdites images, sur une trajectoire (T) déterminée (E 28).

10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les moyens de commande (58) sont prévus pour introduire le produit de contraste de manière cyclique durant l'acquisition d'images dynamiques, chaque cycle d'introduction (72) correspondant à une phase de fermeture de la valve aortique dans le rythme cardiaque.

11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens de commande (58) sont prévus pour commander chaque cycle (72) d'introduction de produit de contraste par asservissement à un pic de diastole (66) détecté par les moyens de détection (64).

12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens de commande (58) sont prévus pour démarrer chaque cycle (72) d'introduction de produit de contraste à un instant situé sensiblement à mi intervalle entre un premier et un second pics de diastole successifs (66) et pour interrompre ladite introduction sensiblement à l'apparition dudit second pic.

13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que lesdits moyens de défilement sont prévus pour établir une trajectoire (T) du centre du plan-image (50) qui définit une courbe gauche évoluant autour de l'axe

tête-pieds (42) et de l'axe gauche-droite (54) du patient.

14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que lesdits moyens de défilement sont prévus pour établir une trajectoire (T) qui définit une boucle, ouverte ou fermée, avec une partie (Tl) correspondant à un déplacement dans un premier sens autour de l'axe tête-pieds (54) et une seconde partie (T2) correspondant à un déplacement dans un second sens autour de l'axe tête-pieds, opposé au premier.

15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 14, caractérisé en ce que lesdits moyens de défilement sont prévus pour établir une trajectoire (T) qui comprend des points de passage (Pl-P5) correspondant à des angulations de référence, la vitesse de défilement du plan-image (50) étant élevée en dehors desdits points de passage et réduite aux points de passage.

16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que lesdits moyens de défilement coopèrent avec les moyens (64) de détection du rythme cardiaque (66,68) de manière que le défilement du plan-image (50) soit synchronisé avec le rythme cardiaque de sorte que le moment du passage à chaque angulation de référence (Pl-P5) se situe à une même phase du cycle cardiaque.

17. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que les moments de passage à chaque angulation de référence correspondent à la phase de systole du coeur.

18. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour acquérir une séquence d'images dynamiques avec défilement du plan-image (50) sur une trajectoire (T) déterminée, sans introduction de produit de contraste.

19. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens pour acquérir une séquence d'images dynamiques avec défilement du plan-image (50), sans introduction de produit de contraste, pour permettre de visualiser l'opacification du myocarde.

20. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que les moyens de commande d'injection sont en outre prévus pour réaliser une injection de produit de contraste lors de l'acquisition en parallèle d'images dynamiques (E 36) avec défilement du plan-image (50).

21. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 20, caractérisé en ce que le cathéter (32) est du type dit"queue de cochon"ou analogue.

22. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 21, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de traitement des images acquises pour réaliser une reconstruction tridimensionnelle du coeur non opacifié.

23. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 22, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de traitement des images acquises pour réaliser une reconstruction tridimensionnelle du myocarde.

24. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 23, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de traitement des images acquises pour réaliser une reconstruction tridimensionnelle de l'arbre coronaire évoluant dans le temps.

25. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 24, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de traitement des images acquises pour réaliser une reconstruction tridimensionnelle du ventricule gauche évoluant dans le temps.