Imagerie de la ventilation Lung ventilation imaging

Réanimation 14 (2005) 68–69
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Imagerie de la ventilation
Lung ventilation imaging
L’imagerie permet d’explorer des fonctions pulmonaires
physiologiques fondamentales (ventilation, perfusion) et de
détecter des altérations physiopathologiques majeures (inflammation, œdème pulmonaire, atélectasie, augmentation de
la perméabilité de la membrane alvéolocapillaire). Ces mesures ont une résonance forte dans la perspective d’application
de la conduite de la ventilation mécanique (VM) dans le syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA). Le rôle délétère de la VM sur la structure et la fonction du poumon est, en
effet, souligné depuis le début de son utilisation chez les malades avec insuffisance respiratoire aiguë en réanimation [1].
Ce fait, amplement confirmé et affiné [2], a conduit à la recommandation de régler le respirateur afin de limiter la distension pulmonaire dans le SDRA. Le contrôle de cet objectif
est, en routine, réalisé à partir d’informations globales tirées
du monitorage des signaux de pression et de volume enregistrés à l’entrée du système respiratoire (pression de plateau,
« point d’inflexion supérieur » de la courbe pression-volume).
Une meilleure connaissance régionale de la distribution des
volumes pulmonaires et de la ventilation alvéolaire dans des
conditions dynamiques devrait améliorer encore le bon usage
de la VM.
L’imagerie est une technologie appropriée à une meilleure
connaissance régionale du poumon. La scintigraphie pulmonaire planaire avec bolus de 133Xénon avait été utilisée par
les physiologistes, il y a plus de 30 ans, pour décrire la distribution de la ventilation pulmonaire [3]. La tomodensitométrie à Rayons-X (TDM), plus récemment, a été d’un apport
considérable dans la description de la physiopathologie du
SDRA [4]. La densité tissulaire étant proportionnelle à la densité physique, elle-même proportionnelle à l’atténuation du
faisceau de rayons X, la mesure des densités pulmonaires permet le calcul du volume pulmonaire de gaz. La mesure de la
capacité résiduelle fonctionnelle est ainsi réalisable de façon
précise par TDM. Néanmoins, la TDM ne permet pas de déterminer directement et précisément la ventilation alvéolaire.
Toutefois, l’inhalation de Xénon non radioactif, permet, par
sa densité, d’augmenter le contraste et ainsi de visualiser les
petites voies aériennes et d’estimer la ventilation régionale.
L’imagerie pulmonaire fonctionnelle connaît actuellement un développement considérable. Elle peut donner accès
à la ventilation alvéolaire régionale grâce à différentes modalités :
• la médecine nucléaire : tomographie en émission monophotonique (SPECT), tomographie en émission de positons (PET) ;
• la résonance magnétique nucléaire (IRM) ;
• la tomographie en émission d’impédance électrique
(TEIE).
Les techniques d’imagerie tirées de la médecine nucléaire
classique sont largement diffusées. Elles utilisent soit l’inhalation de gaz qui va se déposer au niveau des petites voies
aériennes périphériques, soit des aérosols de molécules marquées qui se déposent surtout dans les voies aériennes centrales, selon leur granulométrie. La SPECT a une résolution
spatiale intéressante mais une médiocre résolution temporelle. La TEP a une résolution temporelle et spatiale plus intéressante, de l’ordre de 30 secondes et 10 mm, respectivement. Toutefois, le coût et le peu de disponibilité des appareils
en limitent les applications actuellement.
L’IRM est une modalité puissante avec actuellement des
développements considérables en matière d’imagerie pulmonaire [5]. Les avantages de l’IRM par rapport aux méthodes
de médecine nucléaire sont l’absence d’irradiation ionisante
et une faible résolution spatiale (2,5 × 2,5 × 10 mm) et temporelle (moins de 10 secondes pour couvrir l’ensemble du
poumon). Le poumon offre toutefois à l’IRM de protons (1HIRM) des contraintes redoutables :
• densité en protons faible ;
• gradients de champs magnétiques locaux dus aux multiples interfaces air–sang ;
• mouvements cardiaques et respiratoires.
Ces obstacles peuvent néanmoins être contournés par :
• l’inhalation de gaz hyperpolarisés (3Hélium : 3He, 129Xénon : 129Xe) qui augmentent la sensibilité du signal magnétique (magnétisation de ces gaz de l’ordre de 105 fois plus
grande qu’à l’état d’équilibre thermique) ;
• l’utilisation de séquences gradient écho très rapides avec
des temps entre excitation des protons et début de l’acquisition (séquences TE) très courts ;
• la synchronisation de l’acquisition avec la respiration.
L’IRM avec gaz hyperpolarisés offre d’autres possibilités.
La mesure de la diffusion des gaz (constante apparente de
diffusion) donne une information complémentaire à la ventilation, celle de l’uniformité du transport de gaz, donc de la
distribution de la taille des alvéoles. La visualisation de la
distribution de la ventilation entre inspiration et expiration
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doi:10.1016/j.reaurg.2004.10.010
C. Guérin, J.C. Richard / Réanimation 14 (2005) 68–69
est possible avec des séquences appropriées très rapides
(séquence spiralée avec résolution temporelle de 20 ms). La
mesure de la PO2 alvéolaire est possible car le comportement
de 3He est en grande partie dû aux propriétés paramagnétiques de l’oxygène : il existe une relation linéaire entre la
concentration en oxygène et le temps de relaxation T1 (relaxation longitudinale) de 3He. La connaissance de la PO2 alvéolaire permet d’estimer la perfusion régionale et donc les rapports ventilation–perfusion. On peut mettre à profit la haute
solubilité dans le sang et les lipides du 129Xe lui permettant
de passer d’une phase gazeuse à une phase dissoute dans le
sang : sa résonance change entre ces deux phases permettant
une détermination et une imagerie des rapports ventilation–
perfusion.
Avec la TEIE, des voltages électriques sont mesurés à la
surface du thorax suite à l’application de courants de faible
intensité à la surface du corps humain. Une image de la distribution de l’impédance électrique dans le thorax est obtenue. Puisque les propriétés électriques des poumons sont très
différentes de celles des autres constituants thoraciques, des
changements d’aération peuvent être mis en évidence. Néanmoins, avec les prototypes actuels, les changements mesurés
d’impédance sont des variations relatives, la résolution temporelle est bonne mais la résolution spatiale est médiocre.
L’intérêt potentiel de la TEIE est sa réalisation au lit du
malade.
Ainsi, avec les méthodes d’imagerie nouvelles venant des
développements de la médecine nucléaire et de la résonance
magnétique nucléaire, toutes applicables à l’homme avec plus
ou moins de contraintes, une description plus précise de la
structure et de la fonction du poumon agressé sera possible
de même que celle des effets des thérapeutiques, notamment
de la VM. D’objectifs thérapeutiques actuellement globaux,
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il sera possible d’aller vers des objectifs régionaux directement accessibles, visibles et quantifiables. Resteront ensuite
à déterminer le rapport coût–bénéfice et l’impact sur le devenir des malades de ces développements technologiques.
Références
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
Rumar A, Pontopiddan H, Falke KJ, Wislon RS, Laver MB. Pulmonary barotrauma during mechanical ventilation. Crit Care Med 1973;
1:181–6.
Dreyfuss D, Saumon G. Ventilator-induced lung injury. Am J Respir
Crit Care Med 1998;157:294–323.
Milic-Emili J, Henderson JAM, Dolovich MB, Trop D, Kaneko K.
Regional distribution on inspired gas in the lung. J Appl Physiol
1966;21:749–59.
Gattinoni L, Caironi P, Pelosi P, Goodman LR. What has computed
tomography taught us about the acute respiratory distress syndrome?
Am J Respir Crit Care Med 2001;164:1701–11.
Kauczor HU, Chen XJ, Van Beek EJR, Schreiber WG. Pulmonary
ventilation imaged by magnetic resonance: at the doorstep of clinical
application. Eur Respir J 2001;17:1008–23.
C. Guérin *
J.C. Richard
Service de réanimation médicale et
d’assistance respiratoire, hôpital de la Croix-Rousse,
103, grande rue de la Croix-Rousse, 69004 Lyon, France
Adresse e-mail : [email protected] (C. Guérin).
Reçu et accepté le 30 octobre 2004
* Auteur correspondant.