L'endoscopie digestive virtuelle

ARTICLE

L'avènement du scanner hélicoïdal a permis d'acquérir au cours d'une seule et même apnée un volume complet du corps humain, en associant une avance continue à vitesse constante de la table d'examen lors de l'acquisition des données à une rotation concomitante du tube et des détecteurs à une vitesse et dans un sens constants. Cette technique de scanner hélicoïdal, découverte presque par hasard, fait intervenir un calcul complémentaire appelé "interpolation" qui permet de supprimer les artefacts liés au déplacement du patient lors de l'acquisition (figure 1). L'acquisition d'un volume complet (par exemple abdomino-pelvien) en une ou deux apnées permet ainsi de mesurer précisément la densité de chaque point contenu dans ce volume. Des reconstructions tridimensionnelles (figure 2) de qualité peuvent être ainsi obtenues grâce à la continuité anatomique des coupes. La génération d'une vue endoluminale avec effet de relief fait appel à une technique d'ombrage et d'éclairage en fonction de la position du site analysé par rapport à l'objectif de l'endoscopie virtuelle (figure 3).

Cette technique peut s'appliquer aussi bien à la totalité du tractus digestif (estomac, côlon et rectum) qu'à l'investigation trachéo-bronchique, ORL, vésicale, vasculaire ou endo-canalaire rachidienne. Nous en présenterons tout d'abord les aspects techniques, puis les premiers résultats et applications cliniques potentielles ainsi que les limites.

Aspects techniques

A partir de l'acquisition de l'ensemble d'un volume par le scanner hélicoïdal (dans le cas présent l'étage abdomino-pelvien), des images tridimensionnelles de qualité peuvent être obtenues grâce au caractère strictement contiguë des coupes. En combinant plusieurs coupes adjacentes, des imageries en coupes épaisses peuvent être ainsi reconstruites (MPVR : multi projection volume reconstruction). Il est aussi possible de sélectionner, par des algorithmes d'intensité minimale (mIP) ou maximale (MIP), des images de projection de la filière digestive à partir d'une vue externe. Des reconstructions dites de surface et d'ombrage et d'éclairage vont permettre une analyse des contours. Ainsi seront prises en compte la position d'une ou plusieurs sources de lumière, la distance par rapport à la sonde virtuelle et l'orientation même des surfaces analysées.

A partir d'acquisitions en scanner hélicoïdal (High Speed Advantage, General Electric Medical Systems, Milwaukee, USA), les images endoscopiques virtuelles sont reconstruites et transférées sur une console de traitement dite de post-processing (Advantage Windows, General Electric Medical Systems, Buc, France). Les coupes sont acquises en mode hélicoïdal, pitch 1 : 1, avec une rotation du tube de 360 degrés par seconde, couvrant en une seule apnée 15 à 20 cm de volume abdominal, avec une épaisseur de coupe de 1,5 à 3 mm. Les reconstructions tridimensionnelles sont dès lors seuillées, en éliminant les densités ne correspondant pas à l'objet analysé, c'est-à-dire au tractus digestif. Ce seuillage peut être modifié en temps réel de telle sorte qu'il soit possible d'apprécier immédiatement les effets de cette modification et d'en optimiser le résultat. Le but est de sélectionner les densités correspondantes à la filière digestive elle-même. Les points de vue sont alors sélectionnés et l'on peut naviguer au sein même de la cavité digestive, dès lors qu'existe une importante différence de densité entre l'air ou les éléments liquidiens contenus dans le tractus digestif et la densité de la paroi elle-même. Le déplacement de la sonde virtuelle se fait sur l'image axiale du scanner, ce qui permet en temps semi-réel l'image endoscopique [1, 2].

La technique de l'exploration colique est bien standardisée [3-5] : elle comprend une insufflation rectale à l'air après préparation colique standard pour coloscopie, des coupes de 3 à 5 mm, un pitch de 1,25 à 2, deux acquisitions (procubitus et décubitus) ; l'analyse des images comprend l'étude sur coupes natives et la navigation endoluminale pour les reconstructions 3D obtenues par algorithme de "volume rendering". Les artefacts et sources d'erreur diagnostique sont mieux connus et étudiés  : outre les artefacts classiques de la TDM, les sources de faux positifs sont les résidus stercoraux, les haustrations importantes et les résidus liquidiens liés à la préparation. Ces sources d'erreur peuvent être réduites par l'étude des coupes natives et les deux incidences permettent de s'affranchir des résidus liquidiens. Les erreurs de seuillages induites par les résidus stercoraux font l'objet de travaux ; chez l'animal, l'opacification barytée première du côlon permet, par l'imprégnation différente des résidus stercoraux et des polypes, un seuillage plus discriminatif. Pour améliorer la rapidité d'analyse, des algorithmes révèlent au clinicien de façon automatique les zones à risque.

Applications cliniques potentielles et limites [1, 2, 6, 7]

Il s'agit d'une technique non invasive ne nécessitant aucune sonde endoscopique, aucune anesthésie générale ou locale, et qui ne présente aucune contre-indication autre que celles du scanner standard, c'est-à-dire celles de l'injection de produit de contraste iodé dès lors qu'elle s'avère nécessaire. Rappelons que, s'il s'agit d'une étude endoscopique virtuelle isolée, l'injection n'est pas nécessaire. Néanmoins, elle intervient la plupart du temps dans le cadre d'un bilan global, viscéral et lymphatique par scanner abdomino-pelvien, ce qui nécessite alors l'injection de produit de contraste iodé.

Deux points sont importants à rappeler : l'endoscopie virtuelle fournit des images proches de celles obtenues en endoscopie standard (figures 3 à 11). Par ailleurs, elle est réalisée au cours d'un examen TDM abdomino-pelvien en coupes axiales et ne constitue pas un examen supplémentaire, ce qui est important en termes de coût de santé. Elle pourrait donc trouver sa place non seulement lors du diagnostic, mais aussi pour la surveillance de pathologies connues.

La détection des tumeurs gastriques (figures 3 à 6) par endoscopie virtuelle est, d'après les premières études [8], similaire à celle obtenue par endoscopie standard à l'exception des tumeurs de type 4 de Bormann et des tumeurs localisées à l'antre prépylorique (la lumière gastrique n'est alors pas assez distendue malgré la préparation). Les lésions tumorales peuvent être mesurées et classifiées (notamment les stades de Bormann 2 et 3, mais avec une difficulté plus grande pour les tumeurs de stade 2b). Les tumeurs sous-muqueuses semblent particulièrement bien accessibles [8], mais l'évaluation de l'extension périgastrique des tumeurs échappe à cette technique, ce qui peut être pallié par l'analyse des coupes axiales elles-mêmes. Les petites lésions ou les lésions planes peuvent aussi lui échapper.

Quant à la coloscopie virtuelle, elle pourrait constituer une alternative supplémentaire au lavement baryté. Elle apparaît comme une méthode compétitive par rapport à la coloscopie classique, avec une détection comparable des lésions (figures 7 à 9) de plus de 1 cm et une fiabilité de l'ordre de 94 % ; cependant, si les sensibilité et spécificité de détection par patient sont élevées - de 86 % à 93 % -, la sensibilité de détection par polype chute à 50 %, d'autant plus que les polypes sont de petite taille (tableau 1). Qu'en est-il des indications  ? La coloscopie virtuelle pourrait être une technique de dépistage des polypes. Elle peut être indiquée dans l'évaluation préopératoire des cancers colorectaux obstructifs (figures 10 et 11), où la coloscopie conventionnelle n'est qu'incomplète ; elle permet en effet une évaluation complète du côlon dans 92 % des cas, une meilleure évaluation de la localisation tumorale dans 38 % des cas (série de 13 patients seulement), et la classification de la lésion néoplasique dans 78 % des cas. La coloscopie virtuelle peut-elle être réalisée en IRM ? Avec un protocole identique à la TDM, où l'insufflation rectale est remplacée par un lavement au gadolinium dilué, et l'acquisition faite en apnée, en écho de gradient (3D SPGR), les performances de l'IRM pour des polypes de 10 mm sont comparables à celles de la TDM (sensibilité 93 %, spécificité 94 %). L'IRM serait même plus performante avec un seuil de détection de polypes inférieurs à 5 mm (figure 7).

Les principales limites de l'endoscopie virtuelle sont constituées par l'absence de prélèvement histologique, l'absence de démonstration directe de la paroi puisqu'il ne s'agit que d'imagerie de contours et sa médiocre reproductibilité. Cette technique est aussi opérateur-dépendante, nécessite un temps de reconstruction encore long pour la totalité de l'examen et une collaboration étroite entre gastroentérologue endoscopiste et radiologue.

CONCLUSION

REFERENCES

1. Buthiau D, Khayat D. Virtual endoscopy. 1998, Springer, New York (in press).

2. Buthiau D, Antoine EC, Nizri D. Progress in helical CT in oncology. In : CT and MRI in oncology. Buthiau D, Khayat D, eds. Springer (New York), 1998 ; 381-91.

3. Hara AK, Johnson CD, Reed JE. Colorectal lesions : evaluation with CT colography. RadioGraphics 1997 ; 17 : 1157-65.

4. Hara AK, Johnson CK, Reed JE, Ehman RL, Ilstrup DM. Colorectal polyp detection with CT colography  : two-versus three-dimensional techniques. Work in progress 1996 ; 200 : 49.

5. Hara AK, Johnson CD, Reed JE, Ahlquist DA, Nelson H, MacCarty RL, et al. Detection of colorectal polyp with CT colography : initial assessment of sensitivity and specificity. Radiology 1997 ; 205 : 59-64.

6. Vining DJ. Virtual endoscopy  : is it reality ? Radiology 1996 ; 200 : 30-7.

7. Fenlon HM, Ferrucci JT. Virtual colonoscopy : what will the issues be ? Am J Roentgenol 1997 ; 169 : 453-8.

8. Lee DH, Ko YT. Gastric lesions : evaluation with 3-dimensional images using helical CT. Am J Roentgenol 1997 ; 169 : 787-9.

9. Mezwa DG. Colorectal lesions  : evaluation with CT colography : invited commentary. RadioGraphics 1997 ; 17 : 1167-74.

10. McFarland EG, Wang G, Brink JA, Balfe DM, Heiken JP, Vannier MW. Spiral computed tomographic colonography : determination of the central axis and digital unraveling of the colon. Acad Radiol 1997 ; 4 : 367-71.

11. McFarland EG, Brink JA, Argiro V, Loh J, Wang G, Balfe DM, et al. Visualisation of colorectal polyps with spiral CT colography : evaluation of precessing parameters with perspective volume rendering. Radiology 1997 ; 205 : 701-6.