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Journal of Neuroradiology
Vol 26, N° SUP 1  - avril 1999
p. 22
Doi : JN-04-1999-26-SUP1-0150-9861-101019-ART67
Doppler transcrânien et vasospasme cérébral
 

F. Cattin, J.F. Bonneville
[1] Département de Neuroradiologie Hôpital Jean-Minjoz, 3, boulevard Fleming, F-25030 Besançon Cedex.

Abstract

Une augmentation des vitesses circulatoires au Doppler transcrânien dans les artères principales de la base du crâne est corrélée avec un vasospasme symptomatique. Le Doppler transcrânien est réalisé avec une sonde pulsée en général par une fenêtre trans temporale. Le Doppler couleur peut être utile car il permet une identification plus facile des artères explorées. Des vitesses circulatoires maximum supérieures à 200 cm/sec sont souvent associées à une ischémie cérébrale et un infarctus. Une accélération de la vitesse supérieure à 50 cm/sec et par 24 heures est corrélée avec un mauvais pronostic. Si l'on retient un seuil diagnostic de 130 cm/sec dans l'artère cérébrale moyenne on obtient une valeur prédictive positive de 87 % pour le Doppler transcrânien. De nombreux facteurs altèrent les vélocités mesurées au Doppler et peuvent conduire à des conclusions erronées sur la présence ou non d'un spasme. Les vitesses circulatoires sont directement liées aux flux sanguin cérébral. La pression intracrânienne, la pression et le volume sanguins, l'hématocrite et l'hémorragie sous-­arachnoïdienne modifient les vitesses circulatoires au Doppler. Un faux négatif sur l'exploration au Doppler transcrânien d'un vasospasme peut être le fait d'un vasospasme distal, d'un vasospasme sévère au niveau du siphon carotidien, d'une hypertension artérielle chronique et d'une pression intra-crânienne augmentée.

Abstract
Transcranial Doppler and cerebral vasospasm.

Increase in transcranial Doppler ultrasound flow velocities in the major basal arteries correlates with symptomatic vaso­spasm.

Transcanial Doppler examinations are performed using a pulsed Doppler Probe via the trans temporal approach. Transcranial colour-coded real time sonography can be useful and help to identify the cerebral arteries.

Maximum flow velocities of > 200 cm/sec are associated with cerebral ischemia and infarction.

A maximum rise in Doppler velocity of more than 50 cm/sec/24 h is correlated with poor outcome.

Using a diagnostic cutoff of 130 cm/sec a 87 % positive predictive value can be obtained using TCD in the middle cerebral artery.

Numerous factors affect Doppler flow velocities and may lead to erroneous conclusions about the presence or absence of vasospasm. Flow velocity is directly related to cerebral blood flow. Intracranial pressure, blood pressure and volume, hematocrite and subarachnoid hemorrhage affect Doppler flow velocities.

False-negative examinations of vasospasm using TCD are associated with distal vasospasm, severe spasm of the carotid siphon, chronic high blood pressure and increased intracranial pressure.


Mots clés : hémorragie sous-arachnoïdienne. , vasospasme. , déficit ischémique retardé. , Doppler transcrânien.

Keywords: subarachnoid hemorrhage. , vasospasm. , delayed deficits. , transcranial Doppler ultrasound.


Les fenêtres acoustiques

Le Doppler transcrânien joue actuellement un rôle important dans l'évaluation du vasospasme des artères cérébrales au cours des hémorragies méningées. Cette méthode non invasive permet d'identifier les patients à risque ischémique élevé, de surveiller l'évolution du vasospasme et de guider le traitement.

Le Doppler est une technique utilisée en routine depuis une trentaine d'années dans le dépistage des lésions carotidiennes extracrâniennes. Pendant longtemps, la circulation intracrânienne n'était appréciée qu'indirectement et de façon très aléatoire par l'étude vélocimétrique de l'artère ophtalmique. En 1982, R. Aaslid et H. Nornes ont démontré qu'il était possible d'enregistrer le signal Doppler du segment proximal des artères intracrâniennes grâce au Doppler à émission pulsée en utilisant une sonde de basse fréquence [ [1]]. Leurs premiers essais cliniques laissaient présager le rôle futur important du DTC dans le dépistage et la surveillance du vasospasme cérébral [ [3]]. Le champ d'application du DTC ne cesse de s'étendre mais c'est certainement dans le domaine du vasospasme que le Doppler transcrânien trouve encore sa meilleure indication.

Le Doppler transcrânien permet d'enregistrer le signal Doppler du segment proximal des artères ­intracrâniennes en utilisant les fenêtres acoustiques physiologiques du crâne. Deux techniques sont utilisées : le Doppler transcrânien dit « à l'aveugle » réalisé à l'aide d'une machine dédiée de Doppler pulsé à haute puissance d'émission munie d'une sonde de 2 MHz et le Doppler transcrânien couleur en utilisant une sonde « phased array » de 2 MHz. :

  • La fenêtre temporale est située au-dessus de l'apophyse zygomatique, en avant du tragus et correspond à l'écaille temporale. Chez les sujets jeunes, la fenêtre temporale est large, alors que fréquemment chez les sujets âgés, seule la partie postérieure de la fenêtre est perméable. Enfin dans certains cas, les ultrasons ne pénètrent pas la boîte crânienne. Ces échecs, rencontrés surtout chez les femmes âgées sont dus soit à une hyperostose temporale soit à une ostéoporose évoluée, les ultrasons ne se propageant pas dans l'os ostéoporotique qui renferme des cavités de résonance. Dans la série de 834 patients publiée par Boespflug en 1992 [ [6]], la fenêtre temporale est absente chez 23 % des femmes et 6 % des hommes. Les hémorragies méningées par rupture d'anévrysme intracrânien survenant plus souvent chez le sujet jeune ou d'âge moyen que chez le sujet âgé, les échecs d'insonation par voie temporale sont moins fréquents que dans la population générale. Après intervention chirurgicale, le volet constitue généralement une excellente fenêtre acoustique.
  • La fenêtre orbitaire est constituée par le canal optique ou le toit de l'orbite. La sonde est placée sur la paupière fermée en regard du bulbe cornéen et orientée en arrière et en dedans vers l'apex orbitaire. Pour cette exploration, il est recommandé de réduire la puissance d'émission, car les ultrasons sont susceptibles d'induire des cataractes surtout lorsque l'examen est répété comme c'est le cas dans la surveillance d'un vasospasme.
  • La fenêtre occipitale est constituée par le ­foramen magnum et/ou l'écaille occipitale ; la ­position assise n'étant pas possible chez les sujets présentant un hémorragie méningée, le patient est placé en décubitus latéral, avec la tête en hyperflexion. Cette voie d'abord qui permet l'étude des vertébrales intracrâniennes et du tronc basilaire est difficile chez les patients en ventilation assistée dont la mobilisation est délicate.

Technique de réalisation d'un Doppler transcrânien à l'aide d'une machine de Doppler pulsé dédiée (Doppler transcrânien dit « à l'aveugle »)

L'identification des artère cérébrales repose sur la fenêtre utilisée, l'orientation de la sonde, la profondeur d'enregistrement et le sens du flux ; les manœuvres de compression ne sont plus guère utilisées. Les variations anatomiques du polygone de Willis sont nombreuses surtout pour le système postérieur et sont sources d'erreur de difficulté d'identification des artères. Dans le domaine du vasospasme, le problème d'identification des artères n'est pas au premier plan car on dispose chez tous les patients d'une cartographie artérielle grâce à l'artériographie cérébrale. :

  • La voie d'abord la plus utile est la fenêtre temporale (figure 1)Le volume de mesure est progressivement déplacé vers la profondeur par pallier de 2 à 5 mm. Le flux de l'artère cérébrale moyenne est capté dans son segment horizontal (M1) de 40 à 65 mm de profondeur ; son signal est positif car le flux se dirige vers la sonde. Le signal est souvent enregistrable plus superficiellement dans le segment M2. À 60-65 mm de profondeur, le volume de mesure recouvre la bifurcation carotidienne intracrânienne et le signal est mixte avec une composante positive corres-pondant à l'artère cérébrale moyenne et une composante négative correspondant au segment horizontal de l'artère cérébrale antérieure dont le flux s'éloigne de la sonde. Au-delà de 65 mm, apparaît un signal ­négatif correspondant au signal de la communicante antérieure dont le flux s'éloigne de la sonde. Pour capter le signal de l'artère cérébrale postérieure, la sonde est orientée vers l'arrière et le volume de ­mesure placé à 65-70 mm de profondeur : le flux de la portion P1 pré-communicant de l'artère cérébrale postérieure se dirigeant vers la sonde est positif tandis que le flux du segment P2 post-communicant est négatif. Les artères communicantes postérieures dont le flux est faible dans les conditions normales ne ­deviennent enregistrables que lorsqu'elles interviennent dans un circuit de suppléance [ [2], [5], [8]].
  • Par voie occipitale, le signal des artères vertébrales intracrâniennes capté entre 50 et 70 mm de profondeur et celui du tronc basilaire capté au-delà de 80 mm, souvent 90 mm, sont négatifs car le flux s'éloigne de la sonde. Le signal du tronc basilaire est moins modulé, avec un index de résistance plus bas que celui des artères vertébrales. Les difficultés d'enregistrement sont liées à l'accès à la fenêtre ­occipitale, la ­profondeur et les tortuosités du tronc basilaire.
  • Par voie orbitaire, l'artère ophtalmique peut être suivie jusqu'à une profondeur de 50 à 60 mm. À partir de 60 mm, on capte un signal très différent moins modulé correpondant au siphon carotidien, de sens positif pour le segment infraclinoïdien et de sens positif pour le segment supraclinoïdien. Il existe plusieurs sources d'erreur et de difficultés : enregistrement simultané du segment infra- et supraclinoïdien, parasitage par le flux veineux du sinus caverneux, confusion avec l'artère cérébrale antérieure controlatérale, l'artère communicante postérieure ou l'artère cérébrale postérieure.

Technique de réalisation d'un Doppler transcrânien couleur

Les fenêtres acoustiques utilisées sont les mêmes que pour le Doppler transcrânien. La sonde est ­placée sur la tempe et on réalise une coupe transversale de la tête de façon à ce que soient vus la ligne ­médiane, les pédoncules cérébraux sous forme de deux zones ovalaires hypoéchogènes et la voûte crânienne controlatérale. Après passage dans le mode Doppler couleur, on obtient une vue axiale du polygone de Willis, le plus souvent souvent incomplète si l'on utilise pas de produit de contraste ultrasonore. Du côté exploré, on visualise habituellement dans le même plan, l'artère cérébrale moyenne, l'artère ­cérébrale antérieure et l'artère cérébrale postérieure. Le tir Doppler est ajusté sur l'artère étudiée en réalisant la correction d'angle nécessaire [ [4], [10]]. Le Doppler transcrânien couleur simplifie beaucoup le problème d'identification des artères cérébrales mais actuellement, dans le domaine du vasospasme, il reste moins utilisé que les appareils dédiés qui sont beaucoup plus mobiles.

Études vélocimétriques en Doppler transcrânien
Les critères vélocimétriques normaux

Les artères cérébrales présentent un pic systolique aigü suivi d'une décroissance lente des vitesses laissant persister en fin de diastole un flux important. L'analyse spectrale montre une répartition des fortes brillances aux hautes et moyennes fréquences avec une fenêtre sombre dans les basses fréquences (figure 2)

. Les paramètres étudiés par le Doppler transcrânien incluent la direction des flux, la vitesse circulatoire et la résistance vasculaire. La direction des flux est indiquée soit par la position du spectre par rapport à la ligne de base, les flux se dirigeant vers la sonde étant par convention positifs, soit par la couleur rouge ou bleu, les flux se dirigeant vers la sonde étant codés en rouge. Les vitesses circulatoires sont calculées par l'appareil et ajustées selon l'angle que fait le faisceau ultrasonore avec le vaisseau. Les vitesses peuvent être exprimées en cm/s ou en KHz. Avec les appareils de Doppler « à l'aveugle », lors-qu'on utilise une échelle en cm/s, on suppose que l'angle d'insonation du vaisseau est proche de 0, ce qui est plus ou moins vrai selon les segments du vaisseau exploré ; une échelle de fréquences exprimée en KHz serait donc plus rigoureuse. On peut utiliser la formule suivante pour obtenir l'équivalence entre fréquences et vitesses : V = 39 f, V en cm/s et f en KHz, l'examen étant réalisé avec une sonde de 2 MHz [ [2]]. En Doppler couleur, la correction d'angle est primordiale pour valider l'échelle de vitesses en cm/s. Pour caractériser un flux on prend en compte la vitesse systolique maximale, la vitesse diastolique et la vitesse moyenne. La vitesse moyenne correspond à la valeur du calcul de toutes les vitesses d'un ou plusieurs cycles cardiaques. Les vélocités des artères cérébrales postérieures et antérieures sont inférieures à celles des artères cérébrales moyennes (tableau I)

les indices de résistance (IR) ou de pulsatilité (IP) sont des reflets des résistances du territoire d'aval. Ils sont calculés par la machine selon les formules suivantes : :

  • IR = VS ­ VD/VS,
  • IP = VS ­ VD/VM.
  • VS = vitesse systolique maximale (valeur du pic systolique).
  • VD = vitesse diastolique minimale (valeur de la vitesse télédiastolique).
  • VM = vitesse moyenne (calculée par l'appareil).

Principes d'interprétation des données vélocimétriques

Une vélocité élevée peut traduire un rétrécis­sement localisé par sténose ou par vasospasme, ou refléter une augmentation de débit, par exemple dans une collatérale de petite taille ou dans une malformation artérioveineuse. Les indices de résistance et de pulsatilité qui reflètent tous les deux la résistance à l'écoulement peuvent être utilisés indifféremment. Un indice de résistance diminué est observé en aval d'une sténose serrée. L'augmentation de la pCO2 dans un territoire ischémié provoque un affaissement du pic systolique et une augmentation relative des ­vitesses diastoliques. Dans les conditions où la diastole est élevée, comme dans les fistules artério-veineuses, l'indice de résistance est aussi diminué. L'hypertension intracrânienne entraîne au contraire une augmentation de la résistance vasculaire d'où un indice élevé, lié à la diastole basse.

Diagnostic du vasospasme en Doppler transcrânien

L'effet sténosant du vasopasme se traduit par une augmentation des vitesses circulatoires et des modifications de l'analyse spectrale telles que dispersion du spectre, turbulences et même inversion de flux (figure 3)

. En Doppler couleur, l'augmentation des vitesses se traduit par une désaturation des cou-leurs ; le phénomène de repliement spectral se traduit par la juxtaposition de couleurs claires, de sens opposé et les turbulences sont responsables d'un aspect en mosaïque de couleur de la lumière ­artérielle.

Le vasospasme de l'artère cérébrale moyenne

L'augmentation des vitesses circulatoires de l'artère cérébrale moyenne est proportionnelle à l'importance du vasospasme [ [11], [12], [16]]. Une vitesse moyenne comprise entre 80 et 120 cm/s peut correspondre à un vasospasme discret, habituellement non détecté à l'artériographie. Lorsque les vélocités moyennes atteignent 130 cm/s, l'artériographie montre habituellement un vasospasme modéré. En utilisant une valeur seuil de 130 cm/s, la spécificité du Doppler transcrânien atteint 96 % avec une valeur prédictive positive de 87 %. Une vitesse moyenne ­supérieure à 200 cm/s est en faveur d'un vasospasme sévère susceptible d'entraîner une ischémie cérébrale (tableau II)

. Presque tous les patients avec un vaso­spasme symptomatique ont une vitesse moyenne ­supérieure à 200 cm/s. Par contre, les patients chez qui la vitesse moyenne est supérieure à 200 cm/s ne deviennent pas tous symptomatiques, en raison du développement d'une cir-culation collatérale adéquate. Plus que la valeur du pic systolique, c'est l'augmentation rapide des vitesses (> 50 cm/s en 24 h) qui est de mauvais pronostic. Le rapport vitesse systolique de l'artère cérébrale moyenne/vitesse systolique de la carotide interne extracrânienne est aussi utilisé pour quantifier la vasospasme. Un rapport supérieur à 3 traduit un vasospasme sévère qui contre-indiquerait une intervention chirurgicale ­selon Lindegaard [ [13]]. Un vasospasme siégeant sur les branches distales de l'artère cérébrale moyenne peut passer complètement inaperçu au Doppler transcrânien ; seul un vasospasme sévère avec des sténoses distales multiples peut retentir sur le flux de l'artère cérébrale moyenne proximale. Un vaso­spasme de l'artère cérébrale moyenne peut être sous-estimé si il existe un vasospasme sévère du siphon ­carotidien réduisant globalement les vélocités des ­artères de la base du crâne. Les résultats du Doppler transcrânien doivent être interprétés prudemment car il faut garder à l'esprit que les vélocités sont ­dépendantes de la viscosité sanguine et que l'hématocrite est le principal facteur influençant la viscosité sanguine. Le traitement médical du vasospasme passe par l'induction d'une hypervolémie qui a pour conséquence une diminution de l'hématocrite et donc une augmentation significative des vélocités sanguines [ [14]]. En revanche, en cas d'hypertension artérielle chronique, les vitesses sont plus faibles que chez les sujets normotendus et un vasospasme significatif peut être présent sans augmentation importante des vitesses [ [9]]. La présence d'une hyper-tension ­intra-crânienne peut masquer une augmentation des vélocités liée à un vasospasme mais l'augmentation des indices de résistance attire géné-ralement l'attention et permet d'en prendre compte dans l'interprétation (tableau III)

.

Le vasospasme du siphon carotidien

De l'artère cérébrale antérieure et de l'artère ­cérébrale postérieure, des artères vertébrales intracrâniennes et du tronc basilaire

Pour des raisons anatomiques et techniques, le vasospasme du siphon carotidien, de l'artère cérébrale antérieure et de l'artère cérébrale postérieure est plus difficile à évaluer que celui de l'artère cérébrale moyenne. Les critères vélocimétriques classiques de vasospasme sont une vitesse moyenne supérieure à 90 cm/s pour le siphon carotidien, 120 cm/s pour l'artère cérébrale antérieure et 90 cm/s pour l'artère cérébrale postérieure. Mais si l'on choisit comme valeur seuil 130 cm/s pour le siphon carotidien et l'artère cérébrale antérieure et 110 cm/s pour l'artère cérébrale postérieure, la spécificité du Doppler transcrânien augmente considérablement atteignant 100 % pour le siphon carotidien et l'artère cérébrale antérieure et 93 % pour l'artère cérébrale postérieure [ [7], [15], [17], [20]]. Pour le diagnostic de vaso­spasme des artères vertébrales et du tronc basilaire, la spécificité est de 100% quand les vitesses sont respectivement supérieures ou égales à 80 cm/s et 95 cm/s [ [18], [19]]. Cependant, les corrélations entre les vitesses moyennes et le diamètre de ces artères sont moins bonnes que pour l'artère cérébrale moyenne, le développement d'une circulation collatérale, l'existence d'une variation anatomique du polygone de Willis ou des problèmes d'ordre technique pouvant être à l'origine de difficultés de recueil et d'interprétation du signal. Le phénomène de repliement spectral qui survient lorsqu'on enregistre des flux ­rapides à une grande profondeur, comme dans le cas de vasospasme du segment A1 de l'artère cérébrale antérieure, est très fréquemment source de difficulté pour la quantification du vasospasme.

Figure 1. Schéma du polygone de Willis, vue axiale. Doppler transcrânien par voie temporale. Le volume d'échantillonnage (ve) est placé sur l'artère cérébrale moyenne (m). a : Artère cérébrale antérieure, s : Siphon carotidien, p : Artère cérébrale postérieure, cp : Artère communicante postérieure. Axial view of the Willis polygon. Temporal transcranial Doppler. The sample volume (ve) is positioned on the middle cerebral artery (m). a : Anterior cerebral artery, s : carotid siphon, p : posterior cerebral artery, cp : posterior communicating artery.

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