Élastographie thyroïdienne

DOSSIER THÉMATIQUE
Cancers de la thyroïde :
aspects innovants
Élastographie thyroïdienne 1
Thyroid elastography
H. Monpeyssen, J.M. Correas, J. Tramalloni, S. Poirée, O. Hélénon*
L
1 © Correspondances en Métabolismes
Hormones Diabètes et Nutrition 2010;
XIV(7):202-8.
* Unité Thyroïde, service de radiologie
adulte Pr Hélénon, hôpital Necker,
Paris.
a prise en charge des nodules thyroïdiens a
considérablement évolué grâce aux progrès
de l’échographie, qui permettent une caractérisation détaillée du nodule en mode B et en doppler.
Pris isolément, les signes de présomption de malignité sont insuffisamment discriminants, mais leur
association permet d’établir une valeur prédictive
positive (VPP) de malignité avec une spécificité et
une sensibilité élevées (1). Par ailleurs, l’échographie
guide l’aiguille de cytoponction, et la conjonction
des deux techniques offre au clinicien une identification de la nature du nodule dans la très grande
majorité des cas. Certaines tumeurs (en particulier
folliculaires) restent toutefois d’appréciation difficile.
Les progrès de l’imagerie ultrasonore sont considérables, et chaque année voit l’émergence de
nouvelles techniques qui nous donnent la possibilité
d’affiner notre étude. L’élastographie est l’une d’entre
elles. L’idée d’apprécier par imagerie ultrasonore
la déformabilité d’un tissu date de plus de 30 ans.
En 1983, A. Eisenscher (2) a décrit une technique
nommée échosismographie, qui utilisait le mode
TM. L’avènement du mode B a permis l’observation de la déformation des tissus (3, 4), mais il fallu
attendre 1991 pour que J. Ophir baptise la technique
du nom d’élastographie (5). Elle était initialement
dédiée au muscle et surtout au sein, les premières
études in vivo sur cet organe remontant au milieu
des années 1990 (6). En 2005, A. Lyshchik a été le
premier à publier une étude consacrée à l’élastographie thyroïdienne (7).
➤➤ La rigidité décrit le degré de déformation élastique du matériau sous cette contrainte.
➤➤ L’élasticité est la capacité du matériau
à reprendre sa forme initiale à l’arrêt de la
contrainte.
La découverte d’une structure dure dans un tissu
mou a toujours inspiré la suspicion. Avant l’ère de
l’échographie, seuls les nodules palpables étaient
localisés, et leur rigidité était appréciée en même
temps que celle du parenchyme. L’échographie nous
permet d’objectiver tous les nodules. L’élastographie,
en étudiant le couple déformation-dureté, a pour
objectif de passer de la subjectivité de la palpation
à l’objectivité de la mesure de la dureté.
Pourquoi vouloir mesurer
la dureté d’un tissu ?
Les cancers papillaires sont le plus souvent durs à la
palpation. Les cancers folliculaires ne se caractérisent généralement pas par leur dureté. Par ailleurs,
les kystes à colloïde très épais peuvent donner une
impression de dureté, ainsi que certaines tumeurs
fibreuses bénignes.
Avant tout, il faut revenir aux définitions :
➤➤ La dureté est la mesure de la capacité d’un matériau à résister à une contrainte.
318 | La Lettre du Cancérologue • Vol. XX - n° 5 - mai 2011
À quoi est due la dureté du cancer ?
La plupart des tumeurs malignes se caractérisent par la qualité de leur stroma anormalement
ferme (présence de collagène et de fibroblastes
activés) : c’est la transformation desmoplastique.
Ce stroma tumoral favorise la prolifération des
cellules malignes (et pourrait même l’initier) [8, 9].
En 2005, Lyshchik étudia ex vivo la dureté de la
thyroïde et de différentes tumeurs thyroïdiennes.
Il trouva une différence très significative entre le
cancer (63,3 ± 36,8 kilopascals [kPa]) et le tissu sain
(10 ± 4,2 kPa) [10].
Nodule dur = cancer ?
Points forts
L’élastographie thyroïdienne s’est développée depuis 2005. Les premières études ont utilisé l’élastographie
statique (ES), fondée sur le module de Young. Elles ont montré que l’ES peut donner un ratio de rigidité
entre les nodules et le tissu avoisinant. Un ratio élevé est en faveur de la malignité. L’ES actuelle utilise
des logiciels de quantification et fournit des données plus précises. L’élastographie transitoire (ET) utilise
le module de cisaillement et donne la dureté des nodules en kilopascals (kPa). Cette technique, largement
éprouvée en pathologie mammaire, doit encore bénéficier d’études au niveau du nodule thyroïdien, en
particulier dans le cadre des tumeurs folliculaires. Les données de l’élastographie doivent s’intégrer dans
la caractérisation nodulaire classique, et non pas s’y substituer. Elles peuvent ainsi améliorer la valeur
prédictive positive de malignité de l’échographie. Cette notion a été retenue par la Société française
d’endocrinologie dans ses récentes Recommandations pour la prise en charge du nodule thyroïdien.
Comment évaluer la rigidité d’un tissu ?
Il suffit de pouvoir :
➤ visualiser sa déformation, ce qui est possible
avec l’échographie (et l’IRM) : c’est l’élastographie
statique (encore appelée relative, de contrainte ou
de strain), qui utilise le module de Young (E) ;
➤ mesurer sa capacité à modifier la vitesse d’une
onde traversante : c’est l’élastographie transitoire
(ou ShearWaves), qui utilise le module de cisaillement (µ).
L’appréciation de la déformation peut se faire de
plusieurs manières :
➤ par encodage couleur ou noir et blanc. Selon la
palette d’encodage, on décidera par exemple que
le tissu mou est vert et que le tissu dur est bleu
(image 1) ;
➤ par quantification comparative : deux zones d’intérêt (Region Of Interest, ou ROI) sont dessinées sur
l’image de strain, l’une sur le nodule, l’autre sur le
tissu sain. Grâce à des algorithmes dédiés, la machine
calcule un ratio (image 2) ;
Mots-clés
Thyroïde
Élastographie
Cancer
Valeur prédictive
positive
Keywords
Thyroid
Elastography
Cancer
Predictive value
Élastographie statique (ES)
La compression d’une colonne tissulaire va entraîner
la déformation (ou strain) des diverses zones qui la
constituent en fonction de leur dureté. L’intensité
de la compression rapportée à l’unité de surface est
appelée contrainte (ou stress). L’arrêt de la compression restaure l’état initial (relaxation). Le module de
Young (E), ou module rigidité-élasticité tissulaire,
traduit la relation existant entre la déformation
d’un solide (e) et la contrainte appliquée (S) : E = S/e
(fi gure 1). En échographie, cette compression peut
être générée par le transducteur sous l’impulsion de
l’opérateur ou par un battement artériel, la carotide
primitive pour ce qui concerne la thyroïde (l’impact
de la contrainte sur le module de Young étant alors
négligeable) [fi gure 2].
Compression
Relaxation
Figure 2. Contrainte appliquée par le transducteur
sur une colonne tissulaire avec nodule.
Module de Young
E = S/e
Force F
S : stress = contrainte = F/a
e : strain = déformation = δX/X
E : élasticité
Unité : kilopascal
F
Surface a
δx
x
Figure 1. Représentation du module de Young.
Image 1. Élastographie statique (ES). Encodage couleur. À gauche, nodule mou (bénin).
À droite, nodule dur (cancer papillaire).
La Lettre du Cancérologue • Vol. XX - n° 5 - mai 2011 |
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Cancers de la thyroïde :
aspects innovants
Élastographie thyroïdienne
➤ par quantification analytique, réalisée en postprocessing, grâce à des logiciels de quantification
(image 3).
Certains impératifs liés à la technique font que le
module de Young n’est pas totalement applicable
à l’élastographie relative :
évaluation insuffisante de l’importance du positionnement et la taille des ROI ;
➤ impact de la contrainte lors de la compression
manuelle ;
Image 2. Élastographie statique. Encodage noir et blanc. Quantification comparative.
Élasticité du nodule supérieure à celle du tissu avoisinant : nodule mou (adénome colloïde).
➤ subjectivité liée à l’appréciation visuelle dans les
techniques utilisant l’encodage couleur ;
➤ nature des plans superficiels et dureté du plan
postérieur.
De ce fait, les variations intra- et interopérateurs
restent importantes.
Élastographie transitoire (ET)
Trois ondes interviennent :
➤ L’onde initiale, ou onde de compression ultrasonore, est générée par la zone médiane de la sonde,
de façon rythmique (toutes les 2 secondes), sans
intervention de l’opérateur. C’est une onde extrêmement rapide (Bulk wave), qui crée un cône ultrasonore (cône de Mach).
➤ En un point de focalisation, cette onde va générer
une force de radiation acoustique à l’origine d’ondes
perpendiculaires qui vont cheminer tangentiellement
sur le plan cutané. Ce sont les ondes de cisaillement
ou ShearWaves (fi gure 3). Ces ondes, moins rapides
que l’onde initiale, voient leur vitesse augmenter
lorsqu’elles traversent une structure plus dure. Elle
ne se propage pas dans le milieu liquide.
➤ La troisième onde est le faisceau d’insonation
qui permet d’enregistrer cette variation de vitesse
et d’en déduire ainsi μ, le module de cisaillement
(shear modulus). Le module de Young E équivalant à
3 fois le module de cisaillement, on peut ainsi donner
une valeur de la dureté en kPa (fi gure 4, p. 323).
Transducteur
Onde de compression
ultrasonore, ou Bulk wave
Ondes d’insonation
Nodule
Ondes de cisaillement, ou
ShearWaves
Force de radiation
acoustique
Image 3. Élastographie statique avec quantification mesurée. Mise en place des deux
ROI. Courbe jaune = ROI dans tissu sain. Courbe rouge = ROI dans nodule.
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Figure 3. Représentation de l’élastographie par ondes
de cisaillement.
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Les échographes conventionnels ne sont pas à
même d’enregistrer des fréquences dans la gamme
de valeurs concernées. Trois technologies permettent
cet enregistrement :
➤ La plateforme Aixplorer®, qui dispose d’un formateur de faisceau permettant, à partir du signal de
radiofréquence, d’extraire plus de 5 000 images par
seconde et d’enregistrer ainsi les variations de célérité de l’onde tangentielle (11). La valeur de dureté
des structures traversées par l’onde de cisaillement
est donnée en temps réel, en kPa (image 4).
➤ Le module ARFI® (Acoustic Radiation Force 
Impulse) qui enregistre le déplacement tangentiel
à proximité de l’onde incidente (12). L’application
aux organes superficiels est en cours d’évaluation.
➤ Le Fibroscan®, appareil sans imagerie, permettant de mesurer la fibrose hépatique, non applicable
à la thyroïde (13).
E = 2 (1 + v) μ = 3 μ
√pμ
V=
E : module de Young
μ : module de cisaillement
p : masse volumique (1 000)
V : vitesse de l’onde de cisaillement
v : coefficient de Poisson (0,5)
Figure 4. Calcul du module de Young à partir de la vitesse de l’onde de cisaillement.
Élastrographie appliquée
à la thyroïde
Depuis 2005, de nombreuses études ont été
publiées. Il faut noter qu’ elles utilisent en majorité
la technique d’ES. Quelques mois après son étude ex
vivo, Lyshchik a publié une étude in vivo (7). Ce fut
la première d’une série de cinq études réalisées en
élastographie statique avec compression manuelle.
Toutes sont parvenues aux mêmes conclusions, avec
une prévalence élevée des cancers dans les tumeurs
jugées dures et une prévalence élevée de tumeurs
bénignes dans celles, jugées molles (14). Les sensibilités et spécificités étaient très élevées (97 % et
100 % dans l’étude de Rago et al. (15-17). Les études
ultérieures (18, 19) ont utilisé les battements de la
carotide comme facteur de contrainte. Là encore,
la dureté du nodule est corrélée au caractère malin.
Plusieurs équipes ont publié à leur tour des résultats
identiques (20, 21).
Une étude a été menée en technique de contrainte
manuelle avec analyse quantifiée utilisant le logiciel QLAB ™ (22). Les courbes de compression
recueillies dans les ROI montrent des différences
très nettes selon la nature des nodules (image 5).
Tous les cancers diagnostiqués en cytologie avec
confirmation histologique (3 papillaires, 1 folliculaire,
1 médullaire) présentaient des indices de rigidité et
d’élasticité significativement plus élevés que ceux
des tumeurs bénignes. En 2009, une première étude
réalisée en élastographie ShearWaves a retrouvé
cette dureté singulière des cancers papillaires avec
mesure objective exprimée en kPa.
Image 4. Élastographie transitoire (SuperSonic
Imagine) : adénome colloïde. Tumeur molle. Rigidité :
13 kPa : ratio : 0,7. Faible dispersion de l’écart type.
Image 5. Élastographie statique : exemples d’élastogrammes. Adénome colloïde : courbe
de moindre amplitude au niveau du nodule. Thyroïdite focale : les deux courbes sont identiques. Cancer : courbe nodulaire de très faible amplitude : nodule dur, peu déformable.
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DOSSIER THÉMATIQUE
Cancers de la thyroïde :
aspects innovants
Élastographie thyroïdienne
État des lieux 2010
À ce jour, tous les constructeurs proposent une
élastographie statique sur leur plateforme, dès le
milieu de gamme. Il s’agit d’un matériel additionnel
(soft). Plusieurs d’entre eux proposent une quantification comparative. L’élastographie transitoire est
disponible avec la plateforme AixplorerTM a, qui a les
capacités des échographes classiques en imagerie
conventionnelle.
Image 6. Élastographie
transitoire : cancer papillaire. Rigidité > 85 kPa.
Dispersion importante
de l’écart type (tumeur
hétérogène). Ratio > 6.
Conditions d’examen
L’ET fait partie de l’acte échographique conventionnel. Chaque nodule caractérisé (et repéré sur
le schéma dédié) bénéficie de 2 recueils de données
élastographiques. L’examen est totalement indolore
pour le patient. Une très courte apnée peut lui être
demandée. Le temps-opérateur est donc majoré,
mais dans des proportions minimes (quelques
minutes.) Une étude différée est bien sûr nettement
plus chronophage. Aucune codification additionnelle
CCAM n’est prévue à ce jour.
Les acquis de l’élastographie
thyroïdienne sont importants
Image 7. Élastographie
transitoire : cancer papillaire. ROI plus petite =
écart type + faible.
➤➤ Amélioration de la VPP de malignité donnée par
l’étude échographique conventionnelle. L’élasto­
graphie doit à ce titre être intégrée en tant qu’élément de la caractérisation échographique du nodule,
tel que l’a précisé la SFE dans son récent consensus
sur la prise en charge du nodule thyroïdien. En aucun
cas, elle ne saurait s’y substituer.
➤➤ Aide dans la caractérisation de certaines structures :
–– pseudonodules de thyroïdite ;
–– kystes à contenu épais pouvant en imposer pour
un nodule solide hypoéchogène.
L’ES garde certaines limites
Image 8. Élastographie
statique : ganglion sain
et métastase d’un cancer
papillaire.
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➤➤ Nécessité de comparaison à un tissu présumé
sain, dont on ne connaît pas la rigidité. Le problème
se pose en particulier en cas de nodule développé au
sein d’une thyropathie auto-immune (9).
➤➤ Comparaison impossible dans certains cas
(nodule totolobaire, nodule dans un reliquat de loge).
➤➤ Difficultés pour apprécier l’intensité de l’onde
de contrainte.
L’ET s’affranchit de ces limites en donnant des valeurs
objectives de la dureté tissulaire. Elles sont généra-
DOSSIER THÉMATIQUE
lement de l’ordre de 10 à 40 kPa pour le tissu sain et
les nodules bénins, et elles dépassent 100 kPa dans
les cancers papillaires (image 6). On peut calculer un
ratio de rigidité entre le nodule et le tissu avoisinant.
Dans une étude personnelle réalisée sur 167 patients
(données non publiées), les valeurs de ratio sont
de l’ordre de 1 à 1,2 pour les tumeurs bénignes et
dépassent 5 dans les cas de cancers papillaires.
Toutefois, certaines données sont encore à préciser :
➤➤ dimensions et positionnement des ROI (image 7) ;
➤➤ clarification du rôle de la viscosité tissulaire.
Cas particulier du ganglion
En ES, le ganglion normal a un aspect tout à fait caractéristique (23) [image 8]. L’adénopathie métastatique
se présente très différemment. En l’absence de tissu
comparatif, la mesure du ratio est impossible. En
revanche, en ET, les premières constatations montrent
bien une dureté particulière au niveau des lésions
secondaires. Ces éléments peuvent sans doute orienter
l’aiguille de cytoponction (24) [images 9a et 9b].
Image 9a. Métastase d’un cancer papillaire (territoire D2). Écho-doppler couleur.
Dans un avenir proche
Les futures études vont devoir confirmer les premières
données concernant l’ET et préciser les valeurs seuils
de dureté nodulaire. Elles nous permettront peutêtre d’individualiser les nodules devant relever de la
chirurgie au sein des tumeurs folliculaires où le couple
échographie-cytoponction manque de pertinence
diagnostique. Il en est de même des nodules ponctionnés à plusieurs reprises avec des frottis non contributifs (image 10). Enfin, la perspective de pouvoir
sélectionner les nodules à ponctionner en priorité dans
un goitre multinodulaire est très séduisante (25, 26).
Image 9b. Mode B et
élastographie transitoire : dureté proche
de 300.
Conclusion
L’élastographie est indéniablement une avancée
technologique majeure, sans doute la plus importante depuis la mise à disposition du mode doppler
couleur (1982). Les caractéristiques anatomiques de
la thyroïde (organe superficiel) et la fréquence de la
pathologie nodulaire, en font un organe idéal pour
l’utilisation de cette technique. L’ES a fait la preuve
de sa pertinence diagnostique et est actuellement
disponible à grande échelle. L’ET pourrait devenir
la technique de référence, lorsque sa diffusion sera
suffisante et que les études prospectives auront été
menées à bien (comme ce fut le cas pour le sein).
Son utilisation conjointe avec d’autres techniques
Image 10. Élastographie
transitoire : tumeur folliculaire non colloïde. Pas
de différence de rigidité
(en kPa). Ratio proche
de 1. Noter l’absence de
SW dans la zone liquidienne.
La Lettre du Cancérologue • Vol. XX - n° 5 - mai 2011 | 325
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Avec le soutien institutionnel de
326 | La Lettre du Cancérologue • Vol. XX - n° 5 - mai 2011
d’imagerie est très prometteuse (3D-4D, produits de
contraste ultrasonore). L’élastographie ne doit pas
être considérée comme une alternative à l’échographie conventionnelle : elle doit, au contraire, inciter
à plus de rigueur dans la caractérisation nodulaire.
Elle optimise la VPP de malignité de l’échographie. ■
Références bibliographiques
1. Cooper DS et al. Revised American Thyroid Association management 
guidelines for patients with thyroid nodules and differentiated thyroid 
cancer. Thyroid 2009;19(11):1167-214.
2. Eisenscher A et al. Rhythmic echographic palpation. Echosismography. A new technic of differentiating benign and malignant tumors 
by ultrasonic study of tissue elasticity. J Radiol 1983;64(4):255-61.
3. Dickinson RJ, Hill CR. Measurement of soft tissue motion using 
correlation between A-scans. Ultrasound Med Biol 1982;8(3):263-71.
4. Krouskop TA, Dougherty DR, Vinson FS. A pulsed Doppler ultrasonic system for making noninvasive measurements of the mechanical properties of soft tissue. J Rehabil Res Dev 1987;24(2):1-8.
5. Ophir J et al. Elastography: a quantitative method for imaging the 
elasticity of biological tissues. Ultrason Imaging 1991;13(2):111-34.
6. Cespedes I et al. Elastography: elasticity imaging using ultrasound 
with application to muscle and breast in vivo. Ultrason Imaging 
1993;15(2):73-88.
7. Lyshchik A et al. Thyroid gland tumor diagnosis at US elastography. 
Radiology 2005;237(1):202-11.
8. Mai KT et al. Infi ltrating papillary thyroid carcinoma: review of 134 
cases of papillary carcinoma. Arch Pathol Lab Med 1998;122(2):166-71.
9. Di Pasquale M, Rothstein JL, Palazzo JP. Pathologic features of 
Hashimoto’s-associated papillary thyroid carcinomas. Hum Pathol 
2001;32(1):24-30.
10. Lyshchik A et al. Elastic moduli of thyroid tissues under compression. Ultrason Imaging 2005;27(2):101-10.
11. Sandrin L et al. Time-resolved pulsed elastography with ultrafast 
ultrasonic imaging. Ultrason Imaging 1999; 21(4):259-72.
12. Zhai L et al. An integrated indenter-ARFI imaging system for 
tissue stiffness quantifi cation. Ultrason Imaging 2008; 30(2):95-111.
13. Foucher J et al. Diagnosis of cirrhosis by transient elastography 
(FibroScan): a prospective study. Gut 2006; 55(3):403-8.
14. Tranquart F et al. Elastosonography of thyroid lesions. J Radiol 
2008;89(1 Pt 1):35-9.
15. Rago T et al. Elastography: new developments in ultrasound for 
predicting malignancy in thyroid nodules. J Clin Endocrinol Metab 
2007;92(8):2917-22.
16. Asteria C et al. US-elastography in the differential diagnosis of 
benign and malignant thyroid nodules. Thyroid 2008;18(5):523-31.
17. Rubaltelli L et al. Differential diagnosis of benign and malignant thyroid nodules at elastosonography. Ultraschall Med 
2009;30(2):175-9.
18. Bae U et al. Ultrasound thyroid elastography using carotid artery 
pulsation: preliminary study. J Ultrasound Med 2007;26(6):797-805.
19. Dighe M et al. Differential diagnosis of thyroid nodules 
with US elastography using carotid artery pulsation. Radiology 
2008;248(2):662-9.
20. Wang Y et al. Differential diagnosis of small single solid thyroid 
nodules using real-time ultrasound elastography. J Int Med Res 
2010;38(2):466-72.
21. Tonacchera M, Pinchera A, Vitti P. Assessment of nodular goitre. 
Best Pract Res Clin Endocrinol Metab 2010;24(1):51-61.
22. Monpeyssen H et al. Quantitative elastography of thyroid nodules: 
preliminary results. in RSNA. 2008. Abstr 55k13-01.
23. Lyshchik A, et al. Cervical lymph node metastases: diagnosis at 
sonoelastography--initial experience. Radiology 2007;243(1):258-67.
24. Nazarian LN. Science to practice: can sonoelastography enable 
reliable differentiation between benign and metastatic cervical 
lymph nodes? Radiology 2007;243(1):1-2.
25. Luo S, Kim EH, Dighe M, Kim Y. Screening of thyroid nodules by 
ultrasound elastography using diastolic strain variation. Conf Proc 
IEEE Eng Med Biol Soc 2009:4420-3.
26. Dighe M et al. Utility of the ultrasound elastographic systolic 
thyroid stiffness index in reducing fi ne-needle aspirations. J Ultrasound Med 2010;29(4):565-74.