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Apport des mesures de dureté
tissulaire en mode ARFI dans
l’étude des lésions nodulaires
hépatiques
V.Cartier, J.Boursier, J.Lebigot, G.Lignon, F.Oberti, C.Aubé
Département de Radiologie, Service de Maladies du foie et de l’appareil
digestif - CHU Angers
[email protected]
Plan
• Introduction
• Principe de mesure
• Méthodes d’imagerie disponibles pour mesurer la dureté des
tissus
• Facteurs influençant la dureté hépatique
• Résultats des mesures de dureté des différents type de lésion
nodulaires hépatiques
• Discussion
• Conclusion
Abréviations
ARFI: Acoustic Radiation Force Imaging
SWE: Shear Wave Elastography
CHC: carcinome hépato cellulaire
HNF: hyperplasie nodulaire focale
MNR: macro nodule de régénération
Vc: vitesse de propagation de l’onde de cisaillement en m/s
Introduction
 La dureté des tissus est historiquement évaluée cliniquement par la
palpation.
 Plusieurs techniques d’imagerie non invasives ont été développées
afin de mesurer la dureté tissulaire.
 L’exploration et la caractérisation des lésions nodulaires hépatiques se
fait en première intention en échographie en tenant compte du
parenchyme hépatique adjacent.
 Mesurer la dureté de ces lésions apporte des informations
complémentaires pour leur caractérisation.
Principe de mesure
 La dureté des tissus est mesurée par le module d’Young en
kiloPascals.
 Une contrainte externe « S »
statique appliquée sur la surface d’un
solide produit une déformation « e » qui
dépend de la dureté du matériau.
 La dureté « E » est définie par le
rapport entre contrainte et déformation.
E= S/e
Module d’Young
S
Principe de mesure
 La déformation des tissus mous du corps humain est à l’origine
d’ondes mécaniques de 2 types:
- Ondes de compression comprimant le tissu de proche en proche
- Ondes de cisaillement provoquant un glissement des couches
de tissu les unes par rapport aux autres.
 La vitesse de propagation des ces ondes de cisaillement « c » est
directement reliée à la dureté des tissus selon la formule:
E= 3ρc2
ρ: masse volumique du tissu
La vitesse c est d’autant plus importante que le milieu est dur.
Principe de mesure
•
Les différentes techniques ne mesurent pas directement la dureté,
mais la vitesse de propagation des ondes de cisaillement « c ».
•
La dureté est calculée en utilisant la formule suivante:
E= 3ρc2
•
avec ρ =1000 kg/m3, supposée constante, sans tenir compte de la
variabilité de ρ selon le tissu étudié:
Tissu
ρ (kg/m3)
Gras
970
Foie
1060
Fibre de
collagène
1350
Principe de mesure
Propriétés viscoélastiques des tissus
•
L’onde de cisaillement se propage dans le tissu à une vitesse Vc
directement reliée à l’élasticité du tissu.
•
Au cours de sa propagation dans le tissu, l’onde de cisaillement
subit une dispersion liée à la viscosité du tissu.
•
L’imagerie d’élasticité mesure la vitesse de propagation de l’onde
de cisaillement dans l’hypothèse d’un milieu élastique non
visqueux.
En mesurant la vitesse de propagation des ondes de
cisaillement dans un tissu, on évalue la dureté en négligeant la
viscosité du tissu.
Techniques de mesure de dureté
Il existe différentes techniques d’imagerie non invasives traitant de la dureté
des tissus:
Elastographie
statique
HI-RTE™,
Hitachi
dynamique
MR Touch™,
General
Electric
IRM
impulsionnelle
mécanique
ultra sonore
FibroScan™,
Echosens
Acoustic radiation force
Imaging (ARFI) Virtual
Touch™, Siemens
Elastographie
shearWave™ (SWE),
Supersonic imagine
NOUS NE DECRIERONS DANS CE TRAVAIL QUE LES TECHNIQUES ULTRASONORES
Techniques de mesure de dureté
Elastographie impulsionnelle
•
Utilise une impulsion mécanique ou ultra sonore pour produire
des ondes de cisaillement.
•
Mesure la vitesse de propagation des ondes de cisaillement
« Vc » en m/s, par ultra sons, dans le tissu étudié pour évaluer
la dureté.
Techniques de mesure de dureté
Fibroscan™, Echosens
 impulsion mécanique en regard du
lobe droit du foie.

« Vc » suivie et mesurée par un
transducteur échographique.

« Vc » secondairement convertie en
dureté et exprimée en KiloPascals.
Résultats en KPa
Technique validée pour le diagnostic non invasif de la fibrose
hépatique.
Techniques de mesure de dureté
ARFI Virtual Touch™, Siemens
Quantitatif
ROI
Impulsion us
Ondes de
cisaillement
Résultats en m/s
 impulsion ultra sonore focalisée
 Mesure de « Vc » dans les deux directions dans une région d’intérêt
(ROI) mesurant 1cm x 0,5cm, à une profondeur maximale de 8 cm.
Techniques de mesure de dureté
ARFI Virtual Touch™, Siemens
Quantitatif
En pratique, pour mesurer la dureté des lésions nodulaires hépatiques:
Echographie mode B, sonde 4C1
1.Visualiser la
lésion
2. Centrer le ROI
sur la lésion
3. Mesurer la Vitesse de Cisaillement « Vc » sur des
structures relativement immobiles en fin d’inspiration
et d’expiration ou lors d’une courte apnée non forcée
Techniques de mesure de dureté
ARFI Virtual Touch™, Siemens
Qualitatif
Clair = tissu mou
Noir = tissu dur
 Fourni des cartes de dureté codées en échelle de gris en mesurant les
« Vc » dans une fenêtre de taille variable à une profondeur maximale
de 15cm.
Techniques de mesure de dureté
SWE™, Supersonic imagine
Qualitatif
Echelle colorimétrique
couleurs bleues = tissu plus mou
couleurs rouges = tissu plus dur
•
Impulsion ultra sonore.
 Mesure de « Vc » dans la fenêtre.

La cadence de mesure optimisée > 20 000 par secondes
(Aixplorer™) permet d’obtenir des cartes de dureté dont la résolution
est de l’ordre du millimètre.
Techniques de mesure de dureté
SWE™, Supersonic imagine
Quantitatif
Résultats en m/s ou KPa
 Mesure de Vc en m/s dans une région d’intérêt (Q box) dans le même
temps que l’étude qualitative.
Peut convertir la vitesse en dureté en KPa selon la formule E= 3ρc2
Mais avec une approximation de ρ qui est supposée constante =1000 kg/m3
Techniques de mesure de dureté
SWE™, Supersonic imagine
Qualitatif - Quantitatif
En pratique, pour mesurer la dureté des lésions nodulaires hépatiques:
1. Visualisation la lésion en mode B
2. Placer la fenêtre en incluant la lésion pour
obtenir une carte de dureté, au cours d’une
apnée de 3 à 5 secondes
3. Centrer la Q-Box sur la lésion puis sur le
foie extra lésionnel pour obtenir les valeurs
de « Vc ».
Facteurs influençant les mesures de dureté du parenchyme
hépatique
Matrice extracellulaire – architecture (ex: Fibrose)
Infiltration cellulaire
tumorale
Pression intra abdominale
Eviter l’inspiration bloquée
Pression
Pression Veineuse
Congestion hépatique
Insuffisance cardiaque
Cholestase
intra hépatique
Pression osmotique
Inflammation
Hépatite
Nécrose
Avantages et limites des techniques d’élastographie
impulsionnelle ultra sonore
ARFI Virtual Touch
Siemens
Avantages
Limites
Qualitatif
Quantitatif
Faisabilité
Reproductibilité
Profondeur limite: 8 cm
Technique évaluée
Apnée brève
SWE
Qualitatif++
Apnée : 3 à 5 s
Supersonic imaging
Carte de dureté haute
résolution
Technique peu étudiée
Cadence image
Aixplorer™
Quantitatif
Reproductible
Résultats
Dans la littérature, plusieurs études ont rapportées la dureté des
lésions nodulaires hépatiques:
•Gallotti et al. Eur J Radiol 2011 - Technique de mesure ARFI
•Cho et al. Ultrasound Med Biol. 2010 -Technique de mesure ARFI
•Guibal et al. ESGAR 2011 - Technique de mesure SWE
Nous rapportons notre propre expérience menée sur
44 patients (étude toujours en cours) et donnons les
valeurs comparées des autres séries.
Résultats
Analyse statistique
•Les moyennes des Vc médianes par catégorie de lésions ont été
calculées (Enod).
•Les rapports Enod/Efoie ont été calculés afin de comparer la dureté
des lésions par rapport au foie extra nodulaire.
(Efoie = moyenne des Vc médianes du foie extra nodulaire)
Résultats des mesures de dureté selon le type de lésion nodulaire
hépatique
Carcinome hépato cellulaire
n
Vc (m/s) ±
DS
Nous
Gallotti
Cho
Guibal
12
6
25
26
2,32 ±
0,98
2,17 ±
0,85
2,45 ±
0,81
2,16 ±
1,77
Dureté CHC identique au foie de cirrhose (Enod/Efoie=1,03)
Résultats des mesures de dureté selon le type de lésion nodulaire
hépatique
Métastases
Métastase
adénocarcinome poumon Métastase adénocarcinome pancréas
Métastase
adénocarcinome rénal
n
Vc (m/s) ±
DS
Nous
Gallotti
Cho
Guibal
10
9
15
53
1,86 ±
1,33
2,87 ±
1,13
2,18 ±
0,96
3,01 ±
2,24
Dureté métastases < foie extra nodulaire (Enod/Efoie = 0,86)
Résultats des mesures de dureté selon le type de lésion nodulaire
hépatique
Hyperplasie Nodulaire Focale
n
Vc (m/s) ±
DS
Nous
Gallotti
Cho
Guibal
7
13
-
16
2,15 ±
0,93
2,75 ±
0,95
-
3,22 ±
2,15
Dureté HNF > foie extra nodulaire (Enod/Efoie = 1,84)
Résultats des mesures de dureté selon le type de lésion nodulaire
hépatique
Adénome
n
Vc (m/s) ±
DS
Nous
Gallotti
Cho
Guibal
1
5
-
10
1,29 ±
0,37
1,25 ±
0,37
-
1,72 ±
1,16
Dureté adénome > foie extra nodulaire (Enod/Efoie = 1,21)
Résultats des mesures de dureté selon le type de lésion nodulaire
hépatique
Hémangiomes
n
Vc (m/s) ±
DS
Nous
Gallotti
Cho
Guibal
7
7
17
22
1,95 ±
0,98
2,30 ±
0,95
1,51 ±
0,71
2,08 ±
1,32
Dureté hémangiomes > foie extra nodulaire (Enod/Efoie = 1,62)
Résultats des mesures de dureté selon le type de lésion nodulaire
hépatique
Kyste biliaire
n
Vc (m/s) ±
DS
Nous
Gallotti
Cho
Guibal
5
-
-
-
1,63 ±
0,65
-
-
-
Dureté des kyste biliaires < foie extra nodulaire (Enod/Efoie = 0,66)
Résultats des mesures de dureté selon le type de lésion nodulaire
hépatique
Macro nodule de régénération
n
Vc (m/s) ±
DS
Nous
Gallotti
Cho
Guibal
2
-
-
-
1,97 ±
1,05
-
-
-
Dureté des MNR < foie extra nodulaire (Enod/Efoie = 0,55)
Discussion
Tableau comparatif des résultats des différentes études traitant de la
dureté des lésions hépatiques
Lésions
n
Nous
Vc (m/s)
± DS
n
Gallotti
et al.
Vc (m/s)
± DS
n
Cho
et al.
Vc (m/s)
± DS
n
Guibal
et al.
Vc (m/s)
± DS
CHC
12
2,32±0,9
8
6
2,17±0,8
5
25
2,45±0,8
1
26
2,16±1,7
7
métastase
10
1,86±1,3
3
9
2,87±1,1
3
15
53
3,01±2,2
4
7
4,23±2,8
4
Cholangio
carcinome
-
-
-
-
3
2,18±0,9
6
HNF
7
2,15±0,9
3
13
2,75±0,9
5
-
-
16
3,22±2,1
5
adénome
1
1,29±0,3
7
5
1,25±0,3
7
-
-
10
1,72±1,1
6
hémangiome
7
1,95±0,9
7
2,30±0,9
17
1,51±0,7
22
2,08±1,3
Résultats
ARFI et SWE permettent de comparer la dureté de la lésion à celle du foie
extra nodulaire en calculant le rapport Enod/Efoie:
Nous
Dureté hémangiomes ; HNF > foie
Dureté métastases ; kystes biliaires ; MNR < foie
Dureté CHC ≈ foie
Gallotti et al.
Dureté hémangiomes ; HNF ; métastases > foie
Dureté adénome < foie
Dureté CHC < foie
Guibal et al.
Dureté HNF ; métastases > foie
Dureté adénome ; hémangiomes < foie
Dureté CHC < foie
Résultats
•
ARFI et SWE permettent de comparer la dureté de la lésion à celle du
foie extra nodulaire en calculant le rapport Enod/Efoie.
•
Ce rapport prenant en compte la dureté du foie sous jacent n’a qu’une
valeur limitée puisqu’il peut varier en cas de foie pathologique.
•
Par exemple, en cas de cirrhose hépatique, la dureté du foie sous
augmente et le rapport Enod/Efoie diminue quelque soit le type de
lésion nodulaire hépatique.
Si Efoie 
Enod/Efoie 
Limites de la technique
•
Les facteurs influençant la mesure sont potentiellement nombreux.
•
Les écarts types pour chaque type de lésion sont importants.
•
La profondeur de mesure est encore limitée.
•
Ces différentes techniques mesurent la dureté des tissus sans
différencier l’élasticité et la viscosité.
•
Les études rapportent des types de lésions sans les différencier
(ex : type de métastase, type d’adénome).
Intérêts potentiels de la technique
Différencier adénome et HNF: dureté HNF > adénome
Différencier adénome et CHC: dureté CHC > adénome
Différencier cholangiocarcinome et CHC: dureté cholangiocacinome > CHC
Différencier adénome et métastases: dureté métastases > adénome
Conclusion
•
Les différentes techniques échographiques mesurant la dureté
des tissus apportent des informations complémentaires pour la
caractérisation des LNH lors de l’échographie conventionnelle.
•
Toutefois, l’importance des écarts types entre les valeurs des
vitesses de propagation des ondes de cisaillement pour un même
type de lésion nodulaire hépatique ne permet pas d’apporter un
diagnostic de certitude pour toutes les lésions.
•
Le calcul de la viscosité sera peut être une évolution permettant
une meilleure différenciation des lésions.
QCM
1. Il existe plusieurs techniques d’imagerie permettant d’évaluer la
dureté des lésions nodulaires hépatique.
Vrai
Faux
2. L’élastographie impulsionnelle ultra sonore mesure directement la
dureté des lésions hépatique en kilopascals.
Vrai
Faux
3. Mesurer la vitesse de propagation des ondes de cisaillement au
sein des lésions hépatiques permet d’apporter des informations
complémentaires à leur caractérisation.
Vrai
Faux
QCM
1. Il existe plusieurs techniques d’imagerie permettant d’évaluer la
dureté des lésions nodulaires hépatique.
Vrai
Faux
2. L’élastographie impulsionnelle ultra sonore mesure directement la
dureté des lésions hépatique en kilopascals.
Vrai
Faux
3. Mesurer la vitesse de propagation des ondes de cisaillement au
sein des lésions hépatiques permet d’apporter des informations
complémentaires à leur caractérisation.
Vrai
Faux
Références
1.
Gallotti A et al. Acoustic Radiation Force Impulse (ARFI) ultrasound imaging of focal
liver lesions. Eur J Radiol. 2011 Feb 15. [Epub ahead of print].
2.
Cho SH, Lee JY, Han JK, Choi BI. Acoustic radiation force impulse elastography for
the evaluation of focal solid hepatic lesions: preliminary findings. Ultrasound Med
Biol. 2010 Feb;36(2):202-8.
3.
Guibal A et al., Shear wave elastography in liver pathology. ESGAR 2011.
4.
Deffieux T et al. Shear Wave Spectroscopy for In Vivo Quantification of Human Soft
Tissues Visco-Elasticity. IEEE TRANSACTIONS ON MEDICAL IMAGING Volume :
28 Issue : 3 Pages : 313-322 Published : MAR 2009.
5.
Simona B. et al. Factors that influence the correlation of Acoustic Radiation Force
Impulse (ARFI) elastography with liver fibrosis. Medical Ultrasonography 2011.