Nouvelle modalité d’imagerie de la paroi artérielle par ultrasons : « l’UltrafastEcho »

Les dernières recommandations de l’European Society of Hypertension (ESH 2007) identifient la vitesse de l’onde de pouls et l’évaluation de la rigidité artérielle comme les paramètres les plus puissants en termes de pronostic cardiovasculaire et dont le coût reste encore raisonnable dans le cadre d’une politique de prévention primaire. UltrafastEcho, une technique unique au monde Une nouvelle technique d’imagerie par ultrasons appelée l’« UltrafastEcho » a récemment vu le jour. Initialement développée dans le domaine de la détection du cancer du sein et de l’exploration de la thyroïde, elle est aujourd’hui étudiée dans la pathologie vasculaire. Cette technique, unique au monde, est développée par un laboratoire français d’onde acoustique de l’École supérieure de physique chimie industrielle de Paris (ESPCI), dirigé par Mathias Fink, et dont le développement industriel est assurée par la seule compagnie d’échographie française encore sur le marché (SuperSonicImagine®, Jacques Souquet). Son innovation principale est sa capacité d’imager à une cadence 100 fois plus importante que les échographes standard actuellement disponibles (5 000 à 10 000 images/s). Ce saut technologique, résultat de plus de dix ans de recherche, est basé sur l’envoi d’une seule onde plane en émission (par opposition aux 128 lignes de focalisation des échographes standard) et à une focalisation uniquement en réception, qui est ensuite traitée par un système de post processing très puissant permettant une reconstruction ultrarapide de l’image. La rapidité d’acquisition de ce système lui permet d’accéder à l’évaluation de vitesse d’onde inaccessible par les échographes standard. Une des applications possibles sera d’évaluer en temps réel la vitesse de l’onde de pouls sur un segment localisé de la paroi artérielle afin d’identifier des troubles locaux de la rigidité de la paroi artérielle (figure 1). Figure 1. Méthodes d’acquisition de l’image. À gauche. Méthode conventionnelle avec focalisation en émission réception nécessitant 128 tirs. À droite. Envoi d’une seule onde plane en émission et focalisation uniquement en réception. La cadence image correspond à la PRF de l’appareil. La deuxième innovation est sa capacité à réaliser une véritable palpation virtuelle de la paroi artérielle en utilisant une autre modalité dénommée « Mode Push ». Le principe de cette technique correspond en fait à un domaine bien connu des radiologues et des physiologistes, c’est l’élastographie. Le principe consiste à envoyer, par un vibrateur externe, une onde ultrasonore de cisaillement sur le tissu à étudier et à calculer la vitesse de cette onde qui est directement corrélée à la rigidité du tissu représentée par le module de Young exprimé en Kpa. Or, cette technique utilisée en IRM nécessite l’utilisation d’un vibrateur externe et le calcul a posteriori par méthode stroboscopique de la vitesse de l’onde de cisaillement et donc de la rigidité locale. Le saut technologique embarqué dans ce nouvel échographe est l’incorporation du vibrateur externe dans la sonde d’échographie et sa capacité en temps réel d’imager l’onde de cisaillement. En commutant pour le mode Push, la sonde envoie un faisceau ultrasonore focalisé de 100 μs qui crée une onde de cisaillement se propageant le long de la structure étudiée ; celle-ci peut être visualisée en temps réel grâce au mode Ultrafast et ainsi permettre un calcul instantané de la vitesse de l’onde et donc de la rigidité locale. La vitesse de cette onde créée sera directement liée à l’élasticité de la paroi artérielle et ne dépendra pas, comme la vitesse de l’onde de pouls, d’autres paramètres comme la densité sanguine et le diamètre de l’artère. Une autre application possible sera donc de calculer l’élasticité locale de la paroi artérielle sans utiliser la vitesse de l’onde de pouls (figure 2). Figure 2. Principe de la palpation virtuelle ou « Mode Push » de l’UltrafastEcho. Limites des méthodes actuelles À ce jour, les techniques de référence pour l’évaluation de la vitesse de l’onde de pouls et de la rigidité artérielle sont respectivement le Complior® et l’Echotracking avec le système Artlab® (Esaote). Vitesse de l’onde de pouls La mesure de la vitesse de l’onde de pouls est communément admise comme la référence pour la mesure de la rigidité aortique. Elle est simple, non invasive et reproductible. Cependant, elle nécessite un appareillage dédié (le Complior®), ce qui rend jusqu’à présent son utilisation assez anecdotique et réservée à des centres de recherche ou de prévention cardiovasculaire.   La vitesse de l’onde de pouls carotido-fémorale est une mesure directe de rigidité selon « un modèle de propagation » de l’arbre artériel largement validé. Le résultat est une vitesse moyenne entre la carotide et la fémorale qui représente la rigidité aortique et donc la postcharge à laquelle doit faire face le ventricule gauche en systole. La pression qui y règne s’applique directement aux organes cibles (coeur, reins, cerveau). C’est la rigidité aortique qui est responsable de la majorité des phénomènes physiopathologiques responsables à terme des complications cardiovasculaires. C’est la raison pour laquelle seule la vitesse de l’onde de pouls carotido-fémorale a été validée comme valeur prédictive indépendante d’événements cardiovasculaires. La vitesse de l’onde de pouls est habituellement mesurée à partir de l’enregistrement « du pied » de l’onde de pression artérielle, du flux Doppler ou de l’onde de distension. Le temps de propagation de l’onde est mesuré et rapporté à la distance, habituellement mesurée entre les sites par un mètre ruban (figure 3). Figure 3. Méthode d’évaluation de la vitesse de l’onde de pouls selon la méthode « foot to foot ». Certains investigateurs recommandent de mesurer la distance entre les sites de mesure carotidien et fémoraux (Cf), d’autres entre le creux sus-sternal et le site fémoral (Css-f). Les recommandations de la Société européenne d’hypertension prennent une valeur de 12 m/s comme seuil de haut risque, valeur basée sur la mesure directe de distance carotidofémorale. La faisabilité de la mesure approche les 100 % et sa reproductibilité à court terme est ± 0,5 m/s.   Cette technique présente, cependant, plusieurs limitations : – avant tout son manque de diffusion en pratique clinique, dû en grande partie par la nécessité d’acquérir un appareil dédié avec pose de colliers capteurs sur la carotide et la fémorale du patient. Cet examen, à ce jour, n’est pas remboursé par la sécurité sociale ; – la nécessité de prendre comme hypothèse de calcul une rigidité artérielle homogène le long du trajet de l’onde de pouls ; l’incapacité à évaluer un trouble local de la rigidité artérielle ; – enfin, cette mesure peut être moins précise dans certaines situations pathologiques : syndrome métabolique, obésité, forte poitrine, mégadolico-artère affectant principalement la mesure de distance.   L’UltrafastEcho permet, lui, de visualiser en temps réel le passage de l’onde de pouls dans le réseau artériel et de calculer dans le même temps sa vitesse. Cette évaluation se fait uniquement à partir de la sonde d’écho-Doppler standard de l’échographe passant en mode Ultrafast. Nous avons déjà validé cette technique in vitro et in vivo sur des carotides de moutons et une étude pilote sur 25 patients sains semble donner des résultats prometteurs. Évaluation de la rigidité artérielle locale par échotracking L’évaluation de la rigidité artérielle locale se fait habituellement à partir d’artères superficielles comme la carotide. La rigidité de la carotide est intéressante car c’est une localisation fréquente de l’athérosclérose.   En pratique, un échographe classique pourrait évaluer le diamètre diastolique du vaisseau et sa variation systolo-diastolique mais, le plus souvent, leur résolution est insuffisante car ils utilisent un système de « vidéo loop ». Certaines équipes travaillent sur l’évaluation de la rigidité locale des artères profondes comme l’aorte en utilisant des séquences dédiées d’IRM. Cependant, la plupart des études cliniques et pharmacologiques utilisent la technique d’échotracking par ultrasons.   L’intérêt de l’évaluation locale réside dans le calcul direct de la rigidité artérielle à partir des variations de pression et de volumes calculées localement sans nécessité d’utiliser d’hypothèse de modèle circulatoire. Cependant, c’est ce qui en fait sa principale limite, la technicité exigée pour cette acquisition, qui est bien plus longue que celle de l’onde de pouls, fait qu’elle n’est indiquée que pour des analyses mécanistiques de maladies vasculaires rares, en pharmacologie et en thérapeutique mais en aucune façon pour des études épidémiologiques et encore moins en pratique clinique.   II restait jusqu’à présent le seul outil pouvant évaluer le module de Young locale, la relation entre épaisseur intima-média et propriétés viscoélastiques ou l’influence du remodelage externe ou interne sur la distensibilité artérielle.   De ce fait, ces dernières années ont été développés des imageurs dédiés à l’échotracking permettant de réaliser une échographie de haute résolution. Les deux premiers appareils sont le « Wall track system » et le « NIUSO2 ». Ces appareils utilisent directement le signal de radiofréquence qui provient de la transformation du signal acoustique en signal électrique par les cristaux piézo-électriques de la sonde. Ce système permet d’augmenter la résolution temporelle de 6 à 10 fois par rapport aux échographes standard, qui sont limités par l’analyse par pixel de l’image vidéo. En fait, la précision pour le calcul de variation de diamètre artérielle est de 1 mm pour l’échotracking et de 150 mm pour l’écho standard correspondant à la taille d’un pixel d’une image vidéo. Pour la résolution spatiale monodimensionnelle, l’échotracking est à 9 à 25 mm et l’écho standard entre 54 et 60 mm.   Un autre avantage de cette technique est que, dans le même temps, on peut extraire l’épaisseur intima-média, permettant le calcul du module de Young. L’obtention de la courbe pression- volume de l’artère scannée permet le calcul de la rigidité artérielle pour une pression artérielle donnée. À partir du délai temporel entre deux dilatations artérielles induites par l’onde de pression, on peut aussi obtenir la vitesse de l’onde de pouls locale. Cependant, la plupart de ces paramètres nécessitent l’évaluation de la pression locale qui est le plus fréquemment obtenue par tonométrie d’applanation qui nécessite l’utilisation d’une fonction de transfert. C’est cette mesure indirecte de la pression intra-artérielle qui constitue sa deuxième limitation. On peut, à partir de ces données calculer l’épaisseur intima-média, la distensibilité et le module de Young ou rigidité artérielle intrinsèque.   Si l’échotracking est un vrai progrès, il présente de nombreux inconvénients et limites : – sa technicité et sa longueur d’acquisition rendent son application confidentielle et ne peuvent intéresser dans l’état actuel des choses le cardiologue ou le médecin vasculaire ; – au niveau théorique, l’évaluation indirecte de la pression intra-artérielle dans le segment étudié ne permet pas d’avoir une précision adéquate.   C’est pour ces raisons que le mode push de l’UltrafastEcho semble prometteur : – sa facilité d’application à partir d’une sonde d’échographie d’aspect classique relié à l’échographe que l’on commutera en mode push pendant quelques secondes ; – l’absence de nécessité d’évaluer la pression intra-artérielle pour le calcul du module de Young ; – sa plus grande résolution temporelle et donc spatiale avec un cadence image à 650 images/s pour l’échotracking passant à 10 000 images/s pour l’Ultrafast (résolution de la PRF). Applications cliniques potentielles de l’UltrafastEcho Les applications de l’UltrafastEcho à la pathologie cardiovasculaire sont vastes et nécessiteront de nombreux essais cliniques.   Un prototype a été acquis par notre service dans le cadre d’une bourse TecSAN ANR mettant en collaboration les services de médecine vasculaire (J. Emmerich, Inserm U765) et de cardiologie (A. Hagege, Inserm U633) de l’HEGP, ainsi que le laboratoire Ondes et Acoustiques de l’ESPCI (M. Pernot, M. Tanter) et la compagnie SupersonicImagine®.   Nous travaillons sur un long programme clinique avec validation sur les patients sains et évaluation sur les patients à haut risque cardiovasculaire (collaborations Pr Alain Simon, CMPCV, HEGP) et porteurs de maladies vasculaires rares dans le cadre du Centre de référence des maladies vasculaires rares de l’HEGP. Le fil conducteur de cette recherche une fois validée, est d’utiliser cette technologie à des fins pronostiques en fonction de la localisation des troubles de la rigidité artérielle (carotide ou fémorale). Sa précision d’analyse locale par la méthode push permettra, on l’espère, de mieux comprendre les complications vasculaires des syndromes d’Ehlers-Danlos (SEDv) ou des maladies de Takayasu. Cette technologie permettra aussi, on l’espère, de participer à la meilleure compréhension du nombre important de cas de dissections d’artères de localisations différentes survenant chez des patients sains sans antécédents particuliers. Enfin, on peut imaginer dans un avenir proche, à partir de l’échographe en cours d’exploitation (Aixplorer, SupersonicImagine®), la possibilité d’obtenir dans le même temps et en temps réel : la vitesse de l’onde de pouls, l’épaisseur intimamédia et la rigidité locale. Ceci permettra une meilleure évaluation du risque cardiovasculaire du patient aboutissant à une amélioration de sa prise en charge. En pratique L’UltrafastEcho est une nouvelle modalité d’échographie permettant une acquisition allant jusqu’à 8 à 10 000 images/s. Cette résolution donne accès à la vitesse de l’onde pouls et à la rigidité artérielle locale par son mode push utilisant les principes de l’élastographie. Sa facilité d’application et sa précision laissent présager d’un développement important en pathologies cardiovasculaires. On peut envisager à terme une évaluation précise en temps réel de la paroi artérielle (épaisseur intima-média, onde de pouls et module de Young) à partir d’une sonde vasculaire d’aspect classique. Ce saut technologique permettra, on l’espère, d’améliorer l’évaluation phénotypique des patients porteurs de maladies vasculaires rares et de mieux évaluer le risque cardiovasculaire des patients en prévention primaire ou secondaire.