Le point commun aux différentes techniques d’élastographie ultrasonore est d’imager le module de Young. Pour déterminer ce module, il est nécessaire d’induire une déformation du milieu étudié et trois grands types d’élastographie sont décrits en fonction de la méthode d’excitation : statique, quasi-statique et dynamique (Figure 14,18).
Figure 14 : Méthodes d’élastographie ultrasonore disponibles sur les principaux dispositifs médicaux commercialisés. Daprès les recommandations de la World Federation for Ultrasound in Medicine &
Biology.[54]
Les premières méthodes d’élastographie quasi statiques consistent à analyser la dureté d’un tissu par application d’une contrainte externe (sonde d’échographie le plus souvent) (Figure 14,18). Il s’agit d’une méthode qualitative dont l’objectif est d’obtenir une cartographie couleur de la déformation tissulaire engendrée par la contrainte de la sonde (Figure 15) (STRAIN elastography)
[55][56]. L’objectif principal de la technique est d’estimer par échographie le déplacement généré entre une position de repos et une position sous contrainte. Cette différence est restituée sous forme d’elastogramme. Même si ces méthodes permettent de distinguer des structures molles ou dures, elles ne permettent pas de déterminer directement la vitesse d’une onde de cisaillement et ne permettent pas de calculer le module de Young. L’autre limite de cette technique résulte dans l’impossibilité d’explorer la déformation tissulaire en profondeur.
Figure 15 : Coupe du thorax fœtal à 28 SA exploré par Strain Elastography. La technique permet d’obtenir une cartographie couleur de la déformabilité de la région exploré. Les zones dures et peu déformables sont codées en rouge (grill costal). Les tissus mous (poumons) déformables sont codés en
bleus.
Actuellement, les techniques d’élastographie les plus utilisées sont celles qui analysent la déformation tissulaire secondaire à la propagation d’une onde de cisaillement. A la différence de l’élastographie strain, ces techniques d’élastographie sont des méthodes quantitatives qui mesurent la vitesse cS de propagation des ondes de cisaillement. Comme vu précédemment, la vitesse des ondes de cisaillement est directement relié au module de cisaillement μ par l’équation :
μ = ρ cS2
L’obtention du module de cisaillement permet de déduire secondairement le module E car E = 3 μ = ρ cS2
Suivant le mode d’impulsion de l’onde de cisaillement, on peut distinguer : l’élastographie impulsionnelle mécanique (transient elastography) et l’élastographie impulsionnelle ultrasonore
Elastographie impulsionnelle mécanique:
Le principe est de mesurer l’élasticité des tissus en les sollicitant par une impulsion mécanique brève et de suivre les déplacements de l’onde de cisaillement engendrés grâce aux ultrasons (Error! Reference source not found.). La première description de cette technique est rapportée par Stefan Catheline et Mathias Fink [50]. Le principe repose sur l’utilisation d’un transducteur ultrasonore équipé d’un vibrateur ou d’un piston utilisé à la fois comme générerateur d’une onde de cisaillement basse fréquence, et comme émetteur-récepteur de l’onde ultrasonore nécessaire au suivi de l’onde de cisaillement [58]. Dans cette méthode quantitative, une image des taux de déformations est obtenue, à partir de laquelle la vitesse de cisaillement et le module de Young sont calculés par des méthodes de temps de vol [57]. Ce procédé est utilisé par l’appareil Fibroscan®. Les mesures sont réalisées à une profondeur entre 25 et 65 mm. La vitesse de l’onde de cisaillement mesurée est convertie en kiloPascals. Cette vitesse est un reflet de la dureté du tissu.
Cependant, l’utilisation d’une sonde équipée d’un vibrateur peut rendre le système encombrant. Les techniques d’élastographie ont ensuite évolué lorsqu’il a été démontré qu’il était possible de générer une onde de cisaillement à partir d’une source ultrasonore en utilisant uniquement une sonde d’échographie [59]. Le développement de cette force de radiation ultrasonore fait suite aux travaux préliminaires de Fatemi et Greenleaf [60,61] et à ceux de Sarvazyan et al ave la Shear Wave Elasticity Imaging (SWEI) [53]. L’objectif de cette méthode est de focaliser des ultrasons sur une région d’intérêt pour générer un déplacement tissulaire estimé entre 1 et 20 μm dans les tissus mous. L’onde de cisaillement générée va se déplacer dans le tissu avec une vitesse différente de celle des ondes longitudinales de compression permettant de les distinguer plus facilement.
ARFI ou force de radiation ultrasonore : Ce type d’imagerie développée par Nithtingale et al permet de générer une force de radiation ultrasonore localisée dans les tissus en utilisant un échographe conventionnel [62,63]. La Société SiemensTM a développé ce concept pour mesurer l’élascitié
hépatique. Une même barrette ultrasonore est utilisée pour générer la force de radiation et acquérir les signaux traduisant le déplacement des tissus. Le long de la direction de la direction de propagation du faisceau ultrasonore, il existe une force qui tend à déplacer les tissus dans une direction opposée à celle de la source d’onde ultrasonore [64]. Les déplacements des tissus résultant de cette pression de radiation sont en général très faibles, mais dès qu’on focalise un faisceau ultra sonore pour atteindre une forte amplitude, il est possible de générer des déplacements plus importants. La technique consiste à générer une impulsion ultrasonore très localisée puis de mesurer la vitesse de l’onde de cisaillement générée dans un volume défini (Figure 16,18). La technique est appelé selon les constructeurs Point Shear Wave elastography. A partir de l’image de déplacement, un algorithme type temps de vol permet de calculer le module de cisaillement des tissus. Cependant, l’amplitude de l’onde de
cisaillement diminue avec la distance à la source devenant très vite inobservable et ne permet l’exploration que d’une petite surface [65]. L’imagerie par ARFI est utilisée dans l’exploration de la thyroïde, au sein ou à l’abdomen ou pour le monitorage de l’ablation du myocarde par radiofréquence [63][66][67].
Figure 16 : Génération d’une onde de cisaillement par pression de radiation ultrasonore
Shear wave elastography Imaging: Après repérage d’une zone d’intérêt en mode B, une fenêtre d’étude est placée dans laquelle on centralise des faisceaux ultrasonores à différentes profondeurs afin de créer une source de cisaillement mobile (Figure 17,18). Les différentes ondes de cisaillement générées par chacune des focalisations se propagent avec des longeurs d’ondes différentes et interagissent entre elles permettant d’augmenter l’amplitude de l’onde. Les ondes de cisaillement générées sont donc plus intenses que celles générées par ARFI. En couplant un dispositif d’imagerie ultra-rapide, la propagation des ondes de cisaillement est mesurée en temps réel et permet de fournir une cartographie en temps réel de l’élasticité tissulaire. La mesure d’élasticité est ainsi déduite de la vitesse de ces ondes de cisaillement. Cette avancée permet de combiner excitation et imagerie dans la seule barrette échographique permettant l’obtention d’un élastogramme en temps réel et sans utiliser un vibrateur externe. Contrairement à l’ARFI, cette technique permet d’évaluer l’élasticité sur une surface plus importante. Différents constructeurs ont dévelloppée leur système de 2D-SWE imaging : la société Aixplorer avec Supersonic Shear Imaging (SSI), General Electric Healthcare avec Logiq E9 et Samsung avec S-ShearWave Imaging.
Figure 17 : L’élastographie 2D-SWE permet de générer des ondes de cisaillement à différentes profondeurs le lond d’un faisceau ultrasonore et de déterminer la vitesse de propagations des ondes de
cisaillement par l émission d’ondes londitudinales à un cadence élévée.
Figure 18 : Synthèse des différentes méthodes d’élastographie applicables à l’exploration du poumon foetal