Intérêt et modalités d’utilisation de l’élastographie ultrasonore impulsionnelle 2D en mode shear wave elastography (2D-SWE) dans l’évaluation du développement pulmonaire fœtal

Interest and methods of using 2D ultrasounds shear wave elastography (2D-SWE) in the evaluation of fetal lung development

• Auteur / Autrice : Nicolas Mottet
• Direction : Rajeev Ramanah
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Médecine, biophysique et imagerie médicale
• Date : Soutenance le 13/03/2020
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Environnements, Santé (Dijon ; Besançon ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Nanomédecine, imagerie, thérapeutique (Besançon ; 2012-2023) - Nanomédecine, imagerie, thérapeutique
• Partenaire(s) de recherche : Site de préparation : Université de Franche-Comté (1971-2024)
• Jury : Président / Présidente : Sébastien Aubry
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Rajeev Ramanah, Sébastien Aubry, Olivier Morel, Franck Perrotin, Guillaume Gorincour, Emmanuelle Jacquet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Morel, Franck Perrotin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Maladies foetales

Poumon

Élastographie ultrasonore

Élasticité

Mots clés libres

Elasticité

Elastographie

Poumon

Médecine foetale

Foetus

Elasticity

Elastography

Lung

Fetal medicine

Fetus

Résumé

Le développement pulmonaire chez le fœtus s’accompagne d’une prolifération cellulaire, d’un renouvellement intense de la matrice extracellulaire et d’une augmentation des dépôts d'élastine responsables d’une évolution des caractéristiques tissulaires au cours de la gestation. L’élastographie ultrasonore impulsionnelle 2D en mode Shear Wave Elastography (2D-SWE) consiste à focaliser un faisceau ultrasonore à différentes profondeurs pour générer des ondes de cisaillement dont la vitesse de propagation dépend de l’élasticité du tissu étudié.L’objectif de cette thèse est de proposer une nouvelle approche du développement pulmonaire fœtal humain à travers l’étude de son élasticité au cours de la gestation grâce à l’utilisation de l’élastographie ultrasonore impulsionnelle 2D-SWE. En tenant compte des différents paramètres acoustiques des sondes d’échographie utilisées, nous avons pu respecter les critères de sécurité acoustique réglementaires pour explorer la poumon fœtal humain in vivo. Nous avons d’abord recherché les facteurs limitant la mesure de l’élasticité d’un tissu mou par 2D-SWE selon une approche fondamentale avec l’utilisation de tests rhéométriques. Dans une première étude pilote nous avons évalué la faisabilité et la reproductibilité de la mesure de l’élasticité pulmonaire fœtale in vivo par 2D-SWE. Dans une deuxième étude, nous avons suivi l’évolution de l’élasticité du poumon fœtal entre 24 et 39 semaines d’aménorrhée et comparé les valeurs obtenues à celle du foie fœtal. Enfin, nous avons étudié les variations du coefficient d’élasticité dans un modèle d’occlusion trachéale chez le singe d’une part, et lors de l’exploration de pathologies pulmonaires congénitales d’autre part.L’élastographie 2D-SWE permet d’apprécier l’élasticité moyenne d’un tissu mou mais ne semble pas appropriée pour en estimer sa valeur absolue. Il existe une variabilité du module d’élasticité, mais cette variabilité semble constante selon la profondeur d’exploration. L’utilisation de sondes convexes de basses fréquences parait plus adaptée à l’exploration de tissu profond en garantissant une meilleure stabilité du module de cisaillement. La première étude pilote chez 103 fœtus a permis de confirmer que les mesures de l’élasticité moyenne du poumon et du foie étaient faisables par 2D-SWE avec une reproductibilité acceptable. L’analyse intermédiaire des résultats de la deuxième étude pilote chez 63 fœtus montrait que l’évolution de l’élasticité moyenne selon l’âge gestationnel semblait différente pour le poumon et le foie. Alors que l’élasticité hépatique moyenne semblait augmenter avec l’âge gestationnel (3,76 kPa à 24 SA versus 4,52 à 39 SA, p<0,001) celle du poumon évoluait par pallier. De 24 SA à 32 SA, il existait une tendance à l’augmentation progressive de l’élasticité du poumon fœtal (3,82 kPa à 24 SA, 4,92 kPa à 28 SA, 5,15 kPa à 32 SA p<0,001). Après 32 SA, l’élasticité diminuait pour atteindre 4,42 kPa à 36 SA puis 4,09 kPa à 39 SA. Nous avons observé une dispersion plus importante des mesures pour le poumon par rapport à celle du foie pouvant témoigner d’une évolution tissulaire différente de ces deux organes au cours de la grossesse(p<0,001). Dans cette étude, les distances moyennes entre la sonde et le site de mesure au niveau du poumon et du foie étaient respectivement de 4,6 cm [2,5-8] et 5,8 cm [3-10]. On retrouvait une variation modérée de l’élasticité pulmonaire moyenne selon la profondeur d’exploration

Fetal Lung development is accompanied by cell proliferation, intense renewal of the extracellular matrix and increased deposits of elastin responsible for changes in tissue characteristics during gestation. Two dimensional Shear Wave Elastography (2D-SWE) consists in focusing an ultrasonic beam at different depths to generate shear waves whose propagation speed depends on the elasticity of the tissue.The objective of this thesis is to propose a new approach to human fetal lung development throughthe study of its elasticity during gestation with 2D-SWE. Considering the different acoustic parameters of the ultrasoundprobes used in this project, we were able to respect the regulatory acoustic safety criteria to explore the human fetal lung in vivo. We first investigated the factors limiting the measurement of the elasticity with 2D-SWE on soft tissue according to a fundamental approach through rheometric tests. In a first pilot study we evaluated the feasibility and the reproducibility of the measurement of the fetal lung elasticity in vivo by 2D-SWE. In a second study, we monitored the evolution of the elasticity of the fetal lung between 24 and 39 weeks of gestation (WG) and compared the values obtained with those of the fetal liver. Finally, we studied variations of lung elasticity during tracheal occlusion in monkeys and during the exploration of congenital pulmonary malformations.It is possible to assess the average elasticity of a soft tissue with 2D-SWE but this technique does not seem appropriate to estimate its absolute value. The use of convex probes with low frequency seems more suitable for eploring deep tissue by ensuring better stability of the shear modulus.The first pilot study in 103 human fetuses confirmed that measurement of the average elasticity of the lung and liver was feasible by 2D-SWE with acceptable reproducibility. Intermediate analysis of the results of the second pilot study in 63 fetuses showed that the evolution of the average elasticity according to gestational age seems different for the lung and the liver. While the average hepatic elasticity seemeed to increase with gestational age (3.76 kPa at 24 WG versus 4.52 at 39 WG, p<0,001) that of the lungs progressed by stages. From 24 WG to 32 WG, fetal lung elasticty increased gradually (3.82 kPa at 24 WG, 4.92 kPa at 28 WG, 5.15 kPa at 32 WG, p<0,001). After 32 WG, the elasticity decreases to reach 4.42 kPa at 36 WG and then 4.09 kPa at 39 WG. We observed a greater dispersion of the measurements for the lung compared to the liver, which could be related to a different tissue evolution of both organs during pregnancy. In this study, the average distances between the probe and the measurement site in the lung and liver were 4.6 cm [2.5-8] and 5.8 respectively cm [3-10] There was a moderate variation for lung average elasticity according to the depth of exploration