Approche évaluative des effets physiques de l'élastographie par ondes de cisaillement en vue de son application clinique pendant la grossesse

An Evaluative Approach to the Physical Effects of Shear Wave Elastography for Clinical Application in Pregnancy

• Auteur / Autrice : Maha Issaoui
• Direction : Didier Lémery, Marie-Pierre Sauvant-Rochat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ingénierie de la Santé
• Date : Soutenance le 17/12/2019
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne‎ (2017-2020)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de la vie, santé, agronomie, environnement (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pascal (Aubière, Puy-de-Dôme)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Xavier Balandraud, David Savery
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Muriel Doret, Marie-Victoire Senat

Mots clés

Mots clés contrôlés

Élastographie ultrasonore

Mots clés libres

Elastographie ShearWave

Evaluation du risque sanitaire

Phantom thermique

Périnatalité

Echographie

ShearWave elastography

Health risk assessment

Thermal phantom

Perinatal

Ultrasound

Résumé

L'Elastographie par onde de cisaillement ou ShearWave Elastography (SWE) est une technique échographique de caractérisation tissulaire permettant de mesurer in vivo les propriétés élastiques des tissus vivants. Le champ d’application de ce mode est large et a prouvé son utilité dans plusieurs domaines, mais il n’inclut pas le domaine obstétrical malgré son intérêt clinique potentiel. Ce travail de thèse s’inscrit dans l’évaluation des effets sanitaires de la SWE dans le domaine de la périnatalité. Il s’appuie sur deux articles publiés et un article soumis dans des revues à comité de lecture international. Dans un premier temps, une revue de la littérature scientifique a permis de décrire les principes physiques fondamentaux des ultrasons, les différentes variantes des méthodes élastographiques, et surtout la technique SWE développé par la société Supersonic Imagine (SSI), le CHU Estaing à Clermont Ferrand ayant acquis un échographe de cette marque (modèle AIXPLORER®). Dans une seconde partie, en s’appuyant sur la méthode d’Evaluation Quantitative de Risque Sanitaire (méthode EQRS), nous avons tenté d’identifier les effets et les risques sanitaires associés aux ultrasons, d’une manière générale, et plus spécifiquement liés à l’utilisation de techniques d’élastographie sur le foetus [Article 1]. Deux effets biologiques des ultrasons ont été identifiés : un effet mécanique et un effet thermique. La radiation énergétique de l’onde de « push » a été considéré comme le facteur de risque potentiel. Dans un troisième temps, nous avons initié l’étude ELASTORISK-I afin d’évaluer l’effet thermique de cette technique élastographique. Cette étude étant éthiquement inenvisageable chez des foetus humains, elle a été réalisée en deux parties : une étude sur un tissu biologique porcin [Article 2] puis sur un phantom physique homogène (Casper-1) représentatif des tissus foetaux [Article 3].La première partie de l’Etude ELASTORISK-I (article 2, chapitre 3) reposait sur une mesure comparative par caméra infrarouge, en conditions expérimentales identiques, de l’échauffement lié aux techniques échographiques (SWE, Doppler pulsé et B-mode) sur un tissu biologique de porcin. L’objectif était de quantifier cet échauffement et de démontrer l'intérêt et la pertinence de la thermographie infrarouge, qui est une technique non invasive de mesure de la température de surface en champ complet. Cette étude a montré que la thermographie infrarouge pourrait être une approche expérimentale complémentaire aux thermocouples qui sont actuellement la référence. Les résultats ont révèlé que l’échauffement le plus important était associé à la SWE.La deuxième partie d’ELATORISK-I (article 3, chapitre 4) a été dans la continuité de notre réflexion sur la quantification et l’évaluation, dans une approche comparative, de l’échauffement lié aux différentes modalités échographique (SWE, Doppler pulsé et mode-B) en utilisant des thermocouples placés dans un phantom imitant le tissu humain (Casper-1). Les résultats de cette étude ont confirmé les données obtenues en thermographie.Ce travail de thèse a apporté des connaissances sur l’effets biologiques de l’utilisation de SWE et a contribué à initier le débat au sein de la communauté scientifique sur le sujet des risques sanitaires potentiels de l’utilisation SWE en imagerie foetale. Il ouvre le champ à d’autres expérimentations, en particulier en phantom hétérogène intégrant des « tissus osseux » (casper-2) et incite investiguer les effets mécaniques (déplacements créés par l’onde de « push » = étude ELASTORISK-II (en cours)).

Shear wave elastography (SWE) is an ultrasound technique used to measure in vivo the elastic properties of tissues. The area of application of this mode is widespread and has proved its relevance in several areas, but it does not include the obstetrical field regardless of its potential clinical interest. This thesis research is part of the evaluation of the health effects of SWE in the field of perinatal care. It is based on two published articles and one article submitted in international peer-reviewed journals. First, a review of the scientific literature described the fundamental physical principles of ultrasound, the different variants of elastographic methods, and especially, the SWE technique developed by Supersonic Imagine (SSI), the CHU Estaing in Clermont Ferrand having acquired an ultrasound scanner from this brand (AIXPLORER® model). In the second part, using the Quantitative Health Risk Assessment method (QHRA method), we reviewed the literature with a view to identifying the health effects and risks of ultrasound associates in general and more specifically those related to the use of elastography techniques on the foetus[Article 1]. Two biological effects of ultrasound were identified: a mechanical effect and a thermal effect. The energetic radiation of the push wave being identified as the potential risk factor. In a third part, we initiated the ELASTORISK-I study to evaluate the thermal effect of this elastographic technique. As this study was ethically unthinkable in human fetuses, it was carried out in two parts: a study on a porcine biological tissue [Article 2] and then on a homogeneous physical phantom (Casper-1) representative of the fetal tissues [Article 3].The first part of ELASTORISK-I (article 2, chapter 3) is a comparative measurement by infrared camera, using identical experimental conditions, of the heating related to ultrasound techniques (SWE, pulsed Doppler and B-mode) on a biological tissue of a porcine. The objective was to quantify this heating and to demonstrate the interest and relevance of infrared thermography, which is a non-invasive technique for measuring surface temperature in the full field. This study shows that infrared thermography could be an experimental approach complementary to the thermocouples that are currently the reference. The results demonstrate that the most significant warm-up is associated with SWE.The second part of ELATORISK-I (article 3, chapter 4) is in the continuation of our reflection on the quantification and evaluation, in a comparative approach, of the heating related to the different ultrasound modalities (SWE, pulsed Doppler and mode-B) by using thermocouples placed in a phantom imitating human tissue (Casper-1). These results confirm the data obtained in thermography. This study has provided us with knowledge about the biological effects of SWE use and has helped to initiate debate within the scientific community about the potential health risks of SWE use in fetal imaging. It opens the field to other experiments, in particular by heterogeneous phantom combining bone (casper-2) and encourages the investigation of mechanical effects (displacements created by the "push" wave =