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Journal de radiologie
Volume 92, n° 5
pages 421-427 (mai 2011)
Doi : 10.1016/j.jradio.2011.02.024
Élastographie transitoire du tendon calcanéen : résultats préliminaires et perspectives
Transient elastography of calcaneal tendon: Preliminary results and future prospects
 

S. Aubry a, , b , J.-R. Risson a, B. Barbier-Brion a, b, L. Tatu c, C. Vidal d, B. Kastler a, b
a Service de radiologie A, CHU Jean Minjoz, boulevard Fleming, 25000 Besançon, France 
b Laboratoire intervention, imagerie, ingénierie et innovation en santé, université de Franche-Comté, 25000 Besançon, France 
c Laboratoire d’anatomie, université de Franche-Comté, 25000 Besançon, France 
d Centre d’investigation clinique en innovation technologique, CHU Saint-Jacques, 25000 Besançon, France 

Auteur correspondant.
Résumé
Objectifs

Évaluer l’élastographie transitoire ShearWave du tendon calcanéen chez le sujet sain.

Patients et méthodes

Les tendons calcanéens de 30 volontaires sains ont été examinés prospectivement au moyen d’un prototype Rubi V1Sq (Supersonic Imagine). Des cartographies d’élasticité tissulaire ont été réalisées en coupes longitudinales et axiales à trois différents degrés de flexion articulaire. Les valeurs quantitatives de modules de cisaillement exprimées dans une échelle de 0 à 600 kilopascal (kPa) ont été comparées et analysées en sous-groupes en fonction de facteurs de variation prouvés ou suspectés (âge, sexe, pratique sportive régulière).

Résultats

En coupe longitudinale, les valeurs moyennes de modules de cisaillement ont été de 104±46kPa en extension, 464±144kPa en position 0° et 410±196kPa en dorsiflexion maximale. Nous avons observé une augmentation significative des modules d’élasticité tissulaire lors de la mise en tension du tendon calcanéen (p <0,01). Il existait une bonne corrélation intra-individuelle entre les mesures longitudinales effectuées à droite et à gauche en extension (Coefficient de Pearson 0,8 ; p <0,01). Enfin, les sujets sportifs présentaient un module de cisaillement significativement supérieur aux non sportifs (p <0,05).

Conclusion

L’élastographie transitoire du tendon calcanéen est une technique simple qui fournit en temps réel des données d’élasticité tissulaire précises et cohérentes.

The full text of this article is available in PDF format.
Abstract
Purpose

To evaluate transient ShearWave elastography of the normal Achilles’ tendon.

Patients and methods

The Achilles’ tendon of 30 normal subjects were prospectively assessed using a Rubi V1Sq prototype (Supersonic Imagine). Quantitative elastography maps displayed in kilopascals with a scale of 0 to 600kPa were generated from transverse and longitudinal images at 3 different levels of plantar flexion. Subgroups were compared and analyzed based on proven or suspected variation factors (age, gender, level of physical activity).

Results

On sagittal images, mean elasticity was 104±46kPa during extension, 464±144kPa in neutral position and 410±196kPa during maximum dorsiflexion. There was significant increase in elasticity when the Achilles’ tendon was maximally stretched (p <0.01). The intra-individual correlation between right and left tendons during ankle extension was good (Pearson Coefficient 0.8; p <0.01). Finally, physically active subjects showed significantly greater elasticity than non-active subjects (p <0.05).

Conclusion

Transient ShearWave elastography of the Achilles’ tendon is a simple technique that provides real-time information about tissue elasticity.

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Mots clés : Élastographie transitoire, Échographie, Tendon, Achille, Calcanéen, Normal

Keywords : Transient elastography, US, Tendon, Achilles’ tendon, Normal


Les tendons s’adaptent de façon dynamique au stress mécanique, augmentant leur résistance à la rupture en cas de sollicitation [1]. À l’inverse, une altération des propriétés élastiques est retrouvée lors de l’immobilisation ou du vieillissement [2]. La fréquence des tendinopathies est élevée, en augmentation ces 30 dernières années en raison de la généralisation des pratiques sportives [3, 4]. Le tendon calcanéen est celui qui est soumis aux plus importantes contraintes mécaniques. Il s’agit du tendon le plus fréquemment rompu et avec le tendon patellaire, l’un des deux tendons les plus fréquemment atteints par le surmenage [5].

L’élasticité tissulaire est généralement quantifiée par une constante physique, le module d’élasticité de Young, qui relie la contrainte longitudinale d’étirement appliquée à un matériau élastique à la déformation qui en résulte. La plupart des études s’intéressant à l’élasticité des tendons ont été réalisées in vitro au moyen de tests d’étirement longitudinaux fournissant les courbes de contrainte-élongation et contrainte-déformation (Figure 1) permettant d’en extraire les principaux paramètres d’élasticité. Toutefois, l’analyse des résultats publiés montre une grande disparité dans les valeurs obtenues, expliquée par de nombreuses difficultés expérimentales [2, 6, 7]. Des mesures in vivo ont également été réalisées, mesurant l’élongation tendineuse en échographie après application d’une force mesurée au moyen d’un dynamomètre [8, 9, 10, 11]. L’élastographie est une modalité d’imagerie ultrasonore récente permettant d’évaluer de façon non invasive l’élasticité des tissus mous. L’intérêt de l’élastographie transitoire ou impulsionnelle est sa capacité à fournir en temps réel une mesure quantitative du module de cisaillement tissulaire qui reflète le module de Young [12, 13]. À notre connaissance, aucune étude évaluant cette technique en imagerie tendineuse n’a été publiée.



Figure 1


Figure 1. 

Courbe contrainte-déformation. La portion linéaire correspond à la zone d’élasticité et sa pente au module de Young. Au-delà d’une limite de déformation maximale, le tendon se rompt et le module de Young s’effondre.

Zoom

L’objectif principal de cette étude était d’évaluer la faisabilité de l’élastographie transitoire [14, 15] du tendon calcanéen dans une population de sujets sains. L’objectif secondaire était la recherche de facteurs de variation du module de cisaillement dans la population tels que l’âge, le sexe ou la l’activité sportive.

Patients et méthodes

Il s’agit d’une étude prospective descriptive ayant obtenu l’accord du CPP Est-II en juin 2010. Pour être inclus, les sujets devaient être majeurs, avoir signé un consentement éclairé et ne devaient pas avoir d’antécédent de tendinopathie ou de chirurgie tendineuse, de symptomatologie douloureuse et d’anomalie tendineuse sur l’examen échographique préliminaire réalisé en mode B et Doppler. De plus, les volontaires avec des antécédents de maladie systémique, métabolique ou endocrinienne, de psoriasis, ou ceux traités par corticostéroïdes, œstrogènes, quinolones et hypocholestérolémiant ont été exclus en raison de l’association connue de ces facteurs avec les tendinopathies [16, 17]. Soixante tendons calcanéens de 30 sujets sains ont été successivement examinés.

L’ensemble des mesures a été réalisé par trois radiologues, au moyen du même appareil, un prototype Rubi V1Sq (SuperSonic Imagine® Aix-en-Provence, France). La sonde utilisée était une sonde linéaire superficielle de 12MHz. Les sujets ont été installés en procubitus, les chevilles dépassant de la table d’examen. L’examen a débuté par une échographie conventionnelle en Mode B et Doppler couleur pour éliminer tout signe de tendinopathie. La largeur et l’épaisseur de chaque tendon ont été mesurées en coupe axiale à 5cm de sa terminaison.

Les mesures ont été secondairement effectuées en mode élastographique (Mode E) fournissant une cartographie d’élasticité tissulaire codée par une échelle de couleur allant du bleu (mou) au rouge (dur). Pour cette étude, l’échelle de mesure maximale de l’appareil a été utilisée : 0 à 600 kilopascal (kPa). Les valeurs numériques du module de cisaillement (kPa) ont été obtenues en plaçant une seule région d’intérêt appelée Q-Box (quantitative box ) de taille constante (3mm2, choisie de manière à s’inscrire totalement dans le tendon) au centre du tendon à 5cm de sa terminaison (Figure 2), en coupe sagittale puis en coupe axiale. Les mesures ont été réalisées en extension complète, puis à 0° de flexion et enfin en dorsiflexion maximale passive, l’opérateur effectuant une poussée sur la face plantaire du pied du sujet.



Figure 2


Figure 2. 

Cartographie d’élasticité couleur du tendon d’Achille en coupes axiales (Ax) et longitudinales (Long). En extension, le tendon est mou (bleu). Lors de sa mise en tension, il devient de plus en plus dur (jaune puis rouge). Mise en place de boîtes de quantification carrées de 3mm2 permettant de mesurer la valeur quantitative du module de cisaillement en kPa.

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L’âge, le sexe, la taille, le poids et l’indice de masse corporelle de chaque sujet ont été notés, de même que la pratique d’une activité sportive régulière : les sujets étaient définis comme sportifs s’ils pratiquaient 1h minimum de sport hebdomadaire.

L’analyse statistique a été réalisée en utilisant le logiciel Systat® 11. Le niveau de signification pour l’ensemble des tests comparatifs et de corrélation a été fixé à p supérieur ou égal à 0,05.

Résultats

Trente sujets ont été inclus avec un sexe ratio de 1 (15 hommes et 15 femmes). L’âge moyen était de 36±13ans. Dix-neuf sujets (63 %) pratiquaient une activité sportive régulière définie comme supérieure à une heure chaque semaine. La taille et l’indice de masse corporel moyens étaient respectivement de 172±11cm et 22,8±3,5kg/m2. La largeur moyenne des tendons était de 14,4±2,1mm et l’épaisseur moyenne de 4,1±0,6mm.

En coupe longitudinale, les valeurs moyennes de modules de cisaillement ont été de 104±46kPa en extension complète, 464±144kPa en position 0° et 410±196kPa en dorsiflexion maximale (Tableau 1).

Une augmentation significative des valeurs du module élastique a été mise en évidence lors de la flexion de l’articulation (p <0,01), ces valeurs sont détaillées dans le Tableau 1. Une bonne corrélation entre le côté droit et le côté gauche a été retrouvée pour les mesures en coupe longitudinale en extension et en dorsiflexion avec des coefficients de Pearson à 0,8 (p <0,01) et 0,66 (p <0,01) respectivement. En revanche, les mesures réalisées en coupes axiales ont montré des corrélations entre les deux côtés statistiquement significatives, mais moins bonnes (Tableau 2).

Il n’a pas été retrouvé de différence significative des valeurs d’élasticité en coupes longitudinales sur cheville en extension en fonction du sexe (p =0,20) ou du côté observé (p =0,48) et la corrélation est faible en fonction de l’âge (coefficient de Pearson=−0,25) et de l’indice de masse corporel (coefficient de Pearson=0,39). En revanche, les sujets sportifs présentaient un module de cisaillement du tendon calcanéen significativement supérieur aux non sportifs (p <0,05) (Tableau 3).

Discussion

L’élastographie transitoire supersonique du tendon d’Achille est faisable : l’étude a été réalisable pour l’ensemble des participants. Les mesures d’élastographie se sont révélées simples et la durée totale de l’examen (Mode B, Doppler, Mode E) ne dépasse pas 15minutes.

Cette étude fournit les premières valeurs normales de module de cisaillement du tendon d’Achille au sein d’une population relativement jeune (36ans en moyenne). À notre connaissance, il n’existe pas à ce jour d’étude d’élastographie tendineuse fournissant des résultats quantitatifs. Ce travail se distingue de l’ensemble des études précédentes, réalisées au moyen d’appareil d’élastographie statique [18, 19]. La limitation majeure de ce type de technique vient du fait que la déformation des tissus est produite manuellement par l’opérateur au moyen d’une pression uniforme sur la sonde. La valeur de la contrainte appliquée ne peut pas être connue par l’appareil qui représente le déplacement tissulaire sous la forme d’une cartographie couleur mais ne peut déduire la valeur du module de Young. Les résultats obtenus en élastographie statique ne peuvent donc pas être quantitatifs. Notre étude est basée sur l’élastographie transitoire (ou élastographie impulsionnelle) utilisant les ondes de cisaillement. Cette technique échographique est la seule permettant actuellement une mesure locale et quantitative de l’élasticité tissulaire, en temps réel.

L’appareil utilisé (prototype V1Sq, Supersonic Imagine®, Aix-en-Provence, France) rend possible l’enregistrement ultrarapide du déplacement d’une onde de cisaillement tissulaire générée en utilisant la force de radiation d’un faisceau d’ultrasons focalisés vers la profondeur à une vitesse supersonique.

Les ondes de compression utilisées en imagerie ultrasonore conventionnelle se déplacent avec une vitesse élevée, en comprimant les couches successives de tissus de proche en proche. Contrairement à elles, les ondes de cisaillement provoquent un glissement élastique des couches de tissus les unes par rapport aux autres et se déplacent perpendiculairement au faisceau les générant. Leur vitesse (c) est lente, de l’ordre de 5 à 10m/s. Celle-ci est directement reliée aux propriétés élastiques des tissus mous par l’approximation E=3ρc2, où E est le module d’élasticité (kPa) et ρ la masse volumique (estimée à 1000g/m3) [20].

Le second intérêt des ondes de cisaillement est que leur faible vitesse rend possible l’imagerie de leur déplacement (Figure 3a, 3b et 3c). Pour cela, l’appareil V1Sq utilise une technologie d’imagerie ultrarapide permettant d’insonifier un plan de coupe en un seul tir ultrasonore et de l’imager à une cadence image très élevée, proche de 20 000Hz. Le principe est de filmer les déplacements particulaires pour au final construire une cartographie des vitesses des déplacements tissulaires (Figure 3d). Les valeurs d’élasticité tissulaire sont ensuite directement calculées au moyen de l’équation précédente [14, 15].



Figure 3


Figure 3. 

Imagerie haute fréquence de la propagation d’une onde de cisaillement dans un milieu contenant une inclusion solide représentée en rouge (a=0ms, b=5ms, c=10ms). Noter que l’onde se déplace plus rapidement dans l’inclusion solide (c). Cartographie couleur de l’élasticité calculée en fonction de la vitesse de déplacement de l’onde de cisaillement (d).

Zoom

Les résultats obtenus lors de cette étude préliminaire apparaissent en adéquation avec les données de la littérature. La structure des tendons est composée de collagène et de matrice extracellulaire dont les proportions apparaissent variables et reliées à leurs propriétés élastiques. Il a été montré que l’augmentation de la quantité de collagène était associée à une augmentation du module élastique du tendon [21]. En 1980, Woo et al. [22] ont également démontré sur un modèle porcin la relation entre l’activité physique et l’augmentation de densité des tendons, associée à l’augmentation de leur teneur en collagène. De nombreuses études on prouvé que le surmenage stimule la production de métalloprotéases, à l’origine d’une dégradation du réseau de collagène et d’une dégénérescence tendineuse [6]. Cette dégénérescence histologique apparaît plus importante chez le sujet symptomatique et atteint un niveau maximal en cas de rupture tendineuse [23]. À l’inverse, la faible stimulation des ténocytes, comme lors de l’immobilisation, conduirait à la baisse de l’expression des métalloprotéases [6]. La survenue des tendinopathies reste une problématique biomécanique et biochimique complexe dont l’élastographie pourrait améliorer la compréhension.

L’élastographie transitoire supersonique permet de quantifier l’augmentation de la dureté du tendon d’Achille lors de la dorsiflexion. En extension complète, le tendon ne subit pas de contrainte d’étirement, les valeurs de modules obtenues sont minimales car celles-ci correspondent au talon de la courbe contrainte-déformation (Figure 1). Lors de la mise en tension du tendon (positions de 0° puis de dorsiflexion maximale), il existe une augmentation des modules élastiques traduisant le déplacement vers la portion linéaire de la courbe (Loi de Hooke). Toutefois, les valeurs moyennes relevées ont été légèrement inferieures dans la position en tension maximale par rapport à la position à 90°, soit respectivement 464kPa et 410kPa. Ces résultats paradoxaux semblent liés aux limitations techniques actuelles de l’appareillage utilisé : actuellement les mesures d’élasticité ne sont possibles que pour des valeurs inférieures à 600kPa. Cette valeur maximale a été atteinte par 20 % des sujets dès la position 0°, et par 13 % des patients en dorsiflexion complète. De plus, pour un certain nombre d’entre eux, un effet paradoxal a été observé lors de la majoration de la tension appliquée en dorsiflexion maximale, se traduisant par un effondrement des valeurs moyennes (13 % des patients<100kPa), probablement liée à l’impossibilité de calculs de vitesses de propagation trop élevées. Ce problème d’origine matérielle devrait sans doute trouver une solution aux cours des évolutions prochaines des appareils avec élargissement de la gamme de mesure et mise au point de réglages dédiés à l’échographie tendineuse.

L’anisotropie des tissus mous, et particulièrement des tendons, est à l’origine d’une variabilité des vitesses de propagation des ondes de cisaillement en fonction de leur direction de déplacement. Le modèle d’anisotropie linéaire démontré dans le muscle [24] pourrait expliquer les différences de valeur des modules élastiques du tendon calcanéen entre les coupes longitudinales et axiales, rendant ces dernières peu informatives. Une faible reproductibilité des élastogrammes en coupes axiales à également été constaté en élastographie statique [19].

L’absence de différence significative en fonction du sexe a déjà été proposée par plusieurs études récentes [7, 25]. Nous n’avons pas trouvé de relation statistique des modules de cisaillement en fonction de l’âge des sujets testés. Cela pourrait être expliqué par un biais de sélection d’une population jeune (âgée de 18 à 57ans), et active, et devra être étudié ultérieurement sur une population de plus grand effectif. L’étude de la reproductibilité inter- et intra-observateur des mesures de module de cisaillement devra également être effectuée au vu des importants écarts types observés (Tableau 1).

Conclusion

Cette étude montre la faisabilité de l’élastographie transitoire supersonique par onde de cisaillement du tendon calcanéen. L’intérêt de cette modalité ultrasonore non invasive est de fournir une estimation de l’élasticité tissulaire exprimée sous la forme d’une valeur quantitative du module de cisaillement longitudinal. Les résultats préliminaires in vivo obtenus par cette technique sont cohérents avec plusieurs études in vitro de la littérature, montrant entre autres, une association statistique entre l’activité sportive et l’augmentation des valeurs des modules d’élasticité tendineuse. Comme toute technique en développement, certaines limitations matérielles ont été mises en évidence. Celles-ci devraient s’amenuiser avec les évolutions matérielles futures et la mise en place de solutions dédiées à l’imagerie musculo-squelettique.

Déclaration d’intérêts

L’auteur déclare ne pas avoir de conflits d’intérêts en relation avec cet article.

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