Contexte scientifique
Les propriétés mécaniques sont des biomarqueurs sensibles de l’état physiopathologiques des tissues biologiques. Elles dépendent des conditions biophysiques et de la fonction de l’organe considéré. Elles s’altèrent avec l’âge du sujet et sont modifiées par la plupart des maladies. Le dysfonctionnement cellulaire et la progression d’une maladie peuvent être favorisés par des changements mécaniques du tissu. La fonction cellulaire et l’intégrité tissulaire reposent en effet sur la mécanique matricielle puisque la différentiation, la migration, la prolifération et les processus d’adhésion peuvent être déclenchés par des signaux mécaniques.
L’élastographie par résonance magnétique (ERM) vise à caractériser de façon non-invasive les propriétés mécaniques des tissus biologiques. L’ERM consiste à appliquer une contrainte mécanique continue sur le tissu cible afin d’y générer un cisaillement qui est alors enregistré par IRM de contraste de phase avant d’être traité pour extraire la viscoélasticité du tissu1. L’ERM fut implémenté pour la première fois en routine Clinique pour stadifier les maladies chroniques du foie²,3 et pour discriminer les tumeurs dans le cancer du sein4.
Une approche originale a été développée pour générer des ondes mécaniques dans les organes profonds. Les voies naturelles sont empruntées pour contourner les barrières protectrices du corps humain et générer à distance des ondes de pression dans les organes ciblés, en particulier à travers la cavité buccale (Figure 1). Lorsque le sujet respire par le nez, les ondes de pression se propagent le long du tronc cérébral ; lorsque le sujet respire par la bouche, les ondes de pression se propagent le long des voies aériennes pour atteindre le cerveau ou le poumon du sujet avec des amplitudes suffisamment fortes (Figure 2).
L’élastographie par résonance magnétique (ERM) du cerveau a pu ainsi être réalisée et de premiers atlas des modules de viscoélasticité de cisaillement ont été obtenus sur des sujets sains (Figure 3)5. Des cartes de module de viscoélasticité de cisaillement ont été également obtenus dans les voies aériennes supérieures de sujets sains et apnéiques afin d’alimenter des simulations numériques sur les potentiels fermetures des voies au cours du sommeil6. L’hélium3 hyperpolarisé a été par ailleurs utilisé pour compenser le manque de signal dans le poumon et de premières cartes de viscoélasticité furent extraites dans les poumons chez l’humain et le petit animal7. De nouvelles approches sont explorées pour le poumon et, plus généralement, pour les tissus avec des durées de vie courtes, avec l’ERM de l’hydrogène.
Environnement scientifique
L’ERM par ondes de pression guidée est actuellement en phase d’évaluation dans le cerveau de sujets sains et épileptiques dans le cadre d’un protocole hospitalier de recherche clinique (PHRC g-brainMRE) à l’hôpital de Bicêtre. L’ERM des tissus à durées de vie de signal courtes est développée en collaboration avec GE Healthcare.
Références:
1/ R. Muthupillai, D. J. Lomas, P. J. Rossman, J. F. Greenleaf, A. Manduca, R. L. Ehman Magnetic resonance elastography by direct visualization of propagating acoustic strain waves Science 1995 269(5232):1854-7.
2/ L. Huwart, F. Peeters, R. Sinkus, L. Annet, N. Salameh, L. C. ter Beek, Y. Horsmans, B. E. Van Beers Liver fibrosis: non-invasive assessment with MR elastography NMR Biomed 2006 19(2):173-9.
3/ M. Yin, J. Woollard, X. Wang, V. E. Torres, P. C. Harris, C. J. Ward, K. J. Glaser, A. Manduca, R. L. Ehman Quantitative assessment of hepatic fibrosis in an animal model with magnetic resonance elastography Magn Reson Med 2007 58(2):346-53.
4/ Sinkus R, Tanter M, Catheline S, Lorenzen J, Kuhl C, Sondermann E, Fink M. Imaging anisotropic and viscous properties of breast tissue by magnetic resonance-elastography Magn Reson Med 2005, 53(2):372–387.
5/ Maître X., Lamain E., Sinkus R., Louis B., and Darrasse L. Whole brain MRE with guided pressure waves. 19th Scientific Meeting of the International Society for Magnetic Resonance in Medicine (ISMRM 2011), Montreal (Canada), 7-13 May 2011. Proceedings ISSN 1545-4428, p 3489 (2011).
¦ Marion Tardieu, Élastographie par résonance magnétique par ondes de pression guidées, www.theses.fr/2014PA112161
6/ Fodil R., Hagot P., Doel T., Lamain E., Darrasse L., and Maître X. Numerical modeling of the upper airway narrowing with MR-elastography inferred compliances. 7th World Congress of Biomechanics, Boston (USA), 7-11 July.
¦ Pascal Hagot Imagerie du couplage fluide-structure par résonance magnétique de l’hélium-3 hyperpolarisé au cours du cycle respiratoire, www.theses.fr/2015PA112059
7/ Santarelli R., Tardieu M., Sinkus R., Brillet P.-Y., Darrasse L., and Maître X. In vivo Helium-3 MR-Elastography: Assessment in Small Animal and Human Lungs. 21st Scientific Meeting of the International Society for Magnetic Resonance in Medicine (ISMRM 2013), Salt Lake City, Utah (USA), 20-26 April 2013. Proceedings ISSN 1545-4428, p 4117 (2013).
¦ Roberta Santarelli Elastographie du poumon par résonance magnétique de l’hélium-3 hyperpolarisé, www.theses.fr/2013PA112026