Brevet FR3054123A1 — publié le 20180126

PROCEDE DE MESURE D'UN PARAMETRE VISCOELASTIQUE D'UN ORGANE HUMAIN OU ANIMAL DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne le domaine de la mesure des propriétés viscoélastiques d'un tissu biologique. Plus spécifiquement, l'invention porte sur un procédé de mesure d'un paramètre viscoélastique à l'aide d'impulsions ultrasonores multifréquences. ETAT DE L'ART Plusieurs techniques non-invasives pour la mesure des propriétés viscoélastiques des organes humains ou animaux ont été développées. Parmi ces techniques l'élastographie impulsionnelle est particulièrement efficace dans le suivi des affections des tissus mous et notamment du foie humain. Par exemple, la demanderesse a développé et commercialisé un dispositif, FibroscanTM qui est désormais une référence pour le diagnostic et le suivi de la fibrose hépatique. Ce dispositif est notamment illustré dans les brevets EP 1 169 636 et EP 1 531 733 déposés par la demanderesse. Cette affection peut être la conséquence de maladies comme les hépatites ou le cancer du foie et elle se caractérise par une perte d'élasticité du foie. La technologie développée par le déposant et décrite dans les brevets cités est connue avec le nom « Vibration Controlled Transient Elastography » (ou VCTE). La technologie VCTE porte sur le suivi de la propagation d'une onde de cisaillement à l'intérieur du tissu à caractériser. L'onde de cisaillement est générée à l'aide d'une vibration mécanique et le suivi de sa propagation est réalisé à l'aide d'ultrasons. Le suivi de la propagation de l'onde de cisaillement permet de mesurer sa vitesse de propagation, qui dépend directement de l'élasticité du milieu de propagation. D'autres affections du foie sont aujourd'hui plus difficiles à évaluer. C'est le cas par exemple de la stéatose hépatique, qui se manifeste par une accumulation de lipides à niveau des cellules du foie appelées hépatocytes. Dans certains cas il s'agit d'une situation bénigne et réversible. Néanmoins, elle peut être associée à une inflammation chronique (stéato-hépatites), notamment quand elle est accompagnée 3054123 par une consommation d'alcool élevée, par l'obésité ou bien par des maladies métaboliques. Dans les maladies chroniques du foie la stéatose peut être un cofacteur dans la progression de la fibrose. La stéatose du foie peut être évaluée en mesurant l'absorption des ultrasons qui se propagent à l'intérieur du foie (voir par exemple M. Sasso et al « Controlled attenuation parameter (cap): a nove) vcte guided ultrasonic attenuation measurement for the evaluation of hepatic steatosis: preliminary study and validation in a cohort of patients with chronic liver disease from various causes » dans Ultrasound in Medicicine and Biology Vol. 36, Numéro 11, 2010, et M. Sasso et al. « Liver steatosis assessed by controlled attenuation parameter (cap) measured with the xl probe of the fibroscan: a pilot study assessing diagnostic accuracy» dans Ultrasound in Medicine and Biology, Volume 42, Numéro 1, 2015). Il est important donc de pouvoir mesurer la quantité de stéatose présente dans le foie et si possible d'associer à la mesure de stéatose une évaluation de l'élasticité du foie. Préférentiellement ces diagnostics doivent pouvoir être réalisés au cours de la même consultation médicale et avec des techniques non-invasives. Avantageusement ces mesures d'atténuation sont couplées à la mesure d'une autre propriété viscoélastique du foie comme par exemple son élasticité. Cette technique est décrite par la demande de brevet EP2477551 déposée par la demanderesse. Néanmoins, les solutions techniques connues fournissent des mesures avec un rapport signal sur bruit qui peut être très faible notamment dans le cas de patients obèses - dont le foie présente souvent de la stéatose - à cause de l'atténuation élevée des impulsions ultrasonores dans les tissus sous cutanés (graisse notamment), ainsi que dans le milieu à mesurer lui-même. RESUME DE L'INVENTION Dans ce contexte, la présente invention vise à fournir un procédé de mesure d'au moins une propriété d'un organe humain ou animal ou d'un tissu viscoélastique permettant de réaliser rapidement des mesures fiables, reproductibles et ayant un plus grand rapport signal sur bruit dans une large cohorte de patients comprenant aussi les patients obèses. 3054123 3 A cette fin, l'invention propose notamment un procédé de mesure d'au moins un paramètre viscoélastique d'un organe humain ou animal, ledit procédé comportant les étapes suivantes : - émission par un transducteur ultrasonore d'une pluralité de tirs 5 ultrasonores, lesdits tirs ultrasonores se propageant dans l'organe à caractériser ; - réception par le transducteur ultrasonore et enregistrement à chaque tir ultrasonore des signaux ultrasonores réfléchis ; - détermination d'au moins un paramètre viscoélastique de l'organe à 10 partir des signaux ultrasonores enregistrés. Dans le procédé selon l'invention : - la pluralité de tirs ultrasonores est formée par la répétition de K groupes de tirs, lesdits groupes étant séparés temporellement, K étant supérieur ou égale à 1 ; 15 - chacun des K groupes de tirs ultrasonores est formé par la répétition avec une cadence PRF2 de MK blocs(s) de tirs ultrasonores, MK étant supérieur ou égale à 1 ; - chacun desdits MK blocs est composé par N tirs ultrasonores, N étant supérieur ou égale à 1, PRF1 étant la cadence d'émission des N tirs 20 quand N est choisi supérieur à 1 ; - les N tirs ultrasonores sont repartis sur P fréquences, P étant compris entre 1 et N, au moins deux tirs ultrasonores appartenant à deux blocs différents ayant fréquences différentes 25 On entend par paramètre viscoélastique d'un organe humain ou animal un paramètre comme par exemple l'atténuation des signaux ultrasonores. Dans le cas du foie humain ce paramètre est lié à la stéatose, à savoir la concentration de lipides dans les tissus. On entend par organe humain ou animal un tissu biologique comme par exemple le 30 foie. Dans ce qui suit on appellera ce tissu biologique un organe humain ou animal ou indifféremment un tissu ou un milieu viscoélastique. 3054123 4 On entend par transducteur ultrasonore un dispositif disposé à proximité du tissu à étudier et capable à la fois d'émettre des ultrasons qui se propagent à l'intérieur du tissu et de détecter les signaux ultrasonores réfléchis. Le transducteur peut être également formé par une multiplicité d'éléments destinés à former une barrette. 5 Avantageusement, dans le cas du foie humain, l'invention permet d'obtenir une meilleure évaluation de la stéatose en augmentant la qualité, la reproductibilité et la rapidité des mesures. Le procédé selon l'invention prévoit l'émission d'une multiplicité de tirs ultrasonores repartie en K groupes, les K groupes étant temporellement séparés. Chacun des K 10 groupes comprend une répétition de MK blocs de tirs ultrasonores avec une cadence PRF2. On entend par cadence PRF2 le taux de répétition de l'émission des M blocs de tirs ultrasonores. Par exemple une cadence PRF2 de 1Hz comporte l'émission d'un bloc de tirs par seconde, une cadence PRF2 de 60Hz comporte l'émission de 60 blocs de tirs par seconde, c'est-à-dire un bloc tous les 1/60 de seconde. 15 Chacun des MK blocs émis est composé par N tirs. Les N tirs composant chaque bloc sont émis avec une cadence, c'est-à-dire un taux de répétition, PRF1. Quand une impulsion ultrasonore se propage à l'intérieur du tissu à caractériser, son intensité en fonction de la distance parcourue z est donnée par la formule : 1(z) = loe-a(f)z zo Ici 1(z) est l'intensité de l'impulsion en fonction de la distance parcourue z, lo est l'intensité émise et a(f) est le coefficient d'absorption du tissu, exprimé en dB m-1. Le coefficient d'absorption dépend de plusieurs paramètres et notamment de la fréquence des signaux ultrasonores, f, et des propriétés du tissu. Plus particulièrement, dans le cas du foie a(f) dépend du contenu en lipides du tissu et 25 constitue donc une mesure de la stéatose. Les N tirs ultrasonores sont répartis sur P fréquences. Les P fréquences sont différentes quand P>1. Cela permet d'exploiter le fait que le transducteur ultrasonore utilisé pour la mise en oeuvre du procédé peut émettre des impulsions ayant différentes fréquences centrales. L'ensemble des fréquences qu'un transducteur 30 ultrasonore peut émettre est appelé la bande passante du transducteur. L'invention 3054123 5 permet donc de mesurer des signaux ultrasonores réfléchis à plusieurs fréquences et donc de mesurer a(f) pour différentes valeurs de f. Un avantage de l'invention est celui d'augmenter le signal mesuré car plusieurs impulsions à des fréquences différentes sont envoyées dans le tissu. Des mesures 5 avec un rapport signal sur bruit plus élevé sont alors réalisées. De plus, cette augmentation du rapport signal sur bruit est réalisée sans augmenter l'intensité associée à chaque impulsion : la puissance totale envoyée est partagée par plusieurs impulsions étalées sur une large plage de fréquences. La plage de fréquences accessibles correspond à la bande passante du transducteur ultrasonore. 10 Dans le cas du foie humain, la fréquence de référence pour la mesure de la stéatose est de 3.5MHz (fréquence centrale). Dans une plage de quelques MHz autour de cette fréquence, le coefficient a(f) varie à peu près linéairement avec la fréquence f. Grâce à l'invention il est possible de mesurer a(f) avec un meilleur rapport signal sur bruit pour plusieurs valeurs de f autour de la fréquence centrale de 3.5MHz et, avec 15 par exemple une simple régression linéaire, d'obtenir une estimation plus précise de la valeur de référence a(f=3.5 MHz). Outre les caractéristiques principales mentionnées plus haut, le procédé pour la mesure d'au moins une propriété de tissu biologique selon l'invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques supplémentaires ci-dessous, considérées 20 individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - le paramètre viscoélastique mesuré est un paramètre d'atténuation ultrasonore ; - la cadence PRF2 est supérieure ou égale à 1 Hz et la cadence PRF1 est supérieure ou égale à 1 kHz ; 25 - les P fréquences différentes et les largeurs spectrales des N tirs ultrasonores sont choisies pour couvrir sensiblement la bande passante du transducteur ultrasonore ; - P est égal à N ; - M est compris entre 10 et 10000, P est compris entre 1 et 11, N est compris 30 entre 2 et 11, PRF2 est compris entre 5 Hz et 500 Hz et PRF1 est compris entre 1 kHz et 10 kHz ; 3054123 6 - Fc est la fréquence centrale du transducteur ultrasonore, P est égal à 5 et les fréquences choisies sont 0.5*Fc REVENDICATIONS1. Procédé (1) de mesure d'au moins un paramètre viscoélastique d'un organe (5) humain ou animal, ledit procédé comportant les étapes suivantes : - émission (EM-US) par un transducteur ultrasonore (US) d'une pluralité de tirs ultrasonores, lesdits tirs ultrasonores se propageant dans l'organe à caractériser ; - réception (REC) par le transducteur ultrasonore (US) et enregistrement à chaque tir ultrasonore des signaux ultrasonores réfléchis ; - détermination (DET) d'au moins un paramètre viscoélastique de l'organe (5) à partir des signaux ultrasonores enregistrés ; le procédé (1) étant caractérisé en ce que : - la pluralité de tirs ultrasonores est formée par K groupes de tirs, lesdits groupes étant séparés temporellement, K étant supérieur ou égal à 1 ; - chacun des K groupes de tirs ultrasonores est formé par la répétition avec une cadence PRF2 de MK bloc(s) de tirs ultrasonores, MK étant supérieur ou égale à 1 ; - chacun desdits MK blocs est composé par N tirs ultrasonores, N étant supérieur ou égale à 1, PRF1 étant la cadence d'émission des N tirs quand N est choisi supérieur à 1 ; - les N tirs ultrasonores sont repartis sur P fréquences, P étant compris entre 1 et N, au moins deux tirs ultrasonores appartenant à deux blocs différents ayant fréquences différentes. 2. Procédé (1) selon la revendication 1 caractérisé en ce que le paramètre viscoélastique mesuré est un paramètre d'atténuation ultrasonore. 3. Procédé (1) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la cadence PRF2 est supérieure ou égale à 1 Hz et la cadence PRF1 est supérieure ou égale à 1 kHz. 3054123 17 4. Procédé (1) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les P fréquences différentes et les largeurs spectrales des N tirs ultrasonores sont choisies pour couvrir sensiblement la bande passante du transducteur ultrasonore (US). 5 5. Procédé (1) selon la revendication 4 caractérisé en ce que P est égal à N. 6. Procédé (1) selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que M est compris entre 10 et 10000, P est compris entre 2 et 11, N est compris entre 2 10 et 11, PRF2 est compris entre 5Hz et 500Hz et PRF1 est compris entre 3kHz et 10kHz. 7. Procédé (1) selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que Fc est la fréquence centrale du transducteur ultrasonore, P est égal à 5 et les 15 fréquences choisies sont 0,5*Fc 8. Procédé (60) de mesure d'au moins un paramètre viscoélastique d'un organe humain ou animal (5), ledit procédé comportant les étapes suivantes : 20 - mesure (ELA) d'un paramètre viscoélastique de l'organe (5) par élastographie impulsionnelle ; - mesure (ATT) d'un paramètre d'atténuation des ultrasons avec le procédé (1) selon l'une des revendications 1 à 7 ; 25 9. Dispositif (2) pour la mise en oeuvre du procédé (1) selon les revendications 1 à 7, ledit dispositif comportant : a. un transducteur (US) ultrasonore adapté à l'émission et à la réception en temps réel de signaux ultrasonores et adapté pour être disposé au 30 contact d'une surface extérieure du milieu viscoélastique (5) ; b. des moyens de commande (CONTROL) dudit transducteur ultrasonore (US) pour l'émission d'une pluralité de tirs ultrasonores, ladite pluralité de tirs ultrasonores étant formée par K groupes de tirs, lesdits groupes étant séparés temporellement, K étant supérieur ou égal à 1, chacun 3054123 18 des K groupes de tirs ultrasonores étant formé par la répétition avec une cadence PRF2 de MK groupe(s) de tirs ultrasonores, MK étant supérieur ou égale à 1 ; chacun desdits MK blocs étant composé par N tirs ultrasonores, N étant supérieur ou égale à 1, PRF1 étant la 5 cadence d'émission des N tirs quand N est choisi supérieur à 1 ; les N tirs ultrasonores étant répartis sur P fréquences, P étant compris entre 1 et N, au moins deux tirs ultrasonores appartenant à deux blocs différents ayant fréquences différentes ; c. des moyens d'enregistrement et de traitement (COMP) des signaux 10 ultrasonores réfléchis adaptés pour déterminer au moins un paramètre viscoélastique de l'organe (5). 10. Dispositif (3) pour la mise en oeuvre du procédé (60) selon la revendication 8, ledit dispositif comportant : 15 - un vibreur (ACT) adapté pour appliquer à un organe (5) humain ou animal une impulsion basse fréquence pour la génération d'une onde de cisaillement ; - une sonde (PRO) comprenant au moins un transducteur (US) ultrasonore adapté à l'émission et à la réception en temps réel de 20 signaux ultrasonores et adapté pour être disposé au contact d'une surface extérieure du milieu viscoélastique (5) ; - des moyens de commande (CONTROL) de ladite sonde (PRO) pour l'émission d'une pluralité de tirs ultrasonores, ladite pluralité de tirs ultrasonores étant formée par K groupes de tirs, lesdits groupes étant 25 séparés temporellement, K étant supérieur ou égal à 1, chacun des K groupes de tirs ultrasonores étant formé par la répétition avec une cadence PRF2 de MK groupe(s) de tirs ultrasonores, MK étant supérieur ou égale à 1 ; chacun desdits MK blocs étant composé par N tirs ultrasonores, N étant supérieur ou égale à 1, PRF1 étant la cadence 30 d'émission des N tirs quand N est choisi supérieur à 1 ; les N tirs ultrasonores étant répartis sur P fréquences, P étant compris entre 1 et N, au moins deux tirs ultrasonores appartenant à deux blocs différents ayant fréquences différentes ; 3054123 19 - des moyens d'enregistrement et de traitement (COMP) des signaux ultrasonores réfléchis adaptés pour déterminer au moins un paramètre viscoélastique de l'organe (5). 5 10 15 20 25 30