Imagerie de la Femme (2011) 21, 105—110

MISE AU POINT

L’élastographie des lésions du sein par onde decisaillement

Shear wave elastography for breast lesion

Catherine Balu-Maestroa,∗, Claire Chapelliera,Francette Ettorea, Valérie Juhanb,Alexandra Athanasiouc, Anne Tardivonc,Christophe Tourassed, Joël Gaye

a Service de radiologie, centre Antoine-Lacassagne, 33, avenue de Valombrose,06189 Nice cedex 02, Franceb Radiologie et imagerie médicale, hôpital de la Timone, 13385 Marseille cedex 5, Francec Département d’imagerie médicale, Institut Curie, 26, rue d’Ulm,75248 Paris cedex 5, Franced Hôpital Jean-Mermoz, 55, avenue Jean-Mermoz, 69008 Lyon, France

e Supersonic Imagine, Les Jardins de la Duranne, 13857 Aix-en-Provence, France

Disponible sur Internet le 31 aoû

MOTS CLÉSÉchographiemammaire ;Élastographie ;Onde de cisaillement

Résumé L’élastographie par oqui enregistre les déplacementsrée par ultrasons focalisés sansla vitesse de propagation. La cacadences d’acquisition de plusieétudes mettent en évidence unel’élastographie par onde de cisamode B sans altérer la sensibilit© 2011 Publie par Elsevier Masso

KEYWORDSBreast ultrasound;Elastography;Shear Wave

Summary Shear Wave Elastogsoft tissue by tracking the transvdisturbance of the tissue. Elastishear wave is generated within tsystem can achieve frame rate opassage of the shear wave and tvariability is very good and addinultrasound mass assessment wit© 2011 Published by Elsevier Ma

∗ Auteur correspondant.Adresses e-mail : catherine.balu-maestro@nice.fnclcc.fr, catherine.m

1776-9817/$ — see front matter © 2011 Publie par Elsevier Masson SAS.doi:10.1016/j.femme.2011.07.006

t 2011

nde de cisaillement est une nouvelle technique d’élastographietransversaux et la propagation de l’onde de cisaillement géné-compression manuelle. L’élasticité est directement reliée àpture et l’enregistrement des déplacements nécessitent des

urs milliers d’images par seconde. Actuellement, les premièresexcellente reproductibilité intraobservateur. L’adjonction de

illement semble augmenter la spécificité de l’échographie ené de l’examen.n SAS.

raphy (SWE) is a novel technique for obtaining elastogram oferse shear waves that spread laterally away from a mechanicalcity is directly related to velocity with Young’s modulus. Thehe tissue using acoustic radiation force. The Supersonic Imagingf several thousands per second, which is required to image theo calculate its velocity. Actually in first studies, intraobserverg SWE to BI-RADS feature analysis improves specificity of breasthout loss of sensitivity.sson SAS.

aestro@nice.fnclcc.fr (C. Balu-Maestro).

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ntroduction

’échographie mammaire est une méthode d’imagerie trèsensible (> 90 %) dont la spécificité est moyenne et variableelon les séries en dépit des progrès techniques repré-entés par les sondes de haute fréquence, les modesarmonique et « compound » en mode B et l’échographieouleur, associés à une codification de l’analyse séméio-ogique à travers le lexique BI-RADS de l’ACR [1]. Cela até illustré dans le cadre du protocole de l’American Col-ege of Radiology Imaging Network (ACRIN) qui évalue laaleur ajoutée de l’échographie au dépistage mammogra-hique (comparaison mammographie seule à l’associationammographie—échographie) chez des patientes à risque

ux seins denses [2]. La sensibilité du dépistage est majo-ée de 27 % avec l’adjonction de l’échographie au détriment’une perte en spécificité de 6,12 %.

Toutefois, les taux de biopsie sont presque doublés (5,2 %s 3,2 %) et la valeur prédictive positive de la biopsie réali-ée pour ces lésions détectées de novo par l’échographiest faible (8,9 % versus 22,6 % pour celles détectées enammographie). Par ailleurs, souvent ces faux-positifs de

’échographie induisent des surveillances inutiles (8,6 % ver-us 2,2 % pour la mammographie).

En effet, l’échographie présente des limites tant enétection qu’en caractérisation et demeurent des pro-lèmes non résolus tels :la différenciation solide/liquide ;l’identification du contenu des kystes ;l’estimation de la taille des lésions mal évaluable selonl’environnement ;la détection et la caractérisation des lésions isoéchogènesà la graisse et des lésions profondes ;la visualisation des cancers se développant par extensiondiffuse sans syndrome de masse (cancers lobulaires inva-sifs et cancers endocanalaires) ;la vascularisation non discriminante.

En outre, la reproductibilité est faible. Globalement esti-ée à 0,28 : elle est meilleure pour les lésions probablementalignes, de 0,32 pour les catégories BI-RADS 3 et très faible

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igure 1. Élastographie statique semi-quantitative. Lésion dont le signalus dures. Ratio lésion-graisse = 1,09. Histologie : fibroadénome.

C. Balu-Maestro et al.

our les lésions de suspicion intermédiaire, (0,14 et 0,16)espectivement pour les catégories BI-RADS 4a et 4b [3].

Dans ce contexte se sont développées depuis ces cinqernières années les méthodes d’élastographie qui estimenta dureté (ou élasticité) des tissus ou bien leurs déplace-ents relatifs pour en fournir une image d’élasticité oue déformation, information historiquement évaluée par laalpation élément important du diagnostic clinique. Néan-oins, l’élasticité évaluée par l’examen clinique dépend de

’opérateur, de la taille et du siège (profondeur) de la lésioninsi que de la structure mammaire.

’élastographie : techniques

’élastographie est le rapport d’une contrainte sur uneéformation.

Toutes les approches existantes reposent sur les troisême étapes :application d’une action (ou excitation) sur le tissu, cequi entraîne une réponse statique ou dynamique met-tant en jeu des propriétés élastiques longitudinales ou decisaillement ;imagerie du tissu perturbé ;à partir des différentes images, détermination d’un para-mètre dépendant du type d’excitation et relié à la duretédes tissus.

Les différentes techniques sont classées en fonction de’action exercée sur les tissus et sont en échographie de deuxypes :

l’élastographie statique qui analyse les images de ladéformation subie et les informations sont recueillies surune échelle couleur codant le déplacement. Les images dutissu soumis à des mouvements peu amples de pression-décompression sont acquises en temps réel et en couleuret gradées selon la classification de UENO en cinq catégo-ries [4] (Fig. 1) pour le modèle Hitachi.

Cette technique étudiée dans plusieurs travaux scien-tifiques avec différents appareillages donne des résultatsvariables avec des sensibilités comprises entre 70,1 % et86,5 % et des spécificités entre 84 % et 95,7 % [4—8]. Dans

l est peu différent du tissu environnant avec quelques zones bleues

L’élastographie des lésions du sein par onde de cisaillement

versent tout le plan d’une image ultrasonore 2D (3 à 6 cm de

Figure 2. a : propagation de l’onde de cisaillement ; b : enregis-trement des déplacements de l’onde en fonction du temps.

une étude multicentrique nationale incluant neuf centreset 442 lésions, dans la catégorie des lésions classées Bi-RADS 3 et 4, la sensibilité est de 68 % et la spécificitéde 90 % [8]. Selon les études, lorsque l’élastographie estassociée au mode B, le gain est tantôt au bénéfice dela sensibilité [7] tantôt à celui de la spécificité [9,10]

(Fig. 2).

Pour Thomas [11], rapportant 108 lésions dont49 malignes, la spécificité est également majoréemais de facon variable selon l’observateur (+6,7 à 13,5 %)comparée au mode B ;

• l’élastographie par onde de cisaillement (ShearWaveTM) :des impulsions ultrasonores successives et focalisées sontenvoyées afin de créer une onde de cisaillement qui sepropage dans les tissus. L’élasticité (E) des tissus estdirectement déduite de la mesure de la vitesse de propa-gation (c) de ces ondes de cisaillement selon la formule dumodule de Young : E = 3�c2 (� étant la masse volumique).C’est à ce jour une des seules méthodes qui est capable defournir une mesure locale et quantitative de l’élasticitéen temps réel et qui est brevetée par la société SupersonicImagine [12].

L’élastographie par onde de cisaillement

Il s’agit donc d’un nouveau mode d’imagerie échographiqueaffichant des cartes d’élasticité en kilopascal (kPa) en tempsréel. L’image d’élasticité, codée en couleur, est en surim-pression sur l’image du mode B. Par défaut, les couleursbleues indiquent un tissu plus mou, les rouges un tissu plus

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dur. La résolution de l’image est de l’ordre du millimètre.La cadence image est optimisée pour respecter le niveau depuissance acoustique imposé par les normes internationales.

Génération des ondes de cisaillement

L’élastographie ShearWaveTM utilise la focalisation des ultra-sons pour créer une force de radiation dans la zone focalede l’image. Cette force de radiation est à l’origine de l’ondede cisaillement dont la propagation est imagée par unesuccession ultrarapide d’ondes ultrasonores. Le tout estfait automatiquement à l’aide d’une sonde échographiquelinéaire sans aucune compression du radiologue.

Cette force, que l’on peut voir comme un vent acous-tique, pousse les tissus dans la direction de propagation del’onde ultrasonore focalisée. Un tissu élastique tel que lecorps humain réagit à cette sollicitation par une force derappel de sens opposé, mettant ainsi en mouvement le tissude proche en proche, autrement dit créant une onde decisaillement qui se propage latéralement. Ces ondes sontcependant de faible intensité et pour réussir à générer effi-cacement des ondes de cisaillement par force de radiationtout en limitant la puissance acoustique à des niveaux rai-sonnables un régime de vibration supersonique est établi.Cette amplification par focalisations à profondeurs crois-santes à vitesse supersonique, créant un « cône de Mach »,est un brevet de Supersonic Imagine nommé Sonic Touch[12].

Capture de la propagation de l’onde decisaillement (Imagerie UltrafastTM)

La propagation de l’onde de cisaillement ainsi générée lorsde la mise en œuvre de SonicTouchTM doit pouvoir être sui-vie et enregistrée par le système. Les ondes de cisaillementse propagent dans les tissus à des vitesses variant typique-ment de 1 à 10 m/s (correspondant à des élasticités destissus allant de 1 à 300 kPa). Par conséquent, ces ondes tra-

large) en quelques millisecondes, c’est-à-dire en moins de1/50 s (20 ms). Il est donc clairement impossible pour lessystèmes échographiques actuels, limités à des cadencesde 50 à 60 images par seconde, de capturer une onde decisaillement qui disparaît dans le temps nécessaire à uneseule acquisition. Pour capturer une onde de cisaillement,il faut donc une cadence d’acquisition de plusieurs mil-liers d’images par seconde, c’est-à-dire à un rythme 100 foissupérieur à celui offert par la technologie de pointe actuelleet rendu possible par l’imagerie UltrafastTM brevet de Super-sonic Imagine utilisée pour obtenir un suivi très précis del’onde de cisaillement traversant le plan d’observation. Unecarte des vitesses locales de propagation de l’onde estdéduite de l’enregistrement des déplacements particulairesdes tissus engendrés par l’onde de cisaillement. L’élasticitéétant proportionnelle au carré de la vitesse de propagation,une carte de l’élasticité en kPa est directement déduitede celle des vitesses (par l’équation E = 3�c2 où � est lamasse volumique des tissus en kg/m3 supposée constanteà 1000 kg/m3 et c la vitesse de propagation de l’onde decisaillement) (Fig. 2).

L’élastographie par onde de cisaillement apporte deuxinnovations essentielles : son aspect quantitatif et ses capa-cités d’imagerie en temps réel.

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igure 3. a : lésion en mode B classée BI-RADS 4 ; b : élastographie p0 kPa : la classification de la lésion est rétrogradée en BI-RADS 3. Histol

es études cliniques

’élasticité des tissus normaux du sein varie entre 7 kPa poure tissu adipeux et 30 à 50 kPa pour le parenchyme glandu-aire [12,13].

Des résultats préliminaires sont rapportés par Atha-asiou et al. [13], chez 46 patientes avec 48 lésions,ont 28 bénignes et 20 malignes toutes invasives (tailleoyenne 14,7 mm). Ils objectivent une élasticité moyennee 146,6 kPa ± 40,05 pour les cancers alors que les lésionsénignes ont une élasticité moyenne de 45,3 kPa ± 41,1p < 0,001). Dans cette étude, les kystes compliqués sont

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igure 4. a : lésion classée BI-RADS 3 en mode B ; b, c : élastographiest hétérogène dur en périphérie et les valeurs sont élevées. Élasticitéanalaire invasif.

C. Balu-Maestro et al.

ar onde cisaillement : la lésion est homogène, l’élasticité est deogie : adénose nodulaire.

ifférenciés des lésions solides par l’absence de signal, tou-efois l’effectif est faible (sept cas). Comparé au scorechographique BI-RADS, l’aire sous la courbe est signi-cativement majorée par l’élastographie en mode deisaillement (0,985 vs 0,917). Treize parmi 28 lésions clas-ées BI-RADS 4 sont reclassées en élastographie BI-RADSet ainsi 46 % de biopsies pourraient être évitées, six

ésions sont reclassées BI-RADS 5 et neuf lésions ne sontas modifiées. La spécificité est de 0,96 et la sensibi-ité de 0,95 versus 0,63 et 0,96 pour le score BI-RADS.a catégorie 3 n’est pas modifiée et aucun cancer n’estéconnu.

par onde de cisaillement. Cartographie élastographique : le signalmax 180 kPa. La lésion est reclassée BI-RADS 4. Histologie : cancer

L’élastographie des lésions du sein par onde de cisaillement 109

Figure 5. a : masse classée BI-RADS 5. Élastographie par onde decisaillement : cartographie homogène, valeur d’élastographie éle-vée supérieur à 140 kPa ; b : cancer canalaire invasif grade II trèscellulaire.

Dans l’étude d’Evans et al. [14] concernant 53 lésionssolides (52 patientes), dont 22 bénignes et 30 malignestoutes prouvées histologiquement, l’élastographie par ondede cisaillement avec un seuil établi à 50 kPa majore la sensi-

bilité de l’échographie en mode B de 10 % (97 % vs 87 %) et laspécificité de 5 % (83 % vs 78 %) avec une VPP de 88 % (vs 83 %)différences toutefois statistiquement non significatives. Lareproductibilité interobservateur est bonne (0,80) pour lesmesures sur paires d’images prises par deux radiologistes et0,99 pour la position de l’outil de quantification sur la partiela plus dure de la lésion.

Ces deux études sont monocentriques et l’effectif delésions malignes est réduit.

En 2008, une étude internationale multicentrique a étéinitiée par la société Supersonic Imagine. Il s’agit d’uneétude prospective internationale multicentrique sur 17 sitesdont sept aux États-Unis et dix en Europe. L’étude a étémenée sur des prototypes d’octobre 2008 à octobre 2010 eta inclus 1800 lésions avec consentement éclairé préalable.Les résultats étaient corrélés à l’histologie (biopsies gui-dées ou chirurgicales), la cytologie, l’antériorité ou le suivi.L’examen échographique était réalisé sur l’appareil pro-totype de la Société Supersonic Imagine et sur l’appareilhabituellement utilisé par les services.

Une phase de modélisation a été conduite sur les lésionsBI-RADS 3 et BI-RADS 4 seulement (791 lésions), les lésionsclassées BI-RADS 2 et BI-RADS 5 n’étant pas susceptiblesd’être reclassées par l’élastographie.

Figure 6. a : élastographie par onde de cisaillement : masse clas-sée BI-RADS 5 très dure en périphérie, centre « mou » ; b : cancercanalaire invasif très cellulaire en périphérie et nécrotique aucentre.

Les caractéristiques élastographiques les plus discrimi-nantes étaient l’homogénéité de la carte élastographique,la valeur d’élasticité maximale (E max) sur la zone la plusdure de la lésion avec un seuil à 100 kPa. La reproducti-bilité interobservateur des mesures élastographiques était

élevée (> 0,90). Deux modèles ont ainsi été définis associantau BIRADS en mode B l’homogénéité de la carte élastogra-phique et la valeur maximale (E max) d’élasticité [15].

En France, il y avait quatre sites (hôpital La-Timoneà Marseille, l’Institut Curie à Paris, l’hôpital privé Jean-Mermoz à Lyon et le centre A. Lacassagne à Nice).

Trois cent lésions chez 321 patientes (âge moyen 56,3 ans)étaient analysables dont 129 lésions malignes.

En mode B, la classification BI-RADS de l’ACR obtient unesensibilité de 95,3 %, une spécificité de 62 %, une VPP de65,4 % et une VPN de 94,6 %.

En surgradant les lésions BI-RADS 3, qui ont deuxsignes élastographiques concomitants de malignité, etrétrogradant les lésions BI-RADS 4, qui ont deux signes élas-tographiques concomitants de bénignité selon les signesélastographiques de bénignité et de malignité définis par lemodèle, la spécificité est majorée de 10 % (71,9 %) et la VPPde 6 % (72,1 %), la sensibilité augmente peu (96,1 %) ainsi quela VPN (96,1 %). Avec l’adjonction de l’élastographie, 82,3 %des lésions sont correctement classifiées contre 76,3 % enmode B et ainsi le bénéfice attendu qui est d’augmenterla spécificité de l’échographie mammaire en préservant labonne sensibilité de l’examen ainsi que sa VPN est obtenu[16] (Fig. 3—5).

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[11] Thomas A, Fischer T, Frey H, Ohlinger R, Grunwald S, Bloh-mer JU, et al. A Real-time elastography-an advanced method

igure 7. a : élastographie et mode B : lésion BI-RADS 4c trèsure dont la taille élastographique est de 20 mm ; b : cancer cana-aire invasif grade I mesurant 6 mm, le contingent fibroélastosiquecoloration rose et orange) est plus représenté que le contingentpithélial.

D’autres études devront s’intéresser aux corrélationsistologiques car la signification du signal élastographique’est pas univoque, nombre de lésions ont une élasticitéaximale en périphérie, surévaluant la taille tumorale quel-

uefois sans infiltration tumorale associée (Fig. 6 et 7).’autres lésions très dures sont dépourvues de signal élas-ographique. Concernant les kystes, les données ne sontas encore disponibles, l’effectif de la série francaisetant insuffisant. Enfin, certains travaux concerneront’évaluation des résultats en fonction de la taille des lésionst leur profondeur comme cela a été réalisé en élastographietatique [17].

L’élastographie doit également être évaluée dans laaractérisation des ganglions afin d’améliorer la prise enharge thérapeutique des patientes justifiables d’un trai-ement de l’aisselle par technique du ganglion sentinelle etéduire les reprises secondaires par curage.

onclusion

’élastographie par onde cisaillement est une techniquentéressante car lorsqu’elle est associée à l’échographie enode B, elle permet une amélioration des performances de

a classification BI-RADS et donne une mesure objective de’élasticité des tissus.

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C. Balu-Maestro et al.

éclaration d’intérêts

ssai BE1 investigateur principal France.Société Supersonic Imagine.

éférences

[1] BI-RADS. Atlas d’imagerie du sein, Ultrasons. 1er éditionfrancaise (basée sur la 1er édition américaine). Sociétéfrancaise de radiologie ; 2004.

[2] Berg WA, Blume JD, Cormack JB, Mendelson EB, Lehrer D,Böhm-Vélez M, et al. Combined screening with ultrasound andmammography vs mammography alone in women at elevatedrisk of breast cancer. JAMA 2008;299(18):2151—63.

[3] Lazarus E, Mainiero MB, Schepps B, Koelliker SL, LivingstonLS. BI-RADS lexicon for US and mammography: interob-server variability and positive predictive value. Radiology2006;239(2):385—91.

[4] Itoh A, Ueno E, Tohno E, Kamma H, Takahashi H, Shiina T,et al. Breast disease: clinical application of US elastographyfor diagnosis. Radiology 2006;239(2):341—50.

[5] Tardivon A, El Khoury C, Thibault F, Wyler A, Barreau B, Neuen-schwander S. Elastography of the breast: a prospective studyof 122 lesions. J Radiol 2007;88:657—62.

[6] Zhi H, Ou B, Luo BM, Feng X, Wen YL, Yang HY. Compari-son of ultrasound elastography, mammography, and sonographyin the diagnosis of solid breast lesions. J Ultrasound Med2007;26(6):807—15.

[7] Moon WK, Huang CS, Shen WC, Takada E, Chang RF, Joe J,et al. Analysis of elastographic and B-mode features at sonoe-lastography for breast tumor classification. Ultrasound Med Biol2009;35(11):1794—802.

[8] Tardivon A, Delignette A, Lemery S, Baratte B, Levy L, DavidP, et al. Ultrasound elastography: results of a French multicen-tric prospective study about 345 breast lesions. Communicationorale ECR Vienne 2—6 mars 2006. Euro J Radiol, Abstract B-344.

[9] Leong LC, Sim LS, Lee YS, Ng FC, Wan CM, Fook-Chong SM,et al. Prospective study to compare the diagnostic performanceof breast elastography versus conventional breast ultrasound.Clin Radiol 2010;65(11):887—94.

10] Scaperrotta G, Ferranti C, Costa C, Mariani L, Marchesini M,Suman L, et al. Role of sonoelastography in non-palpable breastlesions. Eur Radiol 2008;18(11):2381—9.

of ultrasound: first results in 108 patients with breast lesions.Ultrasound Obstet Gynecol 2006;28:335—40.

12] Tanter M, Bercoff J, Athanasiou A, Deffieux T, Gennisson JL,Montaldo, et al. Quantitative assessment of breast lesionviscoelasticity: initial clinical results using supersonic shearimaging. Ultrasound Med Biol 2008;34(9):1373—86.

13] Athanasiou A, Tardivon A, Tanter M, Sigal-Zafrani B, BercoffJ, Deffieux T, et al. Breast lesions: quantitative elastographywith supersonic shear imaging-preliminary results. Radiology2010;256(1):297—303.

14] Evans A, Whelehan P, Thomson K, McLean D, Brauer K, Pur-die C, et al. Quantitative shear wave ultrasound elastography:initial experience in solid breast masses. Breast Cancer Res2010;12(6):R104.

15] Cosgrove DO, Dore CJ, Cohenh-Bacrie C, Henry JP. Preliminaryassessment of ShearWaveTM elastography features in predictingbreast lesion malignancy. Poster C-0444. ECR Vienne 2—8 mars2010.

16] Balu-Maestro C, Chapellier C, Tardivon A, Athanasiou AL, Tou-rasse C, Juhan V. ShearWaveTM Elastography (SWETM) in thebreast: results from the BE1 French sub-group (305 cases). Pos-ter C-0884. ECR Vienne 3—7 mars 2011.

17] Chang JM, Moon WK, Cho N, Kim SJ. Breast mass evaluation:factors influencing the quality of US elastography. Radiology2011;259(1):59—64.