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Revue des Maladies Respiratoires Actualités (2013) 5, 303-306

Disponible en ligne sur

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Auteur correspondant. Adresse e- mail : pybrillet@yahoo.fr (P.- Y. Brillet).

ISSN 1877-1203

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Actualités

Maladies

RespiratoiresRevue

des

Organe Officiel de la Société de Pneumologie de Langue Française

Congrès annuel de l’American Thoracic Society

Philadelphie, États-Unis – 17-22 mai 2013

Numéro réalisé avec le soutien institutionnel du laboratoire

Coordination de la mission ATS de la SPLF : J.-C. Meurice, A.-T. Dinh-Xuan, A. DidierCoordination du numéro pour le Comité de rédaction : D. Montani

Mission ATS 2013

7041

8

OctobreVol 5 2013 N° 4

P.- Y. Brillet

Université Paris 13, UPRES EA 2363 et Service de radiologie, Hôpital Avicenne, AP- HP, 125 rue de Stalingrad, 93009 Bobigny, France

IMAGERIE THORACIQUE

Actualités en imagerie de la ventilation et perfusion pulmonaireImaging of lung ventilation and perfusion

Sur le plan de l’imagerie de la ventilation et de la per-fusion pulmonaire, cette année peut être considérée comme une année de transition. Ainsi, lors des éditions

précédentes étaient présentés les résultats d’imagerie pro-venant des cohortes de fumeurs, qu’il s’agisse des études COPDGene [1], ECLIPSE [2] ou MESA [3]. Aujourd’hui, il s’agit de faire un premier bilan avant le début de nouvelles études de cohortes (COPDGene 2, spirometrics). Par ailleurs, dans la BPCO, 2 thématiques reviennent fréquemment. Il s’agit de l’analyse de l’emphysème au niveau lobaire après extrac-tion des scissures et l’étude du remodelage de la vascularisa-tion pulmonaire. Ces thématiques sont abordées notamment par les investigateurs de COPDGene [4-6] avec des résul-tats publiés [7]. Un autre point peut être fait cette année sur l’imagerie de ventilation par IRM de l’ hélium- 3 polarisé. Aujourd’hui, il s’agit d’imaginer de nouvelles méthodes d’ima-gerie de la ventilation en IRM à l’heure où, pour des équipes non nord- américaines, il devient très dif cile d’avoir accès au gaz. En n, lors des éditions précédentes de l’ATS se dessinaient les contours d’un nouveau champ de recherche qui concerne la modélisation numérique du système respiratoire. Cette modélisation peut se faire à toutes les échelles (du poumon jusqu’à l’alvéole) et pour tous les compartiments (perfusion, ventilation, rapport ventilation/perfusion). Cette thématique continue de se développer avec des concepts du plus compré-hensible, comme la différenciation des zones de piégeage des

zones d’emphysème [8] au très complexe [9,10] où il s’agit d’intégrer des modèles du ux aérique, du comportement de l’arbre bronchique et de la vascularisation artérielle pul-monaire. Sur le plan européen, cette recherche se structure autour du projet AirPROM (Airway Disease Predicting Outcomes through Patient Speci c Computational Modelling) [11] qui s’intègre dans des projets plus globaux centrés biomarqueurs comme le U- BIOPRED (Unbiased BIOmarkers in PREDiction of respiratory disease outcomes) [12].

Point sur les résultats de l’étude COPDGene

L’étude COPDGene vise à identi er les facteurs génétiques impliqués dans la BPCO. L’objectif est de déterminer pour-quoi certains fumeurs vont développer une BPCO. L’étude inclut une exploration tomodensitométrie (TDM) avec un phénotypage des patients en fonction de l’extension de l’emphysème et de l’épaisseur des parois bronchiques. Les publications issues du travail ont permis de préciser le phénotype GOLD- non classable (ayant une diminution du VEMS mais un rapport VEMS/CV normal) [13], d’établir les liens entre épaisseur pariétale et risque d’exacerbation [14], d’établir une relation entre dilatation de l’artère pulmonaire et exacerbations (ce point sera rappelé plus bas) [7] et de

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echo- time pulse sequence : UTE) ou décomposition du plan de Fourrier [22] restent entre les mains de quelques équipes. Une alternative séduisante pourrait être l’utilisation de gaz uorés (19F) de type per uropropane, dont des premiers

résultats d’utilisation chez l’homme ont été montrés [23,24] à l’ATS et viennent d’être publiés [25]. Le per uoropropane a l’avantage d’être non toxique (sans effet anesthésique par rapport au xénon), abondant (donc peu cher), et ne nécessite pas d’être hyperpolarisé pour donner du signal. La technique nécessite cependant une chaîne d’IRM ciblant le noyau uor et non le proton, et nécessite l’utilisation de temps d’écho ultra- courts et d’aimants de haut champ (3 Tesla). Du fait de la rémanence du signal du gaz, les acquisitions peuvent être obtenues en respiration libre.

Étude de la vascularisation pulmonaire en TDM

Le problème de la quantification de la vascularisation pulmonaire peut être abordé en TDM d’un point de vue morphologique [7,26] ou fonctionnel (par TDM double éner-gie [27-29]), à toutes les échelles : ventricule droit, tronc de l’artère pulmonaire [7], artères intrapulmonaires [26], microcirculation.

L’intérêt du ratio artère pulmonaire/aorte dans la BPCO a été démontré dans l’étude de Wells et al. [7] et a fait l’objet de plusieurs présentations à l’ATS. Ce paramètre, a priori grossier et très (« trop ? ») simple à mesurer, est évalué sur une coupe axiale transverse de TDM. Lorsque le ratio est supérieur à 1 (dilatation du tronc de l’artère pulmonaire), les auteurs avaient montré que les patients étaient à risque d’exacerbation et d’hospitalisation. L’augmentation du ratio est probablement liée à l’hypertension pulmonaire due à la BPCO elle- même ou à une condition associée (dysfonction ventriculaire, embolie pulmonaire, apnée du sommeil). La même équipe a présenté d’autres résultats [30] portant sur 37 patients. Lors des exacerbations, le calibre de l’artère pulmonaire augmentait de 2,84 ± 0,51 cm à 3,09 ± 0,57 cm (p = 0,048). Cependant, le ratio artère pulmonaire/aorte n’était pas signi catif (p = 0,067), même si la proportion de patient ayant un ratio > 1 augmentait en cas d’exacerbation (46 % vs 32 % à l’état basal, p = 0,014).

Une autre approche est de mesurer les artères pulmo-naires elles- mêmes. En effet, les conséquences vasculaires de l’emphysème pulmonaire ont également des répercussions sur la vascularisation intrapulmonaire. Dans un travail antérieur, Matsuoka et al. [31] avaient calculé la surface vasculaire sur une coupe TDM occupée par les vaisseaux de moins de 5 mm² et ceux de 5-10 mm² et corrélée ces paramètres à la pression pulmonaire mesurée par cathétérisme. Il faut noter que dans cette étude, le ratio artère pulmonaire/aorte n’était pas corrélé à la pression artérielle pulmonaire. Aujourd’hui, les techniques de quanti cation ont été transposées en tridimensionnel et peuvent utiliser les données volumiques de la TDM [26]. La BPCO est associée à un rétrécissement des artères de moins de 5 mm², et possiblement à une dilatation des artères plus en amont. La détérioration de ce paramètre est associée à la diminution de la saturation en oxygène au repos et à la qualité de vie [26]. À l’ATS

donner des informations sur les formes précoces de pneu-mopathies interstitielles diffuses [15].

Concernant l’analyse de la ventilation pulmonaire, le protocole d’imagerie de COPDGene incluait la recherche du piégeage expiratoire par des acquisitions systématiques. Ceci a permis d’obtenir des données originales sur la phy-siopathologie de la BPCO [8] en mettant en correspondance les voxels des images en expiration sur l’image de référence en inspiration. Cette technique permet de créer une carto-graphie lésionnelle et de quanti er l’atteinte respective du poumon liée à l’emphysème ou à l’atteinte fonctionnelle des petites voies aériennes (fSAD). Les résultats suggèrent que l’atteinte des petites voies aériennes précède l’apparition d’emphysème et s’inscrivent dans la continuité des travaux histologiques [16]. Les auteurs ont présenté des résultats de suivi longitudinal de 24 patients ayant des anomalies fonctionnelles des petites voies aériennes. Ces anomalies sont considérées par les auteurs comme un état intermé-diaire entre la normalité et l’emphysème avec possibilité de régression ou de progression. Cette évolution était corrélée à celle du VEMS [17].

Imagerie de la ventilation : doit- on continuer une recherche en IRM d’hélium- 3 polarisé ?

Cette question fait écho à la question de 2011 qui était : pourquoi continuer une recherche en IRM d’hélium- 3 pola-risé ? En 2011, il s’agissait de reprendre l’argumentation de Parraga, spécialiste de la technique et travaillant dans une équipe canadienne ayant accès à la ressource. Les avan-tages de cette technique sont nombreux avec une qualité d’image inégalée et le caractère non toxique du gaz. Les inconvénients sont liés à la rareté du gaz, à son coût élevé, auquel s’ajoute le prix du matériel pour l’hyperpolarisation du gaz. Dès lors, les séries dépassant la trentaine de patients sont rares.

La technique est très sensible pour démasquer des defects de ventilation qui peuvent être observés chez les patients BPCO et les asthmatiques, mais aussi chez les fumeurs asymp-tomatiques et les sujets âgés [18]. De manière générale, les défects de ventilation sont fréquents et leur nombre et leur taille augmentent avec la sévérité de la maladie. Dans la BPCO, le travail de Kirby [19] incluant 94 patients montrait des défects de ventilation plus étendus chez les patients ayant présenté une exacerbation avant (n = 8) ou après (n = 10) l’IRM. Dans l’asthme, une autre équipe a utilisé la technique pour suivre des patients sévères (n = 7) avant et après thermoplastie [20]. Les défects de ventilation semblent s’améliorer après thermoplastie chez les patients ayant une fonction moins altérée.

L’avenir de la technique, pour les raisons suscitées, semble compromis et des alternatives sont possibles. L’oxygène donne des résultats cependant nettement inférieurs. La qualité des images utilisant le xénon hyperpolarisé [21] s’est nettement améliorée, mais la technique tarde à s’imposer, notamment auprès des industriels. Les techniques d’IRM sans gaz par utilisation de temps d’écho ultra- courts (ultra- short

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technologiques sont les meilleures. Par exemple, les diffé-rentes méthodes d’étude de la ventilation pulmonaire en IRM ont été rappelées, mais af rmer que les gaz uorés sont la solution d’avenir serait présomptueux. De même, il est impossible de savoir si les développements de la TDM dans le domaine avec utilisation de xénon [28], ou de krypton [40], ne s’imposeront pas en clinique. En n, concernant les simu-lations mathématiques, il est dif cile de savoir la portée en clinique de ces approches. Il faudra attendre les résultats d’études cliniques plus larges pour avoir des réponses. Certaines devraient commencer en n d’année. À suivre…

Liens d’intérêts

L’auteur a déclaré n’avoir aucun lien d’intérêts pour cet article.

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étaient présentés d’autres travaux ayant cette thématique. La mesure de ce paramètre pourrait être prédictive de la pression pulmonaire post- résection pulmonaire, et le concept de réserve vasculaire est proposé par les auteurs [32]. Cette mesure pourrait être également pertinente dans le cadre de la maladie embolique [33].

Modélisation mathématique de la ventilation et de la perfusion

En mécanique des uides, les équations de Navier- Stokes permettent de modéliser les phénomènes d’écoulement de uides et également les écoulements d’air dans l’arbre bronchique sur des modèles réalistes à partir des données tomodensitométriques (TDM) et dans des conditions limites. Le programme développé par les auteurs (computational uid dynamics, CFD) permet une description des ux et

l’obtention de cartographies représentant notamment les résistances et les vitesses d’écoulements. Il permet de simuler la dispersion de molécules inhalées en fonction de leurs caractéristiques (masse, taille) et des propriétés du gaz vecteur et de l’inhalateur. Cette problématique de la biodis-tribution et du ciblage des particules inhalées est importante en pathologie bronchique chronique, mais les applications concernent d’autres applications non pulmonaires (diabète, vaccins, prostanoïdes, immuno- suppresseurs, etc.). Parmi les exemples présentés à l’ATS, on peut citer une étude visant à prédire le dépôt des polluants atmosphériques dans les bronches [34] ou de prédire l’effet d’un gaz vecteur [35,36] dans l’asthme (avec l’hypothèse que l’hélium, en diminuant les turbulences, permettra le dépôt de particules inhalées plus en distalité et avec un effort moindre à fournir par le patient). Concernant les résultats, une des dif cultés d’interprétation vient de l’absence de confrontation des résultats fournis par les modèles à la réalité et de l’absence de comparaison des modèles entre eux.

Au niveau européen, la recherche s’est structurée autour du projet européen AirPROM [11] qui s’inscrit dans un projet plus global de modélisation de l’appareil respiratoire [12]. Le projet AirPROM [37] semble présenter le modèle le plus abouti de la ventilation, en particulier par une appréciation des conditions limites obtenues à partir des données TDM inspiratoires et expiratoires. D’autres équipes présentent des modèles plus complets intégrant des données sur la ventilation et la perfusion, modèles qui peuvent donner des cartographies du rapport ventilation/perfusion [38]. Dans ces modèles, la déformation pulmonaire est intégrée et prend en compte la gravité, la compressibilité et l’ho-mogénéité de la structure [10]. Plusieurs résultats cliniques ont été publiés par l’équipe de Tawhai et al., notamment pour évaluer la redistribution pulmonaire en cas d’embolie pulmonaire [39].

Conclusion : à quoi s’attendre en 2015 ?

L’étude de la ventilation et de la perfusion pulmonaire béné cie grandement des développements de l’imagerie. Cependant, il est difficile de savoir quelles solutions

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