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Article de méthode

Une approche basée sur l’échographie sans image pour l’évaluation combinée de la raideur artérielle locale et régionale chez l’humain

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DOI :

10.3791/69002

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19 décembre 2025

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1Department of Electrical Engineering, Indian Institute of Technology Madras, 2Healthcare Technology Innovation Centre, IIT Madras, 3Department of Physiology, All India Institute of Medical Sciences, New Delhi

Dans cet article

Résumé

Ce protocole décrit une technique basée sur l’échographie sans image permettant d’évaluer simultanément la raideur artérielle locale et régionale chez l’humain. La technique utilise une sonde à ultrasons piézoélectrique à élément unique pour insonner l’artère carotide commune et un brassard oscillométrique pour capturer la forme d’onde du pouls fémoral afin de déterminer la raideur artérielle locale et régionale.

Résumé

La raideur artérielle est un marqueur cardinal du vieillissement vasculaire, représentant l’impact cumulatif des facteurs de stress mécaniques et biologiques sur la paroi du vaisseau résultant du vieillissement et de divers facteurs de risque cardiovasculaire, qui entraînent des altérations des propriétés matérielles et de la mécanique de la paroi des artères centrales et périphériques. La raideur artérielle a été identifiée comme un prédicteur indépendant de la morbidité et de la mortalité cardiovasculaires. Selon que l’évaluation de la raideur soit réalisée à un endroit anatomique spécifique ou à travers un segment de l’arbre artériel, les mesures de raideur artérielle sont globalement classées comme évaluations locales et régionales. La mesure locale consiste à quantifier les propriétés de la paroi artérielle, y compris la compliance, la distensibilité ou le module élastique, tandis que l’évaluation régionale repose sur la mesure de la vitesse de propagation de l’onde d’impulsion le long d’un segment artériel. Ici, nous présentons une approche validée, sans image, basée sur des ultrasons, capable d’évaluer simultanément la raideur artérielle locale et régionale chez l’humain. La technique consiste à insonner l’artère carotide commune à l’aide d’une sonde à ultrasons piézoélectrique à élément unique et à suivre en temps réel les échos provenant des parois artérielles pour capturer la forme d’onde de distension de l’artère carotide. Les mesures locales de la raideur artérielle sont dérivées des données sur la distension et la pression artérielle carotide. Un brassard oscillométrique appliqué à la cuisse est utilisé pour acquérir simultanément la forme d’onde de l’impulsion fémorale et calculer la vitesse de l’onde de l’impulsion carotide-fémorale en déterminant les temps de parcours de l’impulsion vers les sites carotidien et fémoral, ainsi que les longueurs de chemins artériels mesurés à la surface.

Introduction

La raideur artérielle est un marqueur clé du vieillissement vasculaire, reflétant l’impact cumulatif des insultes mécaniques et biologiques associées au vieillissement ainsi que divers facteurs de risque cardiovasculaires sur la paroiartérielle 1,2. Pathobiologiquement, ces changements impliquent la dégradation de l’élastine, le dépôt et la réticulation du collagène, un raidissement des muscles lisses, ainsi que des modifications de la matrice extracellulaire de la paroi artérielle, la rendant plus rigide et moins souple, compromettant ainsi les fonctions de Windkessel des grandes artèresélastiques 1,2.

Les conséquences physiologiques du raidissement des grandes artères (LAS) sont multiples. Une augmentation de l’impédance caractéristique de l’aorte et de la postcharge systolique agissant sur le ventricule gauche perturbe les interactions ventriculo-artérielles normales et favorise la dysfonction myocardique, la mucoviscidosse myocardique et l’hypertrophie ventriculairegauche 1,2. De plus, la perte du tampon mécanique attribué à la fonction de Winkessel amplifie la pulsatilité de pression et de flux dans la microvascularisation de divers organes cibles, y compris le cerveau et le rein, entraînant un dysfonctionnement microvasculaire et parenchymateux dans ces organesvitaux 1,2. Ces constructions physiopathologiques du LAS et de ses conséquences sont reproduites épidémiologiquement par de vastes études basées sur la population qui ont révélé de manière irréfutable l’importance de la raideur artérielle comme prédicteur indépendant de la morbidité et de la mortalité cardiovasculaires, au-delà des facteurs de risque cardiovasculaires conventionnels 3,4,5,6 . L’accumulation de preuves à cet égard a ouvert la voie à l’inclusion de l’évaluation de la raideur artérielle dans les recommandations cliniques, si une décision de traitement axée sur le risque pour réduire la tension artérielle reste incertaine chez les personnes ayant une tensionde 7 élevée. Ces avancées soulignent l’importance d’accéder à des outils valides et fiables pour la mesure non invasive de la raideur artérielle chez l’humain, en particulier pour l’évaluation de la santé vasculaire et la stratification du risque.

Les approches conventionnelles pour quantifier la raideur artérielle sontdeux volets 2,8 : (1) enregistrer les variations pulsatiles du diamètre et de la pression artérielles à un endroit précis de l’arbre artériel pour calculer la distensibilité artérielle ou d’autres indices comme mesure « locale » de la raideur artérielle, (2) mesurer la vitesse de propagation de l’impulsion artérielle entre deux points de l’arbre artériel pour déterminer la vitesse de l’onde d’impulsion (PWV) comme mesure régionale de l’artériel raideur. Théoriquement, le PWV est inversement lié à la racine carrée de la distensibilité, telle qu’établie par l’équation de Bramwell-Hill, qui démontre la concurrence physiologique entre les deux mesures plus larges de la raideurartérielle 8. La quantification de la VPW des grandes artères centrales implique l’utilisation de capteurs dédiés, y compris des tonomètres, pour enregistrer de manière non invasive les formes d’onde de l’impulsion artérielle à partir de deux emplacements accessibles dans l’arbre artériel. Le PWV carotide-fémoral, la référence de la raideur des grandes artères, est calculé à l’aide de formes d’onde de pouls artériels capturés séquentiellement ou simultanément des artères carotidienne et fémoralecommunes 2,8.

La quantification des mesures locales de la raideur artérielle implique souvent l’utilisation de modalités d’imagerie, notamment l’échographie ou l’IRM, et nécessite un post-traitement exhaustif des séquences d’images pour extraire les données de diamètre et de surface afin de calculer les indicesde rigidité 8,9. Les mesures de la raideur artérielle locale, lorsqu’elles sont recueillies à partir des emplacements barosensibles de l’arbre, peuvent également fournir des informations physiologiques essentielles sur le gain mécanique de l’arc réflexe barorécepteur, une voie cruciale pour l’homéostasie cardiovasculaire à court terme, souvent perturbée dans les troubles neurologiques etmétaboliques 10,11. En plus des indices de rigidité, les techniques d’imagerie Doppler et d’imagerie vectorielle basées sur les ultrasons fournissent des mesures quantitatives de la vitesse du flux sanguin, du débit et de la contrainte de cisaillement de la paroi, qui aident à caractériser les environnements hémodynamiques locaux pertinents pour l’athérosclérose et le remodelagevasculaire 12,13. De même, l’IRM à contraste de phase et l’IRM à flux 4D produisent un flux sanguin volumétrique, des gradients de pression, des contraintes de cisaillement de paroi, des schémas d’écoulement turbulent, de la vorticité et de la vitesse des ondes d’impulsion aortique, offrant une caractérisation complète et non invasive de l’hémodynamique qui complète les mesures de rigidité de la paroiartérielle 14,15. Récemment, des technologies de tension artérielle (BP) sans manches basées sur la photopléthysmographie (PPG) ont été développées pour estimer la tension locale ou régionale et la vitesse des ondes d’impulsion à partir des formes d’onde périphériques de l’impulsion16,17. Ces systèmes tirent généralement la pression à partir du temps de transit ou de l’analyse des ondes d’impulsion basée sur le PPG, parfois en combinaison avec un ECG ou un PPG multi-site, et peuvent suivre les variations de rigidité artérielle locale et d’hémodynamique d’un temps à l’autre dans un format 16,17,18 ou basé sur un portable ou un smartphone.

Nous présentons ici une technique validée, sans image, basée sur les ultrasons pour évaluer simultanément la raideur artérielle locale et régionale chezl’humain 9,19,20. La méthode utilise une sonde à ultrasons piézoélectriques à élément unique pour insoner l’artère carotide commune, capturant en temps réel les signaux d’écho des parois artérielles pour générer la forme d’onde de distension de l’artère carotide. La raideur artérielle locale est quantifiée à l’aide des données de distension en conjonction avec la pression artérielle. Pour évaluer la raideur artérielle régionale, un brassard oscillométrique est appliqué à la cuisse pour capturer la forme d’onde de l’impulsion fémorale de manière non invasive. La vitesse de l’onde de l’impulsion carotide-fémorale (cf-PWV) est ensuite calculée en mesurant le délai d’arrivée de l’impulsion entre les sites fémoral et carotidien, ainsi que les longueurs de chemin artériel mesurées à la surface.

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Protocole

Les protocoles d’étude ont été approuvés par le Comité d’éthique de l’Institut national des sciences médicales, New Delhi (IEC-477/17.06.2022, RP-04/2022). Un consentement éclairé écrit a été obtenu de tous les participants qui se sont portés volontaires pour l’étude. Les consommables et équipements utilisés sont listés dans le tableau des matériaux.

1. Composants et connexions de l’équipement

REMARQUE : Le dispositif de mesure comprend le dispositif ARTSENS Plus PWV (dispositif de mesure de rigidité artérielle sans image), deux manchettes gonflables (brachiale et fémorale), un tuyau, un transducteur à ultrasons en mode A, un câble micro-USB, un mètre ruban et un adaptateur de charge. Les interfaces disponibles sur l’appareil sont illustrées à la Figure 1. Les étapes suivantes doivent être suivies pour préparer l’appareil aux mesures :

  1. Connectez l’adaptateur secteur à la prise d’alimentation de l’appareil et branchez l’autre extrémité sur une prise secteur. Cette étape peut être omise si l’appareil dispose d’une batterie de secours adéquate.
  2. Assurez-vous que l’ordinateur hôte est alimenté pendant le fonctionnement afin d’éviter toute interruption du traitement ou de la communication.
  3. Branchez le tuyau d’eau au port de brassard du dispositif de mesure de la rigidité artérielle sans image jusqu’à ce qu’un bruit de « clic » confirme le verrouillage sécurisé.
  4. Fixez le brassard (brachial ou fémoral) à l’autre extrémité du tuyau, selon la mesure souhaitée. Le connecteur utilise un mécanisme de torsion pour verrouillage.
  5. Connectez le câble micro-USB à l’appareil et l’autre extrémité à l’ordinateur hôte. Une connexion directe est recommandée. Si l’hôte ne dispose pas de ports USB de type A, utilisez un hub USB 2.0 alimenté pour assurer un transfert de données stable.

2. Préparation à l’évaluation

REMARQUE : Pour commencer une nouvelle mesure, lancez l’application logicielle dédiée permettant d’exécuter le dispositif de mesure de la rigidité artérielle sans image (version logicielle : V1.0) sur l’ordinateur hôte et suivez ces étapes :

  1. Sélectionnez NOUVEAU PATIENT depuis la page d’accueil pour lancer une nouvelle séance de test.
  2. Saisissez les informations du patient et allez à la page Préparation à l’évaluation en cliquant sur le bouton Flèche Droite en bas à droite de la page. Si des champs obligatoires sont incomplets ou contiennent des entrées invalides, le logiciel affichera un message d’erreur en bas de l’écran.
  3. Demandez au sujet de rester allongé au moins 5 minutes avant la mesure.
  4. Placez les coiffes brachiale et fémorale respectivement sur le bras gauche et la cuisse gauche, en veillant à ce qu’elles soient serrées mais pas excessivement tendues.
  5. Connectez le tuyau au brassard. Assurez-vous que la connexion est sécurisée sans fuite d’air. Un message d’erreur apparaîtra lors des étapes suivantes si une fuite ou un mauvais placement des menottes est détecté.
  6. Cliquez sur Mesurer les valeurs pour enregistrer automatiquement les pressions systolique, diastolique et moyenne, ainsi que la fréquence cardiaque.
  7. Entrez les données anthropométriques si disponibles.
  8. Palper le côté gauche du cou pour localiser le pouls carotidien.
  9. Mesurez et entrez (en millimètres) les longueurs de chemins artériels suivantes (comme montré à la Figure 2) :
    1. Distance entre le site de l’artère carotide et l’encoche sternale
    2. Distance entre l’encoche sternale et le haut du brassard de la cuisse
    3. Distance entre le site de l’artère fémorale et le haut du brassard de la cuisse
      REMARQUE : Ces distances sont illustrées dans l’interface logicielle pour faciliter une saisie précise. La distance ne doit pas utiliser le contact du patient où les contours individuels du corps du patient peuvent augmenter incorrectement la distance PWV en fonction de leur propre structure anatomique externe individuelle. Multipliez aussi les mesures en centimètres par 10 pour les convertir en millimètres et entrez les distances dans le logiciel.
  10. Débranchez la brassette du tuyau et reliez-la à la recette de la cuisse.
  11. Naviguez à l’écran suivant pour commencer les mesures de raideur vasculaire en cliquant sur le bouton Flèche de droite en bas à droite de la page. Le logiciel vérifie la connectivité des sondes et des manchettes. Le brassard se gonflera et se dégonfle dans le cadre d’un contrôle automatique avant de passer à l’écran de mesure.

3. Mesure de la rigidité vasculaire

  1. Appliquez une goutte de gel à ultrasons sur le transducteur en mode A.
  2. Positionnez la sonde au-dessus de l’endroit où les pulsations carotidiennes sont ressenties (voir la Figure 3).
  3. Assurez-vous que l’écran de mesure affiche les retours suivants :
    1. Forme d’onde RF : Assurez-vous qu’elle affiche le signal d’écho brut provenant de l’artère carotide ( Figure 4, colonne de droite).
    2. Barres de qualité du signal : Indiquer la qualité des signaux d’écho pour la paroi proche (NW) et la paroi éloignée (FW) de l’artère. Celles-ci sont situées juste en dessous de la forme d’onde RF.
    3. Barre de progression : Assurez-vous qu’elle indique les progrès pendant que les cycles cardiaques valides sont enregistrés.
    4. Formes d’onde d’impulsion : Montrer la distension carotidienne et les formes d’onde d’impulsion de pression fémorale.
  4. Déplacez et orientez la sonde pour localiser l’artère carotide (voir Figure 4) à l’aide de l’affichage de la forme d’onde RF.
    REMARQUE : Le placement correct est confirmé lorsque deux échos alignés verticalement (correspondant aux parois proches et éloignées de l’artère) présentent un mouvement de phase opposée.
  5. Assurez-vous que la détection de l’artère est indiquée visuellement par une paire de curseurs débordant les parois de l’artère.
    REMARQUE : Le coiff fémoral se gonfle automatiquement pendant ce processus. Un changement de couleur de la forme d’onde du rouge au bleu indique un gonflement adéquat des manches. Une fois la sonde stabilisée maintenue, des formes d’onde carotidiennes et fémorales apparaissent. Ces signaux sont de nature quasi-périodique.
  6. Enregistrez les formes d’onde pour une durée définie par l’utilisateur, indiquée par la barre de progression de remplissage. Le réglage par défaut nécessite au moins 10 cycles cardiaques de haute qualité provenant des artères carotide et fémorale.
    REMARQUE : Après acquisition réussie de données valides, la barre de progression atteint son maximum, et la page Résultats s’affiche. Le nombre de cycles requis pour obtenir les résultats, et par conséquent la durée de l’enregistrement, est configurable par l’opérateur.

4. Obtention des sorties des appareils

  1. Consultez la liste des mesures directes :
    1. Tension brachiale (SBP, DBP, MAP) par oscillométrie.
    2. Forme d’onde de l’impulsion et valeurs absolues (systolique, diastolique, distension maximale) par échographie.
    3. Forme d’onde d’impulsion de pression fémorale par transducteur de manche.
    4. Le temps de transit de l’impulsion carotide-fémorale (cf-PTT) est mesuré directement à partir du délai entre les formes d’onde carotide et fémorale acquises, sans conversion en une onde de pression estimée.
  2. Consultez la liste des mesures déduites :
    1. La pression artérielle centrale (PS,) dérive de la pression artérielle brachiale et des formes d’onde du diamètre carotide. (Elle est obtenue en calibrant la forme d’onde du diamètre à l’aide d’une relation fondamentale non linéaire pression-diamètre, sous l’hypothèse de pressions end-diastolique et moyennes cohérentes à travers l’arbreartériel 21,22.)
    2. Indices de raideur carotidienne : indice de raideur (β), module d’élasticité (Ep) et compliance artérielle (AC) évalués à l’aide des mesures directes telles que présentées dans le tableau 1.
    3. Vitesse d’onde d’impulsion carotide-fémorale (cf-PWV), la métrique régionale de rigidité de référence évaluée à l’aide des mesures directes telles que présentées dans le tableau 1.

5. Configuration de l’appareil pour des mesures fiables

  1. Paramètres de mesure :
    1. Réglez la fréquence du transducteur à 10 MHz.
      REMARQUE : Un transducteur 5 MHz est également pris en charge et peut être sélectionné dans les paramètres de base.
    2. Réglez la fréquence d’échantillonnage du signal ultrasonore à 80 MHz.
    3. Réglez le taux d’images par seconde à 250 Hz.
    4. Réglez la fréquence d’échantillonnage des ondes pulsées de pression fémorale à 250 Hz.
    5. Appliquez un filtre Golay avec 20 points latéraux pour le lissage du signal.
    6. Réglez le point de consigne de la pression de gonflage du brassard à 10 mmHg en dessous du DBP du patient.
  2. Gestion des sondes :
    1. Voir la Figure 3 pour identifier la région idéale pour la palpation et le placement du transducteur.
    2. Palper la zone indiquée pour localiser le pouls carotidien le plus fort afin d’assurer une qualité optimale du signal.
    3. Appliquez une pression douce et constante pour maintenir le contact de la sonde. Évitez d’exercer une pression excessive, car cela peut déformer le signal et causer un inconfort au patient.
    4. Si nécessaire, reposez le poignet de l’opérateur sur une surface de soutien pour améliorer la stabilité.
  3. Placement des poignets :
    1. Enroulez le bracelet autour du milieu de la cuisse, en veillant à ce que le tuyau d’exécution descende.
    2. Placez le Velcro enroulé sur l’intérieur de la cuisse.
    3. Assurez-vous que le poignet est bien ajusté en tenant fermement une extrémité sur le dessus de la cuisse et en l’enroulant dans le sens des aiguilles d’une montre avec l’autre main.
    4. Vérifiez que le tuyau d’arrosage n’est pas coincé sous le tissu du poignet.

6. Utilisation de l’interface graphique logicielle pour la rétroaction de mesure en temps réel

  1. Observez l’affichage de la forme d’onde RF. Initialement non structurées, deux traces d’écho à mouvement opposé apparaissent dans le tiers supérieur de l’écran une fois l’artère localisée.
  2. Surveillez les barres de qualité du signal adjacentes à la forme d’onde RF. Visez un niveau de remplissage supérieur à 50 % (indiqué par le passage des barres du blanc au vert).
  3. Utilisez l’état affiché de la sonde, l’état du bracelet, la couleur de la forme d’onde de pression fémorale et d’autres diagnostics du système pour guider l’acquisition.
  4. Assurez-vous que l’ordinateur hôte est correctement configuré.
  5. Gardez l’ordinateur hôte connecté à une prise électrique pendant toute la procédure de mesure afin d’éviter la limitation des performances qui pourrait nuire à l’acquisition des données et à la communication USB.

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Résultats

La Figure 4 présente des enregistrements échographiques représentatifs, illustrant à la fois des signaux de bonne et de mauvaise qualité résultant respectivement d’une orientation correcte ou incorrecte de la sonde. Une page de résultats d’exemple est présentée à la Figure 5, indiquant les mesures mesurées de raideur et de pression artérielle. (Notez que la page est chargée de résultats à des fins d’illustration). Pour la mesure...

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Discussion

La méthode décrite permet l’évaluation simultanée de la raideur artérielle locale et régionale chez l’humain à l’aide d’un seul examen échographique, sans image. Cette approche intègre une sonde à ultrasons piézoélectriques à élément unique pour capturer les formes d’onde du diamètre de l’artère carotide pour une évaluation locale de la raideur et un brassard de cuisse pour enregistrer la forme d’onde du pouls fémoral afin de déterminer la vitesse d’onde de l’impulsion carotide-fémorale ...

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Déclarations de divulgation

Les auteurs n’ont aucun conflit d’intérêts à divulguer.

Remerciements

Les auteurs reconnaissent les subventions institutionnelles accordées par le Healthcare Technology Innovation Centre, IIT Madras, et l’All India Institute of Medical Sciences, New Delhi, pour avoir soutenu le développement de cette technologie ainsi que la production et la publication de ces travaux.

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Unité ARTSENS PlusVascRisk LLCAP020201001Dimensions : 240 mm x 170 mm x 60 mm, poids : ~1 kg
Adaptateur secteur alternatifVascRisk LLCAP0202010052 MOPP Classe II, 9V - 3,3A, 36W
Câble USBVascRisk LLCAP0202010091 câble Micro USB vers USB type A ; Longueur : 1 m
Manchette de cuisseVascRisk LLCAP020201002Taille adulte et standard
Coiffe brachialeVascRisk LLCAP0203020021Taille adulte et standard
Tuyau d’arrosageVascRisk LLCAP0202010041 tuyau de 1/8" ; Longueur : 1,5 m
Sonde transductrice à ultrasonsVascRisk LLCAP0202010081 x sonde piézo-ultrasonique à élément unique
Ruban à mesurerVascRisk LLCAP0202010101 x 150 cm, avec une résolution de 1 mm
Ordinateur hôtePréférence de l’utilisateurExigences minimales : processeur Intel i5, 8 Go de RAM, Microsoft Windows 10 et versions supérieures, 1 port USB2.0 x
Lecteur logicielVascRisk LLCAP020202056fichier d’installation ISO ; < 1 Go

Références

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