Algorithme multiparamétrique pour la quantification du tissu adipeux épicardique chez les patients atteints de cardiopathie non ischémique

Summary

Ici, nous présentons un protocole pour quantifier le tissu adipeux épicardique à l’aide de la tomodensitométrie sans contraste, offrant une alternative rapide, rentable et sans contraste à la résonance magnétique cardiaque pour des applications cliniques et de recherche.

Abstract

Le tissu adipeux épicardique (TAI), un organe endocrinien et paracrine actif, contribue à la pathogenèse cardiovasculaire. Bien que la résonance magnétique cardiaque (CMR) soit la norme de référence pour quantifier le volume EAT (EATV), son utilité clinique est limitée. La TDM thoracique sans contraste (NCCT), largement utilisée en radiologie, offre une alternative potentielle. Bien que l’angiographie coronarienne par tomodensitométrie améliore la délimitation de la bordure myocardique, son utilisation est limitée par les risques d’allergie au contraste et l’augmentation de l’exposition aux rayonnements. Cette étude examine la faisabilité du NCCT pour l’évaluation EATV par rapport à la CMR. Nous avons recruté 120 patients atteints de cardiopathie non ischémique subissant à la fois un NCCT et une CMR au cours d’une seule hospitalisation. L’EATV a été mesuré à l’aide d’une analyse volumétrique basée sur la CMR et d’une segmentation de seuil en niveaux de gris basée sur le NCCT. L’épaisseur de l’EAT a été quantifiée à six sites anatomiques (sillons auriculo-ventriculaires gauche/droit, sillons interventriculaires antérieurs/postérieurs/supérieurs et paroi libre ventriculaire droite) sur les deux modalités. Analyse statistique comparant les mesures de volume et d’épaisseur. L’EATV dérivé de la segmentation des seuils NCCT n’a montré aucune différence significative par rapport à la volumétrie CMR (P > 0,05). De même, les mesures d’épaisseur de l’EAT sur les six sites n’ont montré aucune différence significative entre le NCCT et le CMR (tous les P > 0,05). La segmentation de seuil en niveaux de gris basée sur le NCCT fournit des mesures EATV comparables à la norme de référence CMR. Cela valide le NCCT comme une alternative rapide, rentable et cliniquement réalisable pour une quantification précise de l’EAT.

Introduction

Les symptômes et les signes chez les patients atteints de cardiopathie non ischémique sont divers et sont souvent diagnostiqués à tort comme des affections non cardiaques. Parmi les patients subissant une angiographie invasive pour une ischémie suspectée, une proportion substantielle (jusqu’à 70 %) ne présente pas de coronaropathie obstructive. Beaucoup de ces patients présentent des symptômes compatibles avec des présentations ischémiques malgré l’absence de sténose significative, relevant d’un spectre plus large de cardiopathies non ischémiques¹. Dans l’étude WISE (Women’s Ischemia Syndrome Evaluation-Coronary Vascular Dysfunction), qui a porté sur 883 patientes, environ les deux tiers (62 %) ne présentaient pas de sténose obstructive significative². De plus, les patients atteints de maladie coronarienne non obstructive ont tendance à être plus jeunes que ceux atteints de maladie obstructive. Par rapport aux personnes asymptomatiques, ces patients sont associés à des taux accrus d’événements cardiovasculaires, à des hospitalisations récurrentes, à une altération de la qualité de vie et à des coûts de santé élevés³.

Le tissu adipeux épicardique (EAT), un dépôt de graisse actif avec des fonctions endocriniennes ^4,5, présente des changements de volume et d’épaisseur qui sont étroitement associés à des événements cardiovasculaires tels que l’athérosclérose coronaire et la fibrillation auriculaire 6,7,8,9. Bien que la résonance magnétique cardiaque (CMR), avec sa résolution supérieure des tissus mous, soit établie comme la référence en matière de mesure de l’EAT, son application clinique est limitée par de longs délais de balayage, un coût élevé, une contre-indication chez les patients porteurs de stimulateurs cardiaques et une faible tolérance chez les personnes atteintes de claustrophobie¹⁰. Les recherches actuelles portent principalement sur l’angiographie par tomodensitométrie coronarienne (ACTC)¹¹. Bien que son amélioration vasculaire facilite la distinction entre l’EAT et le myocarde, l’ACTC comporte des risques, notamment une allergie à l’agent de contraste, une dose de rayonnement accrue et un coût plus élevé, ce qui entraîne une applicabilité limitée dans les populations générales de patients. À l’inverse, la TDM sans contraste (NCCT), la modalité de TDM la plus largement utilisée dans la pratique clinique, offre plusieurs avantages distincts : (1) temps de balayage rapide (minutes) sans avoir besoin d’agents de contraste, ce qui entraîne une faible dose de rayonnement et un coût relativement faible, ce qui favorise une adoption clinique plus large ; (2) l’EAT typique présente des valeurs d’unité de Hounsfield (HU) allant de -190 à -30, ce qui permet une analyse quantitative basée sur la densité tissulaire. Des études indiquent que la densité d’EAT augmente considérablement au cours du syndrome coronarien aigu, démontrant que l’analyse quantitative via HU peut différencier efficacement le tissu adipeux normal du tissu adipeux inflammatoire¹². Plus important encore, la tomodensitométrie sans contraste de routine visualise clairement l’interface péricardique sans nécessiter d’agents de contraste, ce qui offre une nouvelle possibilité pour la mesure de l’EAT. Par conséquent, l’exploration de méthodes de quantification de l’EAT à l’aide d’une TDM sans contraste a une valeur clinique significative pour promouvoir l’évaluation précoce du risque cardiovasculaire.

Cette étude a donc développé et validé un algorithme semi-automatisé et multiparamétrique pour quantifier l’EAT à partir d’une tomodensitométrie sans contraste acquise en routine. Nos principaux résultats démontrent que cette méthode mesure de manière fiable le volume et l’atténuation de l’EAT chez les patients atteints de cardiopathie non ischémique. Bien qu’il existe des protocoles de quantification EAT pour le CCTA, il n’existe pas de méthode dédiée pour la TDM sans contraste. Notre approche s’attaque directement à cette lacune. Il tire parti des avantages inhérents au NCCT, à savoir la grande disponibilité et la sécurité, tout en éliminant le besoin d’injection de produit de contraste requis par les méthodes existantes basées sur le CCTA. Cela élargit considérablement le potentiel d’évaluation de l’EAT à des populations cliniques et de dépistage plus larges.

Protocol

L’approbation éthique de cette étude a été accordée par le comité d’éthique de la faculté de médecine de Chengdu, avec une renonciation au consentement éclairé. Le protocole de l’étude garantissait le respect des principes éthiques de la Déclaration d’Helsinki.

1. Sélection des patients

1. Utilisez les critères d’inclusion suivants :
   1. Inclure les patients atteints de cardiopathie non ischémique (DNAH).
      REMARQUE : Cent vingt (120) patients atteints de DNAH, qui ont été traités au premier hôpital affilié de la faculté de médecine de Chengdu entre 2017 et 2024, ont été sélectionnés pour cette étude.
   2. S’assurer que tous les patients ont subi à la fois des examens NCCT et CMR au cours d’une seule hospitalisation.
   3. Assurez-vous que l’intervalle entre les balayages < 48 h.
      REMARQUE : L’INHD a été définie par la présence de symptômes cliniques d’ischémie myocardique et une sténose de l’artère coronaire confirmée de moins de 50 % par angiographie coronarienne par tomodensitométrie (ACAC) ou par coronarographie invasive. Cette présentation clinique s’aligne sur la définition de l’ischémie sans artères coronaires obstructives (INOCA) ; cependant, dans le cadre de cette étude méthodologique axée sur la quantification de l’EAT, nous utilisons le terme plus large NIHD pour décrire notre cohorte.
2. Exclure les patients présentant les éléments suivants : maladie péricardique, tumeurs malignes, antécédents de transplantation cardiaque ou antécédents de chirurgie cardiaque¹³.

2. Protocole d’imagerie NCCT et paramètres de balayage

1. Configuration du scanner
   1. Effectuez un étalonnage hebdomadaire du tomodensitomètre à l’aide d’un fantôme de l’American College of Radiology (ACR). Maintenez la salle des scanners à une température ambiante de 22 ± 2 °C et à une humidité relative de < 65 %.
   2. Actionnez un détecteur à 320 rangées et 640 coupes équipé d’une couverture Z de 160 mm.
      REMARQUE : Les paramètres clés incluent fixe 120 kVp, 130 mAs, temps de rotation : 0,5 s/360°, pas : 1,0875.
2. Plage de balayage
   1. Acquérir des images de la fosse sus-claviculaire à la surface diaphragmatique inférieure. Alignez le positionnement du laser sur l’espace intervertébral T4/T5.
   2. Réglez la plage de balayage de l’entrée thoracique à 2-3 cm sous l’angle costophrénique et acquérez des images en une seule apnée.
   3. Retirez les objets métalliques de la poitrine ; Coacher le patient pour une apnée constante.
   4. Effectuez un entraînement en apnée à l’aide d’un entraînement guidé par un spiromètre (capacité minimale de 15 s). Pour les patients atteints de BPCO, mettre en œuvre un déclenchement respiratoire avec une fenêtre d’acceptation de ± 2 mm.
3. Paramètres d’acquisition et de reconstruction
   1. Effectuez le balayage à l’aide du mode de balayage en spirale ; Demandez au patient de retenir sa respiration après une inspiration profonde.
      REMARQUE : Paramètres clés : épaisseur de la tranche de 1,0 mm, incrément de la tranche : 1,0 mm (contiguë), matrice 512 × 512, grain des tissus mous (noyau de reconstruction des tissus mous du corps b) ; Champ de vision de 350 mm, niveau de fenêtre (WL) 40 HU et largeur de fenêtre (WW) 400 HU.
   2. Obtenez quatre séries d’images : (1) fenêtre médiastinale de 1,0 mm (WL 40/WW 400), (2) fenêtre pulmonaire de 1,0 mm (WL -500/WW 1500), (3) fenêtre médiastinale de 5,0 mm (WL 40/WW 400) et (4) fenêtre pulmonaire de 5,0 mm (WL -500/WW 1500).
   3. Appliquer une reconstruction itérative hybride à une concentration modérée (40 %) à l’aide d’un noyau standard de tissus mous ; générer des reformations multiplanaires de 1,0 mm pour la référence anatomique, avec des paramètres de fenêtre de médiastinal (largeur 400 HU/niveau 40 HU) et pulmonaire (largeur 1600 HU/niveau -600 HU).
4. Sécurité et notes
   1. Se conformer aux normes chinoises de radioprotection WS/T 391-2012 et aux directives internationales¹⁴.
   2. Limitez l’indice de dose de tomodensitométrie volumique (CTDIvol) ≤15mGy par ICRP 135. Enregistrer le produit dose-longueur (DLP) avec le facteur de conversion k = 0,014 mSv·^mGy-1·^cm-1.
   3. Utilisez l’inhalologue + l’invite vocale pour réduire les artefacts de mouvement si l’apnée est difficile.
      REMARQUE : Nous avons sélectionné l’interpolation bilinéaire pour son équilibre optimal entre l’efficacité de calcul et la préservation des bords. Tout en reconnaissant son potentiel pour l’introduction de la moyenne de volume partiel et du lissage de l’unité de Hounsfield (HU), cette méthode a été choisie parce qu’elle offre une délimitation des limites supérieure à l’interpolation du plus proche voisin.

3. Protocole d’imagerie CMR et paramètres de balayage

1. Configuration du scanner
   1. Réaliser l’examen à l’aide d’un scanner IRM 3,0 T équipé d’une bobine cardiaque multiélément, avec le patient en position couchée.
   2. Configurez le système de résonance magnétique pour effectuer l’assurance qualité pré-balayage : tolérance de cale ≤5 ppb, SNR ≥100 (fantôme), B0homogénéité ≤0,5 ppm.
2. Protocole de balayage
   1. Accédez au protocole d’imagerie cardiaque en naviguant dans la séquence de menu suivante sur la console : Console, Gestionnaire de protocole, Cardiaque, cardiac_easy, Cine_bSSFP.
   2. Acquérir des vues éclaireuses : Transversale : Arc aortique à diaphragme ; Coronale : du tronc pulmonaire à l’apex du VG ; Sagittal : Ventricule droit à l’aorte descendante.
3. Configurer le déclenchement de l’électrocardiographie (ECG)
   1. Appliquez un ECG vectoriel à 3 dérivations avec filtrage adaptatif et synchronisez le soufflet respiratoire à mi-expiration.
   2. Sélectionnez Déclencheur adaptatif ; réglez la fenêtre de déclenchement à 15 % pour l’hébergement de l’arythmie.
4. Phases cardiaques, résolution temporelle
   1. Acquérez 30 phases cardiaques avec une résolution temporelle = 45 ms et avec 13 segments d’espace k pour une couverture complète du cycle.
      REMARQUE : Paramètres clés : Axe court : TR/TE = 2,86/1,31 ms, angle de retournement = 60°, bande passante = 1000 Hz/pixel, taille de matrice = 128 × 224, champ de vision (lecture/phase) = 360/320 mm, épaisseur de la tranche = 8 mm, 6-12 tranches (couverture contiguë sur un axe court), contrôle respiratoire = apnée (apnée simple = 12-15 s. Quatre chambres : TR/TE 2,86/1,31 ms, angle de retournement 55°, bande passante 1000 Hz/pixel, matrice 128×224, champ de vision (lecture/phase) 360/320 mm, épaisseur de la tranche 8 mm, 1-3 tranches, contrôle respiratoire avec apnée (apnée simple = 10-12 s, mêmes exigences que ci-dessus).
5. Mise en œuvre de l’imagerie parallèle
   1. Activer l’imagerie parallèle ARC avec un facteur d’accélération de 2 ; L’étalonnage automatique élimine le balayage de référence séparé.
      REMARQUE : Pour assurer la sécurité des patients, cette étude s’est strictement conformée à l’exposé de position de la Société de résonance magnétique cardiovasculaire (SCMR) (2020) sur les indications cliniques de la résonance magnétique cardiovasculaire¹⁵ et effectue la vérification de la bobine et l’auto-étalonnage avant l’examen.

4. Mesure de l’épaisseur EAT

1. Reconstruction et mesure multiplanaires NCCT
   1. Importez une série de fenêtres médiastinales de 1,0 mm dans le module de reconstruction multiplanaire (MPR). Configurez l’intervalle de reconstruction à 0,5 mm à l’aide de l’algorithme d’interpolation bilinéaire. Synchronisez les mises à jour des plans axial, sagittal et coronal.
   2. Aligner avec la référence longitudinale du ventricule gauche (VG). Tournez pour obtenir une vue orthogonale à 4 chambres (plan à 2 chambres sécantes). Générez un empilement perpendiculaire à axe court (épaisseur de la tranche : 8 mm, espace : 0 mm) couvrant l’anneau mitral jusqu’à l’apex.
   3. Mesurez l’épaisseur de l’EAT au niveau des six sites anatomiques suivants : le sillon auriculo-ventriculaire gauche (LAVG), le sillon auriculo-ventriculaire droit (RAVG), le sillon interventriculaire antérieur (AIVG), le sillon interventriculaire supérieur (SIVG), le sillon interventriculaire inférieur (IIVG) et la paroi libre ventriculaire droite (RVFW)¹⁶.
   4. En suivant le protocole RVFW, obtenir trois mesures consécutives à chaque site anatomique. La valeur finale enregistrée pour chaque site doit être la moyenne de ces mesures en trois exemplaires.
      REMARQUE : Si la plage des trois mesures dépasse 1 mm, recalibrez le plan d’imagerie et répétez les mesures. Le processus de mesure global et l’exemple sont illustrés à la figure 1.
2. Effectuer une quantification cinématographique haute résolution CMR
   1. Importez des séquences cine à précession libre équilibrée à l’état stationnaire (bSSFP) à axe court et à axe long et identifiez manuellement les trames de fin de diastole (ED)¹⁰et de fin de systole (ES).
   2. Figez les images ED et affinez manuellement les bordures pour ± une précision de 1 pixel.
   3. Établissez une couverture à 12 niveaux sur un axe court, de l’anneau mitral à l’apex.
   4. Mesurez l’épaisseur aux niveaux SIVG, IIVG et RVFW, en faisant la moyenne des valeurs le long d'± rayons de 60° par rapport à l’axe central pour minimiser les erreurs obliques.
      REMARQUE : En suivant le protocole RVFW, obtenez trois mesures consécutives à chaque site anatomique. La valeur finale enregistrée pour chaque site doit être la moyenne de ces mesures en trois exemplaires.
   5. Établissez l’axe de référence entre l’apex ventriculaire gauche et le milieu de l’anneau mitral, et alignez le plan horizontal à axe long pour obtenir une vue normalisée à quatre chambres.
   6. Mesurez l’épaisseur du tissu adipeux épicardique au niveau du LAVG, du RAVG et de l’AIVG en fin de diastole, en calculant la moyenne des mesures symétriques ± 45° le long du sillon auriculo-ventriculaire pour éviter les erreurs non orthogonales.
      REMARQUE : Le processus de mesure global et l’exemple sont illustrés à la figure 2.

Figure 1 : Mesure de l’épaisseur EAT sur CT à l’aide de la reconstruction multiplanaire (MPR). (A) MPR effectué le long du plan ventriculaire court gauche ; (B) Mesures obtenues au niveau du sillon interventriculaire supérieur (SIVG), du sillon interventriculaire inférieur (IIVG) et de la paroi libre ventriculaire droite (RVFW), RVFW représentant la moyenne de trois points de mesure ; (C) MPR répété le long du plan ventricule gauche à axe court ; (D) Mesures acquises au niveau du sillon auriculo-ventriculaire gauche (LAVG), du sillon auriculo-ventriculaire droit (RAVG) et du sillon interventriculaire antérieur (AIVG). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 2 : Quantification de l’épaisseur de l’EAT par résonance magnétique cardiaque (CMR). (A) Mesures acquises à LAVG, RAVG et AIVG sur vue à quatre chambres ; (B) Mesures obtenues au SIVG, à l’IIVG et au RVFW sur une vue à court axe, la RVFW étant indiquée comme la moyenne de trois points de mesure. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

5. Acquisition du volume EAT

1. Algorithme de segmentation de seuil en niveaux de gris NCCT
   1. Importez les images NCCT contiguës d’une épaisseur de 1,0 mm (au format DICOM) depuis le poste de travail local dans le logiciel 3D Slicer en glissant-déposant le dossier contenant les fichiers DICOM directement dans la fenêtre principale de 3D Slicer.
   2. Accédez au module Éditeur de segments. Créez un masque de segmentation. Sélectionnez l’outil de segmentation de seuil et définissez précisément la plage de seuil sur -150 à -50 HU¹⁷.
      REMARQUE : La quantification volumétrique du tissu adipeux épicardique (EAT) est confinée à l’intérieur de limites anatomiques définies par la bifurcation de l’artère pulmonaire en haut et l’apex du ventricule gauche en bas^12,18. La plage de seuil sélectionnée de -150 à -50 HU est conçue pour isoler de manière optimale l’EAT en minimisant les effets de volume partiel des tissus adjacents avec une atténuation légèrement plus élevée, tels que le myocarde ou le liquide épicardique.
   3. Cliquez sur le bouton Appliquer et cliquez sur le bouton Afficher la 3D pour prévisualiser l'"enveloppe de graisse » initiale.
   4. Utilisez l’outil d’effacement pour retirer soigneusement les tissus adipeux médiastinaux et de la paroi thoracique non connectés à la graisse épicardique sur plusieurs vues orthogonales (axiale, sagittale, coronale).
      REMARQUE : Les calcifications péricardiques (valeurs CT significativement supérieures à -50 HU) sont généralement exclues par le seuil initial. Retirez-les manuellement du masque gras s’il est inclus en raison d’effets de volume partiels. La figure 3 en donne un exemple représentatif.
   5. Obtenez le résultat volumique (en mL) directement à partir du module Statistiques de segments, qui applique un principe de calcul équivalent à l’intégration de Monte Carlo. SORTIE : Volume total (mL)
2. Méthode CMR
   1. Importez les piles de films à 12 niveaux sur des axes courts (épaisseur de la tranche : 8 mm, espace : 0 mm) dans le logiciel d’analyse d’images.
   2. Tracez manuellement les contours épicardiques et péricardiques sur chaque tranche à la fin de la phase diastolique.
   3. Générez le masque graisseux final.
   4. Appliquez la règle de Simpson modifiée pour calculer le volume EAT total : Volume EAT = Σ (zone EAT × (épaisseur de tranche + écart de tranche)⁾¹⁹. SORTIE : Volume total (mL)
      REMARQUE : S’il y a un espace de 2 mm entre les couches, des corrections doivent être apportées en fonction de l’espacement réel.

Figure 3 : Reconstruction 3D du tissu adipeux épicardique obtenue par l’algorithme de segmentation de seuil en niveaux de gris. Remarque : Il s’agit d’un modèle représentatif pour la visualisation et, en tant que schéma, il ne doit pas être mis à l’échelle. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

6. Analyse statistique

1. Collectez et analysez des données à l’aide de Python.
2. Appliquer le test de Shapiro-Wilk²⁰pour la normalité ; déclarer les variables continues non normalement distribuées sous forme de médiane (écart interquartile) [M (P25, P75)] avec le test U²¹de Mann-Whitney pour les comparaisons de groupes, et exprimer les données normalement distribuées sous forme de moyenne ± d’écart-type (x̄±s) analysées par le test t^{apparié 22}.
3. Calculez le coefficient de corrélation intraclasse (ICC) à l’aide d’un modèle à effets aléatoires à deux facteurs pour obtenir une concordance absolue, en désignant ICC > 0,75 comme seuil de bonne cohérence entre les mesures NCCT et CMR.
4. Considérez les différences comme statistiquement significatives lorsque la valeur p est inférieure à 0,05 (p < 0,05).

Results

Le tableau 1 présente l’analyse comparative des mesures EAT entre les modalités de TDM et d’IRM sur tous les sites anatomiques. Dans l’ensemble, le test t apparié n’a montré aucune différence significative (P > 0,05), ce qui soutient l’équivalence des deux méthodes. Les différences moyennes (IRM-TDM) variaient de -0,10 mm (sillon interventriculaire inférieur) à +0,29 mm (sillon auriculo-ventriculaire gauche), avec des intervalles de confiance à 95 % dépa...

Discussion

Ce résultat démontre que, conformément aux études antérieures²³, le sillon auriculo-ventriculaire droit (RAVG) présente le tissu adipeux épicardique (EAT) le plus épais parmi les six sites anatomiques mesurés. Cela peut être attribué à des différences hémodynamiques entre les systèmes cardiaque droit et gauche. Le ventricule droit pompe le sang dans la circulation pulmonaire à faible résistance, tandis que le ventricule gauche doit surmonter le système vasculaire ...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Scanner CT 640 tranches	United Imaging	uCT 960+	A établi un scanner volumétrique d’organe entier avec une résolution isotrope sub-millimétrique, permettant l’imagerie cardiaque sans mouvement et la caractérisation des tissus à très faible dose.
Scanner IRM 3.0 T	United Imaging	uMR 960+	Plateforme avancée à large cylindre offrant un contraste exceptionnel des tissus mous pour le phénotypage cardiaque quantitatif et l’analyse multiparamétrique de la composition corporelle.
3D Slicer	Communauté open source	https://www.slicer.org/	Logiciels libres et open source pour l’analyse d’images médicales (segmentation, enregistrement, visualisation 3D). Soutenu par les NIH.
PyTorch	Meta Platforms, Inc.	https://pytorch.org/	Cadre d’apprentissage profond open source avec graphes de calcul dynamique, largement utilisé pour la recherche en IA et le déploiement de modèles. Prend en charge l’accélération GPU.