GASTROENEROLOGY

EVALUATION PAR L’ ECHOENDOSCOPIE DU RISQUE DE RECIDIVE VARIQUEUX ET HEMORRAGIQUE APRES TRAITEMENT ENDOSCOPIQUE PAR LIGATURE ELASTIQUE: ANALYSE ASSISTEE PAR LA GEOMETRIE FRACTALE

par:

Docteur Dimitri KOUTSOMANIS,Hépato-gastroéntérologue Centre Hospitalier,76400 FECAMP,FRANCE

Professeur Vassileios PAPAKWNSTANTINOU,Mathematicien,Ecole Polytechnique de Zurich(ETH),Zurich,Suisse

INTRODUCTION
Les divers traitements endoscopiques visent à éradiquer les varices de l'oesophage, source potentielle d'hémorragie, sans pour autant affecter la pression porte. L'efficacité de la ligature est similaire (1) ou même supérieure (2) à la sclérothérapie en matière de contrôle hémorragique. Cela a été confirmé par une méta-analyse (3) Le contrôle hémorragique ne conduit pas toujours à une baisse de la mortalité dans ses études, car dans la plupart des cas,il s'agit d'une pathologie hépatique en stade terminal. L'efficacité du traitement, qui est exprimée par la baisse du taux de récidives hémorragiques, est directement correlée au degré d'éradication de varices oesophagiennes. L'éradication de varices peut être évaluée par l'endoscopie , mais plus précisement par l'écho-endoscopie (4).En fait , la corrélation entre endoscopie et écho-endoscopie ne semble pas être bonne (4) puisque environ 17% des varices oesophagiennes qui paraissent être éradiquées à l'endoscopie, ne le sont pas en réalité. La corrélation entre les deux techniques semble être pauvre (5,6)et l'écho-endoscopie semble être une modalité plus reproductible et plus sensible, que l'endoscopie (6). Il serait possible de prévoir une récidive hémorragique par la détection en écho-endoscopie de varices para-oesophagiennes (7). On peut ainsi modifier notre comportement de surveillance vis-à-vis de certains groupes de patients qui seraient ainsi identifiés à haut risque hémorragique. La Ligature élastique est un traitement établi dans les traitements endoscopiques des varices oesophagiennes. Il a été montré (8)qu’une sclérothérapie de faible volume concommitante a la pose des ligatures élastiques pourrait avoir un effet bénéfique en diminuant le nombre de séances nécessaires pour l’eradication des varices oesophagiennes. Ce bénéfice qui a été confirmé par d'autres études(9) a été attribué à la ligature élastique seule par certains auteurs (11).La combinaison sclérothérapie/ligature est actuellement mise en question par plusieurs équipes (10,11) Plusieurs etudes (4,12,13)confirment l’interet de l’echo-endoscopie dans la surveillance des varices de l’oesophage apres traitement endoscopique par ligature elastique. La majorité des objets observés dans la nature ont des formes complexes. Les images obtenues en écho-endoscopies sont des objets complexes. Ils véhiculent une information qui est interprétée d'une manière dynamique et subjective par l'opérateur. La complexité de la structure de l'image écho-endocopique , comme par exemple le degré de l'arborisation des vaisseaux , ou bien l'irrégularité d'une tumeur , reste la même malgré les agrandissements. Leur forme semble donc se repéter à des différents agrandissements ; ceci est particulièrement évident pour les structures en anatomie pathologique. Cette propriété est appelée scaling self-similarity. Elle est particulièrement importante car des paramètres tel que la longueur ou la surface , mesures par excellence euclidiennes, peuvent ne pas être valables. La géométrie dite fractale semble surmonter ces limitations.La dimension fractale est une expression de la capacité de l'objet d'occuper l'espace. La dimension fractale peut être mesurée moyennant l'analyse d'image par la dilatation de Pixel, le compte des nombres des carrés etc... En biologie et en médecine l'analyse fractale a été appliquée en cancérologie (analyse de l'image en anatomie pathologique, l'analyse des mammogrammes, des scanners etc...) en chirurgie dentaire pour décrire l'évolution des carries, en angiologie pour l'architecture vasculaire des tumeurs , en néphrologie, en neurologie etc...

BUT DE L'ETUDE
Il parait licite de considérer les varices oesophagiennes comme un système dynamique non-linéaire donc chaotique . L'échographie est un examen dynamique dont l'interprétation reste subjective. Ainsi, l'interpretation de l'information véhiculée par l'image écho-endoscopique, reste subjective, donc aléatoire. L'étude en écho-endoscopie est surtout morphologique bien que l'on recherche des valeurs "objectives" , euclidiennes par définition, qui décriront au mieux notre impression globale de l'image. Ainsi dans l'étude de Leung (7) les mesures (euclidiennes )des varices para-oesophagiennes, prennent une valeur prédictive quant au risque hémorragique par rupture des varices de l'oesophage. une partie donc de l'information est ainsi traitée. Le but de cette étude est 1) De décrire les aspects écho-endoscopiques après ligature élastique et sclérothérapie dans le traitement de varices oesophagiennes 2) De tenter de sélectionner les patients "à haut risque" et de degager la place de l’echoendoscopie dans la surveillance de ces patients particulierement difficiles La présente étude a , entre autre, pour but de démontrer que , avec des moyens simples, sinon rudimentaires, la totalité de l'information véhiculée par l'image écho-endoscopique, peut être prise en compte. Il sera démontré par ailleurs que les images écho-endoscopiques sont des objets fractals auxquels une dimension fractale , dépourvue par définition de la subjectivité de l'observateur, peut leur être assignée . Cette dimension est l'expression de la complexité de l'image.

MATERIELS ET METHODES
Le ligateur Speedband qui ne necessite pas la pose d’un overtube, a été utilisé pour la mise en place des ligatures élastiques. La sclérothérapie a été effectuée avec du polidocanol a 1% qui a été injecté à une dose totale inférieure à 10 cc (X=6cc) peu en-dessus du site ligaturé.La vdeo-éndoscopie a éte realisée avec un appareil OLYMPUS 100HI. L'endo-sonographie a été effectuée dans les 4 premieres semaines après le traitement par un appareil Olympus UM-20. Au total 5 patients ont été inclus dans cette étude prospective. Les varices paraoesophagiennes ont été divisees en deux groupes(arbitraire):celles qui avaient une taille inferieure a 5mm ,(faible risque hémorragique) et celles dont la taille était supérieure à 5 mm. Pour le traitement des images reccueillies après les examens écho-endoscopiques, un scanner Logitech , Pagescan Color, a été utilisé. Trois clichés représentatifs au niveau du 1/3 inferieur,ont été choisis . Après numérisation , l'image a été optimisée, et /convertie en mode Pixel-simple. Pour l'estimation de la dimension fractale, la méthode du "compte des carrés" (box-counting) a été utilisée, Elle est basée sur la formule : Db= lim logN (e) e(( log(1/e) Db = la dimension de l'objet en utilisant le compte des carrés. e = la longueur de chaque coté du carré N (e) = le plus petit nombre des carrés de longueur (e) requis pour couvrir complétement le périmètre de l'objet Toutefois la limite zéro ne peut pas être appliquée aux objets biologiques . Une méthode empirique est utilisée. Cette méthode est exprimée par Db = d où d exprime la pente du graphique logarithmique : log N (e) log (1/e) et d = la dimension fractale Sept dimensions fractales par image ont été calculées en utilisant un logiciel compilé avec BORLAND PASCAL

PATIENTS
Entre septembre 1997 et avril 1998, 5 patients , ayant présentés une hémorragie variqueuse, qui avaient bénéficié d'un traitement d'éradication de varices oesophagiennes avec ligatures élastiques et sclérothérapie, ont subi un examen écho-endoscopique qui a été réalisé dans les deux à quatre semaines (moyenne = 2.5 semaines) qui ont suivi le geste endoscopique. Deux à quatre ligatures endoscopiques (moyenne =2.5 )ont été posées le plus près possible de la jonction cardio-oesophagienne pendant la phase de l'hémorragie active. La ligature a été suivie d'une sclérothérapie de faible volume , qui a été réalisée à quelques centimètres en dessus de chaque site ligaturé. Quatre à huit cc d'Aetoxisclérol à 1% (moyenne = 6 cc) ont été injectés. Le score de Child Pugh de chaque patient est donné dans la table suivante :

LAUR=11

ROB=6

BOUZ=6

BARE=6

DESM=6

(LAUR) était porteur d'un hépatocarcinome sur le terrain d'une cirrhose éthylique au moment de l'hémorragie variqueuse inaugurale. Les autres patients étaient porteurs d'une cirrhose éthylique sevrée sauf (ROB) qui avoue une consommation modérée de boissons alcoolisées ; une image arrondie suspecte du foie droit est en voie d'exploration. L'âge des patients est compris entre 48 et 61 ans (4 hommes et une femme). RESULTATS Pendant les 6 mois de l'étude un patient (LAUR) est décédé d'une hémorragie ulcéreuse qui a été suivie d'une CIVD (ulcère bulbaire) . Une patiente (BOUZ) a présenté une récidive hémorragique variqueuse ayant nécessité une nouvelle séance d'éradication. Cette récidive est survenue deux mois après l'écho-endoscopie. Deux autres patients ont nécessité une nouvelle séance d'éradication (BARE, ROB) car ils présentaient des varices oesophagiennes à haut risque hémorragique (taille supérieure à II , stigmates de haut risque). Un patient (DESM) présentait des varices oesophagiennes de stade I et il n'a pas nécessité d'une nouvelle séance d'éradication de varices oesophagiennes. Aspects écho-endoscopiques et vidéo-endoscopiques On retrouve dans tous les cas un épaississement de la paroi du tiers inférieur de l'oesophage qui semble être attributif à la technique d'éradication des varices oesophagiennes. Chez deux patients (BOUZ et LAUR) on retrouve des varices para-oesophagiennes d'un diamétre supérieur à 5 mm, indice prédictif des rechutes de varices. Chez (BOUZ),un épaississement de la plèvre témoigne d'une réaction inflammatoire à ce niveau, peut être en rapport avec la sclérothérapi.Chez les trois autres patients , on retrouve le même épaississement modéré de l'oesophage inférieur, mais aucune veine dans l'espace muqueux/sous muqueux.Dans tous les cas,il n'y avait pas de cordon variqueux "actif" au moment de l'écho-endoscopie ; l'éradication a été donc efficace. Le résultat écho-endoscopique corroborait parfaitement avec l'impression endoscopique de deux endoscopistes indépendants

Patient :Varice para- oes. > 5mms

ROB :Non

DESM:Non

BARE:Non

LAUR:Oui

BOUZ:Oui

Sept dimensions fractales par image ont été calculées en utilisant un logiciel compilé avec Borland Pascal. Ainsi, 21 valeurs fractales ont été obtenues pour chaque patient. Les patients ont été comparés avec l'analyse de variance (ANOVA)(voire Annexe) Quand la dimension d est supérieure à 1,cela signifie que l'objet étudié, en l'occurence l'image écho-endoscopique, est un objet fractal. Un patient (LAUR) présente des différences de dimension fractale significativement supérieure (P<0.0 5 ) La patiente (BOUZ) qui avait présenté une récidive hémorragique, présentait également une valeur fractale élevée ( 1.63) . Les deux autres patients qui ont eu besoin d'une nouvelle séance d'éradication de varices oesophagiennes avaient également des valeurs fractales supérieures à 1.50 (ROB = 1.58) La valeur fractale du seul patient qui n'a pas nécessité des séances d'éradication était inférieur à 1.50. Sa valeur fractale différait significativement des deux patients de "haut risque" qui étaient LAUR et BOUZ

DISCUSSION
L'originalité de cette étude réside dans le traitement de l'image écho-endoscopique par un algorithme mathématique et dans l'association de ces résultats avec le tableau clinique et l'aspect écho-/vidéo endoscopique dans le cadre d'une étude prospective. Les résultats ainsi obtenus sont de deux ordres : a) écho-/vidéo-endoscopiques, b) mathématiques. On a tenté de reproduire l'étude de Leung (7) qui correlait la dimension euclidienne des varices para-oesophagiennes à un risque élevé de récidive de varices et d'hémorragie variqueuse ; les patients porteurs de varices para-oesopagiennes d'une taille supérieure ou égale à 5 mm ont été considérés comme des patients à haut risque. Leung s'était donc basé sur un seul élément de l'image écho-endoscopique (la taille des varices para-oesophagiennes) et tenta de l'associer au risque hémorragique. Toutefois, l'image écho-endoscopique véhicule bien plus d'informations : aspect de la muqueuse après un traitement endoscopique, persistance ou non des cordons variqueux actifs, présence de plusieurs varices para-oesophagiennes avec une anatomie souvent différente d'un patient à l'autre...L'application d'un algorithme mathématique pour résoudre un problème qui était de prime abord géométrique tente de décrire l'image écho-endoscopique par la mesure de la dimension fractale. Dans cette étude , on tente de correler , l'impression subjective d'un opérateur expérimentéavec la mesure objective d'une dimension géométrique. Il y a incontestablement une bonne corrélation entre l'impression subjective obtenue en écho-endoscopie et de la taille des varices para-oesophagiennes avec la dimension fractale puisque les deux patients (LAUR et BOUZ) avaient tous les deux les valeurs les plus élevées. Dans cette étude l'évolution clinique concorde avec les résultats de l'étude de Leung bien que le patient (LAUR) qui présentait le plus haut risque dans ce groupe est décédé d'une autre cause (ulcére) sans pour autant saigner des varices ou avoir besoin d'un nouveau traitement d'éradication de celles-ci. On a l'impression que la dimension fractale des images obtenues en écho-endoscopie, exprime la gravité de la maladie qui, dans le cas de la cirrhose hépatique , est intimement liée à l'hypertension portale. Ainsi, le patient (ROB) avec une valeur fractale de 1.58 récidive plus tôt que le patient (BARE) qui , lui a une valeur fractale un peu inférieure (1.53) ; le patient ROB contrairement au patient BARE, n'est pas entiérement sevré d'alcool. Enfin le patient (DESM) avec le taux de dimension fractale le plus faible n'a présenté aucun épisode de récidive. Il parait donc licite de soupconner que l'analyse fractale pourrait s'avérer utile et plus précise que la simple interprétation subjective d'un opérateur même expérimenté. Le complément d'informations qui est apporté par la dimension fractale pourrait contribuer à une véritable classification des patients non seulement en deux catégories de haut et bas risque , mais permettra aussi d'identifier une palette de patients que l'on pourrait qualifier de "cas intermédiaires". Dans cette étude préliminaire, on ne peut pas affirmer ou infirmer ces résultats ; l'échantillon examiné était bien trop petit. On peut toutefois conclure qu'il y a une excellente corrélation entre la dimension fractale et les risques de récidive variqueux et que la dimension fractale corrobore avec l'observation subjective mais aussi objective (par la mesure des dimensions euclidiennes des varices para-oesophagiennes) apportée par l'écho-endoscopie : la dimension fractale étant une expression de la complexité de l'image et les varices para-oesophiennes étant les éléments contributifs les plus importants de cette complexité , on peut considérer que l'image écho-endoscopique est plus précisément décrite par la géométrie fractale . Il serait licite d'imaginer que de tels algorithmes mathématiques seront incorporés en tant qu'équipement standard de logiciel des écho-endoscopes du futur. Il est certain que le matériel utilisé dans cette étude était précaire, notamment au niveau informatique. Le logiciel utilisé était une compilation artisanale en utilisant Borland Pascal. Toutefois, ce logiciel est tout à fait capable de générer des images fractales notamment un set de Mandelbrot , de Julia, de Sierpinski.

Bibliographie

1)Stiegmann GV,Goff JS,Michaletz-Onody PA,et al.: Endoscopic Sclerotherapy as compared with endoscopic ligation for bleeding esophageal varices N Engl J Med 1992;326:1527-32

2)Gimson AES,Ramage JK,Panos MA Randomized trial of variceal banding ligation versus injection sclerotherapy for bleeding esophageal varices Lancet 1993;342:391-4

3)Laine L,Cook D Endoscopic variceal ligation compared with sclerotherapy for the treatment of esophageal variceal bleeding:A meta-analysis Ann Intern Med 1995;123:280-7

4) Dhiman RK ; Choudhuri G ; Saraswat VA ; Agarwal DK ; Naik SR Role of paraoesophageal collaterals and perforating veins on outcome of endoscopic clerotherapy for oesophageal varices : an endosonographic study Gut, 1996 May, 38:5, 759-64

5) Pontes JM ; Leitão MC ; Portela FA ; Rosa AM ; Ministro P ; Freitas DS Endoscopic ultrasonography in the treatment of oesophageal varices by endoscopic sclerothrapy and band ligation : do we need it? Eur J Gastroenterol Hepatol, 1995 Jan, 7:1, 41-6

6) Miller LS ; Schiano TD ; Adrain A ; Cassidy M ; Liu JB ; Ter H ; Vellary SM Dabezies MA ; Black M Comparison of high-resolution endoluminal sonography to video endoscopy in the detection and evaluation of esophageal varices Hepatology, 1996 Sep, 24:3, 552-5

7) Leung VK ; Sung JJ ; Ahuja AT ; Tumula IE ; Lee YT ; Lau JY ; Chung SC Large paraesophageal varices on endosonography predict reccurrence of esophageal varices and rebleeding Gastroenterology, 1997 Jun, 112:6, 1811-6

8)Koutsomanis D Endoscopic variceal ligation combined with low volume sclerotherapy:A controlled study Gastroenterology 1992;102:A835

9)Reveille RM,Goff JS,Stiegmann GV et al. Combination endoscopic variceal ligation (EVL)and low volume sclerotherapy (ES) for bleeding esophageal varices:A faster route to variceal eradication? Gastrointest Endosc 1991;37:243

10) Saeed ZA ; Stiegmann GV ; Ramirez FC ; Reveille RM ; Goff JS ; Hepps KS ; Cole RA Endoscopic variceal ligation is superior to combined ligation and sclerotherapy for esophageal varices : a multicenter prospective randomized trial Hepatology, 1997 Jan, 25:1, 71-4

11) Laine L ; Stein C ; Sharma V Randomized comparison of ligation versus ligation plus sclerotherapy in patients with bleeding esophageal varices Gastroenterology, 1996 Feb, 110:2, 529-33

12) Wojtowycz AR ; Spirt BA ; Kaplan DS ; Roy AK Endoscopic US of the gastrointestinal tract with endoscopic, radiographic, and pathologic correlation Radiographics, 1995 Jul, 15:4, 735-53

13) Nagamine N ; Ido K ; Ueno N ; Kimura K ; Kawamata T ; Kawada H ; Hirasawa T ; Suzuki T ; Kubo H ; Tokumaru K ; Seki M The usefulness of ultrasonic microprobe imaging for endoscopic vareceal ligation Am J Gastroenterol, 1996 Mar, 91:3, 523-9

14) P. Berge, Y. Pomeau & C. Vidal, L’Ordre dans le chaos , Hermann, Paris, 1988

15) M. Field & M. Golibitsky, La Symétrie du chaos , Interéditions, Paris, 1993

16) J. F. Gouyet, Physique et structures fractales , Masson, Paris, 1992

17) B. Mandelbrot, Les Objets fractals: forme, hasard et dimension, coll. Champs,Flammarion, Paris, 1995

18) H. Peitgen, The Art of Fractals, a Computer Graphical Introduction , Springer-Verlag, Berlin,1988

19) B. Sapoval, Universalités et fractales , Flammarion, 1997.

Last edition of this page:11/10/05