Simulation guidée par l'image – IDeaS

Réalisation d'un système fermé où l'imagerie médicale et les mouvements du radiologue sont utilisés pour affiner les paramètres de la simulation médicale et donc d'en améliorer le caractère prédictif (et donc de diminuer la fréquence d'acquisition des fluoroscopies)

Un grand nombre de pathologies vasculaires sont désormais traitées de manière minimalement invasives grâce à la radiologie interventionnelle. Cette technique permet d'atteindre des lésions artérielles par l'utilisation d'un cathéter inséré dans le réseau vasculaire. Ce cathéter sert de support au passage des outils thérapeutiques permettant de traiter les pathologies. La navigation dans le réseau vasculaire est réalisée via imagerie par l'utilisation de la fluoroscopie. La fluoroscopie est un protocole d'acquisition basée sur des rayons X à faible dose qui permet la visualisation temps-réel des outils qui évoluent à l'intérieur du patient. L'une des principales limitations de la fluoroscopie vient de son protocole. Même s'il est réalisé avec des rayons X à faible dose, la longueur des interventions peut conduire pour le patient à une dose absorbée importante. De plus, à faible dose, les rayons X fournissent un retour visuel plutôt pauvre avec un rapport signal sur bruit faible et peu de contraste. De même les vaisseaux sanguins ne peuvent pas être vus à moins de réaliser une injection de produit de contraste. Enfin, ce procédé n'autorise que la visualisation d'images planaires rendant parfois difficile l'analyse de la disposition 3D des vaisseaux sanguins. Par conséquent, la prochaine amélioration significative pour la radiologie interventionnelle est de limiter l'exposition du patient aux radiations ainsi que de permettre un retour visuel 3D temps-réel. Une des pistes actuelles pour réaliser ces objectifs est l'étude de la faisabilité d'IRM temps-réel. Cependant, nous pensons que le couplage d'une simulation numérique basée sur la mécanique et d'acquisitions d'images médicales permet de répondre à court-terme aux limitations exposées précédemment.

Cette proposition se concentre sur la recherche et le développement d'une simulation guidée par l'image: un système couplé comprenant une simulation interactive et des acquisitions temps-réel d'images médicales. L'idée principale de ce projet est d'utiliser les images médicales comme références pour raffiner de manière continue les paramètres de la simulation. Notre approche se base sur un filtrage statistique séquentiel pour combiner ces données hétérogènes. Une telle approche repose sur une connaissance précise du comportement statistique de la simulation mécanique, ce qui sera étudié par une étude expérimentale.

Contraindre les outils de radiologie interventionnels par un modèle physique sophistiqué d'une part et par des images acquises en temps-réel d'autre part doit permettre la représentation fidèle et en 3D des outils « réels » (manipulés par les chirurgiens). Nous attendons, comme résultat de notre travail, de pouvoir surmonter le problème d'une reconstruction monoplan. Un autre résultat attendu est d'améliorer la compréhension des causes entrainant une divergence de la simulation par rapport aux données réelles. Des directions de recherche visant à améliorer les simulations informatique devraient donc émerger.

D'un point de vue clinique, nous pensons que ce travail apporte des améliorations significatives aux applications cliniques existantes. Comme la simulation fournit une prédiction précise du mouvement des outils de radiologie interventionnelle à l'intérieur des artères, il devient possible de concentrer le point de vue image ou de réduire le taux d'acquisition des images en utilisant les résultats de la simulation comme données réelles intermédiaires. Ceci a pour conséquence de réduire de manière drastique le taux d'exposition aux radiations. De plus, nous sommes convaincus de l'intérêt que les praticiens porteront à un système leur permettant d'avoir un retour visuel 3D de leurs manipulations. Enfin, des données additionnelles peuvent être calculées par la simulation (énergie interne de l'outil manipulé, pression de l'outil sur la paroi artérielle...); ces données étant utiles aux chirurgiens pour empêcher des gestes dangereux pour le patient.