CE19 - Technologies pour la santé

Dispositifs de navigation Endovasculaire augmEntée pour accès et Parcours complexes – DEEP

DEEP : Dispositifs de navigation endovasculaire augmentée pour accès et parcours complexes

Nouveaux dispositifs médicaux assurant un cathétérisme sûr, rapide et efficace dans toutes les configurations anatomiques.

Cathétérisme augmenté et aide à la décision interventionnelle

Parmi les techniques chirurgicales mini invasives, les thérapeutiques endovasculaires ont connu ces dernières années un essor très important pour le traitement des pathologies neurovasculaires et cardiovasculaires. Lors de l’accès au site de traitement, le cathétérisme implique un geste technique qui peut s’avérer très difficile dans les configurations anatomiques complexes. L’ambition du projet DEEP est d’élaborer des dispositifs matériels et logiciels pour proposer aux praticiens interventionnels des solutions innovantes de navigation endovasculaire augmentée. Celles-ci doivent permettre le franchissement de parcours complexes et l’accès sécurisé et contrôlé à des sites difficilement, voire non atteignables actuellement.<br />Les progrès envisagés dans le projet DEEP s’expriment selon des axes d’innovation présentant de fortes interactions :<br /> <br />- Augmentation des performances des dispositifs instrumentaux au moyen de cathéters actifs multi-courbes (multi-ddl). Cette question est abordée par la conception et le développement de dispositifs multi-courbes et d’outils d’aide à la conception et au paramétrage, fondés sur la simulation numérique pour des cas-patients complexes.<br />- Augmentation de la perception pour la navigation de cathéter standard et cathéter actif. Cette question est abordée par la conception et le développement de dispositifs logiciels d’aide à la décision pour la planification (trajectoire, paramétrage, pré-configuration) et la navigation (réalisation du geste). Elle implique l’analyse des données patients (spécifiques ou population) et la simulation avec une confrontation entre réel et virtuel.<br />- Perception, décision et action augmentées. L’objectif est ici d’adopter une démarche intégrative dès la conception et d’envisager une solution de cathétérisme actif assistée par ordinateur intégrant les composantes matérielles et logicielles innovantes proposées dans DEEP.

L’approche envisagée consiste à exploiter conjointement l’analyse des données d’imagerie et de la simulation numérique. Elle se décline selon les grandes étapes suivantes :

- Spécification clinique et fonctionnelle, tests et validation : analyse des scénarii interventionnels, spécification fonctionnelle des démonstrateurs, récolte des données et évaluations.
- Analyse, traitement et restitution de l’information : segmentation et description des données patient représentatives (cas pathologiques complexes), segmentation de zones pathologiques par méthodes d’apprentissage automatique (vaisseaux dans des zones peu contrastées, sténoses), analyse de population et modélisation statistique de formes. Recalage – fusion (visualisation) pré- /per-opératoire.
- Simulation numérique pour analyser et prédire le comportement des dispositifs: exploitation des données patients, caractérisation mécanique et modélisation des dispositifs passifs et actifs (guides, cathéters), simulation par approche simplifiée, simulation numérique bio- et thermo-mécanique, méthodes de réduction de modèle pour augmenter leur efficacité, paramétrage et validation au regard des observations d’imagerie per-opératoire (in-vitro, in-vivo).
- Développement, implémentation et intégration : gamme de cathéters actifs multi-ddl paramétrables, (i) optimisés dans leur structure et leur dimension, et (ii) répertoriés en fonction des besoins liés aux grandes classes d’anatomies vasculaires ; systèmes d’aide à la décision clinique pour (i) le choix et paramétrage des dispositifs (actifs, passifs), par anticipation de trajectoire et sélection de séquence d’activation optimale (cathéters actifs) et (ii) le guidage de navigation par restitution visuelle des écarts entre trajectoire planifiée et trajectoire suivie.

Le projet est en cours de réalisation. Les résultats attendus sont des dispositifs médicaux innovants (logiciels et matériels) associés aux soins.
Différentes méthodes de segmentation des données d’imagerie (IRM, CT) ont été testées et validées (croissance de régions, contours actifs, morphologie mathématique, deep learning).
Un modèle statistique de formes permettant de caractériser et de comparer des trajectoires possibles au sein des structures vasculaires, au niveau de la crosse aortique et des TSA, a été élaboré.
Des dispositifs avec des éléments actifs en alliage à mémoire de forme (AMF) ont été développés dans un objectif expérimental. Un modèle numérique de guide actif a été développé, intégrant les différents éléments de manière explicite. Pour le fil en AMF en particulier, une loi de comportement a été implémentée pour reproduire le comportement thermomécanique de ces alliages particuliers.

La finalité du projet est concevoir des outils logiciels d’aide à la décision et une gamme inédite de cathéters actifs multi-courbes pour augmenter les performances du cathétérisme.

A. Badrou, A. Bel-Brunon, N. Hamila, N. Tardif, et A. Gravouil, « Reduced order modeling of an active multi-curve guidewire for endovascular surgery », Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering, vol. 23, no sup1, p. S23-S24, oct. 2020, doi: 10.1080/10255842.2020.1811497.

Parmi les techniques chirurgicales mini invasives, les thérapeutiques endovasculaires ont connu ces dernières années un essor très important pour le traitement des pathologies neurovasculaires et cardiovasculaires. Lors de l’accès au site de traitement, le cathétérisme implique un geste technique qui peut s’avérer très difficile dans les configurations anatomiques complexes. L’ambition du projet DEEP est d’élaborer des dispositifs matériels et logiciels pour proposer aux praticiens interventionnels des solutions innovantes de navigation endovasculaire augmentée. Celles-ci doivent permettre le franchissement de parcours complexes et l’accès sécurisé et contrôlé à des sites difficilement, voire non atteignables actuellement. Il s’agit d’exploiter conjointement l’analyse des données d’imagerie et de la simulation numérique afin de concevoir des outils logiciels d’aide à la décision et une gamme inédite de cathéters actifs multi-courbes pour augmenter les performances du cathétérisme. Au-delà des tâches liées aux développements scientifiques et technologiques (spécifications et évaluations, analyse et restitution de l’information ; simulation numérique ; intégration matérielle et logicielle), il est prévu une tâche spécifiquement dédiée à l’exploitation industrielle des résultats.

DEEP rassemble un consortium très complémentaire. Les partenaires académiques ont une expertise en imagerie et chirurgie cardiovasculaire guidée par l’image (LTSI), en mécanique des contacts et des structures pour les applications biomédicales (LaMCoS). Les partenaires industriels ont une expertise avérée en développement de solutions logicielles pour l’aide à la décision interventionnelle (Therenva SAS), en conception et développement de cathéters actifs (BCV) et en logiciels de calculs par éléments finis multi-domaines (ANSYS France). L’expertise clinique est aussi intégrée au consortium (Fondation Ophtalmologique A. de Rothschild, cliniciens du LTSI).

Les résultats attendus sont des dispositifs médicaux innovants (logiciels et matériels) associés aux soins. Ils se déclinent sur trois niveaux : scientifique, clinique et économique. La production scientifique se traduira par des publications originales dans les domaines du traitement de l’information et de la simulation prédictive pour les gestes médico-chirurgicaux assistés par ordinateur (GMCAO).

D’un point de vue clinique, le projet DEEP vise à répondre à la demande des praticiens qui est très forte pour de nouveaux dispositifs médicaux assurant un cathétérisme sûr, rapide et efficace dans toutes les configurations (anatomies tortueuses ou variations anatomiques complexes). Les retombées envisagées sont donc avant tout un bénéfice clinique par une amélioration du traitement endovasculaire des patients.

Le projet DEEP doit contribuer à renforcer la compétitivité française dans le secteur des technologies pour la santé. Les innovations majeures proposées portent sur la phase d’accès lors des procédures endovasculaires. Ce marché de l'accès est très important avec un taux de croissance annuelle de 5% à 10%. Les cathéters actifs de BCV sont, à notre connaissance, les seuls instruments endovasculaires à actionnement embarqué en phase d’industrialisation. Cette intégration de l’actionnement au niveau de la partie distale des cathéters est une porte ouverte vers la conception d’outils révolutionnaires capables de réaliser des gestes endovasculaires complexes, encore impossibles aujourd’hui. Au-delà de l’élaboration par Therenva de solutions logicielles dédiées aux cathéters actifs, la mise au point de systèmes d’aide à la décision pour le choix patient-spécifique des ancillaires actuellement disponibles (cathéters, guides passifs), et de guidage par réalité augmentée de ces outils, représenterait une avancée majeure et inédite. Dans une stratégie partenariale, ANSYS France a pour objectif d'intégrer ses composants de simulation et de calcul temps réel dans les offres des sociétés Therenva et BCV.

Coordination du projet

Pascal Haigron (LABORATOIRE TRAITEMENT DU SIGNAL ET DE L'IMAGE)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

FOR FONDATION A DE ROTHSCHILD
LaMCoS LABORATOIRE DE MECANIQUE DES CONTACTS ET DES STRUCTURES
BCV BASECAMP VASCULAR
LTSI LABORATOIRE TRAITEMENT DU SIGNAL ET DE L'IMAGE
ANSYS ANSYS FRANCE
Therenva THERENVA

Aide de l'ANR 642 041 euros
Début et durée du projet scientifique : janvier 2019 - 48 Mois

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