Thermometrie cardiaque haute résolution sur une IRM clinique en utilisant des antennes intracardiaques – CARCOI

Un logiciel de simulation des cartes de champ magnétique en 3D générées par une bobine de forme arbitraire a été développé (en langage python). Les circuits électroniques et leur réponse en fréquence ont été modélisés à l’aide d’un logiciel open source (QUCS). Ces deux outils permettent de tester et prédire le fonctionnement de diverses configurations de capteurs afin d’optimiser leur conception avant leur réalisation. Les aspects liés à la sécurité ont été intégrés à cette phase, notamment pour la désactivation et la réactivation synchrone du capteur en corrélation avec les émissions d’énergie du système IRM lors de chaque mesure IRM. Dans ce contexte, une analyse théorique du comportement des antennes IRM a été réalisée. Chaque prototype conçu a été caractérisé sur banc de mesure électronique puis interfacé avec une IRM clinique 1.5T. Les rapport signal sur bruit ainsi que les niveaux de découplage ont été quantifiés sur des échantillons tests et comparés à ceux des antennes commerciales dans les mêmes conditions expérimentales pour déterminer le gain.

Plusieurs méthodes d’acquisition IRM ont été implémentées ainsi que les algorithmes de reconstruction d’image associés, puis intégrés dans une chaine de traitement d’image en temps réel dédié à la thermométrie IRM. Une méthode originale de thermométrie a été implémentée pour cartographier les éventuels échauffements indésirables des dispositifs médicaux pendant l’acquisition d’image IRM, permettant d'évaluer la sécurité d'un dispositif inséré dans le corps en conditions réelles. Un démonstrateur final de cathéter intégrant un détecteur IRM déployable a été construit en utilisant les capacités techniques offertes par la plateforme de Bioingénierie de l’IHU liryc. Les capacités d’imagerie ont été évaluées dans la phase finale du projet.

Les résultats des caractérisations des prototypes effectuées sur banc de mesure électrique présentent une très bonne adéquation avec les simulations numériques et l’analyse théorique. Un nouveau système permettant de désactiver/réactiver le capteur de manière synchrone aux émissions d’énergie par le système IRM lors de chaque acquisition IRM a été développé et breveté. Ce système est positionné à distance du capteur IRM déployable pour être positionné à l’extérieur du corps, garantissant ainsi sa sécurité électrique. Ceci permet de réduire le nombre de composants électroniques et par conséquent, les coûts de fabrication grâce à la réutilisation multiple du système. Un gain en sensibilité d’environ 35 a été observé par rapport aux détecteurs du constructeur. La résolution spatiale de la thermométrie IRM rapide a pu être améliorée d’un facteur 8, tout en améliorant également sa précision d’un facteur 5. Nous avons obtenu des images anatomiques sur cœur battant avec une résolution spatiale de 0,17x0,17x1.5 mm, performance inatteignable avec les antennes du constructeur en clinique, permettant la visualisation de la micro-architecture vasculaire du myocarde.

Nous avons développé une méthode originale de thermométrie IRM rapide intégrant un module d’émission RF à puissance ajustable pour simuler n’importe quelle séquence d’acquisition IRM et mesurer l’échauffement potentiel autour du cathéter. Plusieurs prototypes de cathéters intégrant une antenne IRM déployable ont été conçus, nécessitant un travail d’optimisation des matériaux (mémoire de forme, dimensions, compatibilité IRM, ,...) pour aboutir à un démonstrateur final fonctionnel (découplage actif, absence d’échauffement), avec des performances (sensibilité, sélectivité spatiale) excellentes. Plusieurs méthodes d’imagerie anatomique 3D haute résolution et de thermométrie ont été implémentées, permettant d’améliorer la fiabilité des mesures et la sécurité des traitements. Ces méthodes n’ont pas été évaluées avec un cathéter intracardiaque car le démonstrateur a été finalisé ultérieurement au développement de ces méthodes d’imagerie.

Les perspectives de ce projet sont de régler les verrous technologiques restants et d’assurer l’étanchéité du dispositif avant d’envisager un éventuel transfert industriel des technologies développées. Une fois ces étapes finalisées, les méthodes d’imagerie de température et anatomiques développées dans ce projet devront être évaluées in vivo.

La fibrillation auriculaire (FA) touche 750 000 personnes en France et devrait être multipliée par 2,5 d'ici 2050. Chez les patients présentant une FA persistante, l'étendue et l'emplacement du substrat arythmogène sont très variables. Le taux de réussite des procédures d'ablation par radiofréquence par cathéter est inférieur à celui de patients atteints de FA paroxystique. Si l'imagerie par résonance magnétique (IRM) contribue à délivrer la quantité appropriée d'énergie aux tissus et réduit ainsi de 20% les procédures d'arythmie et d'ablation rétablies, cela se traduira par une amélioration du traitement des patients et une économie de plusieurs millions d'euros par an pour le système de santé.

Pour atteindre ces objectifs, le consortium développera des bobines réceptrices IRM intégrées dans un cathéter et qui pourront être déployées dans les cavités cardiaques afin d'augmenter le rapport signal sur bruit dans la région d'intérêt et de préserver ou d'améliorer la qualité de l'image. La sélectivité spatiale du détecteur local sera exploitée pour produire des images anatomiques et de température à ultra-haute résolution du cœur in vivo sur un scanner IRM clinique (1.5T). Ce projet nécessite également le développement de méthodes d’acquisition spécifiques de thermométrie par IRM rapide 2D / 3D et des algorithmes de reconstruction en temps réel associés (y compris la compensation de mouvement) afin d’atteindre cette résolution spatiale et d’améliorer la précision de la mesure de la température. Les méthodes d'instrumentation et d'imagerie développées bénéficieront également à l'imagerie du substrat cardiaque sous-jacent aux arythmies avec une résolution spatiale inégalée.

Ce projet constitue une avancée dans l'amélioration du traitement des arythmies cardiaques par cathéter en développant une instrumentation innovante et des méthodes optimisées d'imagerie par résonance magnétique. Il présente un fort potentiel d’améliorations technologiques majeures (performances inégalées de l’IRM par rapport à l’état actuel de la technique) et de valorisation industrielle (pour ouvrir de nouvelles applications médicales des thérapies mini invasives et de leurs marchés associés), avec un impact sociétal important (traitement plus efficace, réduction des coûts de soins de santé) et une visibilité et une attractivité renforcées pour les membres du consortium.