Simulation et Imagerie pour la Regurgitation Mitrale – SIMR

Un outil expérimental innovant pour la mesure de la tension des cordages a été développé ainsi que des nouvelles stratégies d'imagerie pour mesurer l'hémodynamique cardiaque et estimer la contractilité du myocarde dans le cadre d’une étude clinique. Des outils numériques avancés pour la simulation de l'interaction mécanique entre le sang, les valves cardiaques et le myocarde ont été développés.

Une quinzaine d’articles de recherche parus dans des revues internationales comportant différents résultats sur la simulation de valves cardiaques, le développement de dispositifs médicaux et l’estimation de la contractibilité cardiaque à partir des données d’imagerie.

Les résultats obtenus offrent des perspectives prometteuses, avec notamment développement d’approches in vitro et in silico pour l’hémodynamique des valves cardiaques, permettant d’évaluer des nouveaux dispositifs médicaux de mesure de la qualité de la réparation.

1. G. K. Rumindo, J. Ohayon, P. Croisille, and P. Clarysse, «In vivo
estimation of normal left ventricular stiffness and contractility
based on routine cine MR acquisition,« Medical Engineering &
Physics, vol. 85, pp. 16-26, 2020.
hal.archives-ouvertes.fr/hal-03093687
2. Daniel Grinberg, Rémi Buzzi, Matteo Pozzi, Rémi Schweizer,
Jean-Fabien Capsal, Bergamotte Thinot, Minh Quyen Le, Jean-
Francois Obadia, Pierre-Jean Cottinet, “Eco-audit of conventional
heart surgery procedures”, European Journal of Cardio-Thoracic
Surgery, 2021;, ezab320,
doi.org/10.1093/ejcts/ezab320

Avec 600 opérations par an, l’insuffisance mitrale est la seconde cause de chirurgie valvulaire en France. La réparation est préférée au remplacement quand elle est possible. L’échographie cardiaque permet d’évaluer en routine la qualité de la correction, mais elle ne permet pas de mesurer l'impact biomécanique des interventions sur l'appareil mitral. Une meilleure compréhension de cet impact, s'appuyant sur des quantités physiques objectives, permettrait d'optimiser les techniques de réparation.

Le projet SIMR a pour but de contribuer à ce problème majeur de santé publique, avec les deux objectifs suivants:

(1) Evaluer les conséquences physiques de la réparation mitrale grâce à des outils nouveaux utilisés dans une étude clinique impliquant 15 patients. Le remodelage tissulaire et les flux ventriculaires seront mesurés à l'aide de techniques avancées d'imagerie par résonnance magnétique, et la tension de cordage sera mesurée grâce à un dispositif innovant.

(2) Concevoir des outils numériques pour la simulation de l'hémodynamique cardiaque, l'interaction sang/valves, et la biomécanique du myocarde, afin de fournir l'analogue in silico des données obtenues in vivo par mesures et imagerie. En particulier, un nouvel algorithme de couplage fluide-structure sera développé pour permettre une simulation numérique complète de l'appareil mitral, et des techniques de problèmes inverses appliquées à un modèle éléments finis seront utilisées pour estimer la contractilité cardiaque.

Le consortium SIMR comporte quatre composantes complémentaires: modélisation et simulation (REO, M3DISIM, TIMC), recherche clinique (HCL), ingénierie (LGEF) et imagerie médicale (CREATIS). Des collaborations actives existent déjà entre certains groupes. Le projet fournira une opportunité unique de construire de nouveaux ponts entre imagerie, modélisation, simulation et recherche clinique.

Plusieurs résultats à fort impact scientifique sont attendus. Le dispositif destiné à mesurer les tensions dans les néo-cordages est une première mondiale. Au terme du projet, l'impact de ces tensions sur les résultats de la réparation et le remodelage ventriculaire sera bien mieux compris. La combinaison de la vélocimétrie par imagerie par résonance magnétique et de la simulation numérique devrait susciter beaucoup d'intérêt dans la mesure où les écoulements intra-cavitaires sont actuellement un sujet de recherche très actif dans les communautés de l'imagerie comme celles de la simulation. Enfin, une simulation fluide-structure complète de l'appareil mitral sur un cœur battant serait une percée majeure dans le domaine de la simulation cardiovasculaire.