Projet ANR-13-PRTS-0014 – MIGAT : Logiciel de traitement d’images multi modalités applicable au guidage de l’ablation cardiaque
Programme : Programme de Recherche Translationnelle en Santé (PRTS)
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Monsieur Pierre JAÏS (Centre de recherche Cardio-Thoracique de Bordeaux - équipe 3 : « Electrophysiologie cardiaque »)
Partenaires : Inria Centre Sophia Antipolis - Méditerranée; Inria Centre Sophia Antipolis - Méditerranée; Centre Hospitalier Universitaire de Bordeaux
Montant : 185852.0 euros
Date de début : 2014
Durée : 36 mois
Résumé : Logiciel de traitement d'images multi modalités applicable au guidage de l'ablation cardiaqueL'ablation par cathéter de la fibrillation atriale et des arythmies ventriculaires a émergé comme une percée significative dans la gestion de ces maladies. L'intégration des données d'imagerie acquises avant la procédure permettra d’améliorer les méthodes d'ablation en donnant accès à l'anatomie du patient et au substrat anormal du myocarde a l'origine de l'arythmie. La combinaison de l'imagerie avec la cartographie de  surface en 3D fournira une compréhension globale non invasive de l'arythmie
Développement d'un logiciel capable de traiter & fusionner les données multimodales noninvasives en 3D et validation clinique de l’intégration des données multimodales pour guider l'ablation cardiaqueMIGAT rassemblera les ressources de l'Institut Liryc, de l'Inria et du CHU de Bordeaux pour développer une solution informatique avec un fort impact attendu sur la gestion des troubles électriques cardiaques. Le programme de recherche bénéficiera de l'équipement de MUSIC récemment financé dans le cadre du programme «Investissements d'Avenir», et en combinant l’état de l’art de l’électrophysiologie et de la technologie d'imagerie par résonance magnétique. MIGAT impliquera des ingénieurs informatiques, des chercheurs en sciences de l'informatique, des cardiologues, des radiologues et du personnel de recherche clinique avec les objectifs suivants: Développement d'un logiciel de traitement de données multimodales pour assister l’ablation cardiaque / Optimisation et validation du logiciel en termes d'expérience utilisateur / Optimisation et validation du  logiciel en termes de performance clinique
Combinaison de cartographie de surface et d’imagerie pour une évaluation non invasive des mécanismes et de la localisation de l'arythmie, du substrat myocardique, et l'anatomie cardiaqueLe développement du logiciel nécessitera des interactions fréquentes avec les utilisateurs (radiologues, cardiologues). Le processus d'optimisation sera effectué de façon itérative et incrémentielle, selon la méthode de développement agile de logiciel. Les besoins et les solutions évolueront grâce à la collaboration entre les équipes autonomes mais interactives.La méthode employée privilégiera l'adaptation et l'évolutivité, une approche itérative délimitée dans le temps, et encouragera une réaction rapide et flexible pour toute modification. Par conséquent, les interactions prévues entre la conception de logiciels, la qualité / certification et l'évaluation clinique seront renforcées. Comme les solutions disponibles dans les prototypes de logiciels sont déjà favorables au transfert clinique, le processus d'optimisation utilisera la rétroaction clinique depuis le début du projet. La méthode de développement de MIGAT est détaillée ci-dessous.Durant le développement de MIGAT, les 5 tâches suivantes seront réalisées de façon simultanée, et chacune d’entre elles sollicitera une équipe inter-fonctionnelle spécifique:- Créer MIGAT: cette tâche consistera à intégrer des prototypes de recherche actuellement disponibles dans le cadre du logiciel MedINRIA - Evaluation clinique: cette tâche consistera à tester MIGAT pour guider en temps-réel l'ablation d'arythmie cardiaque - Optimiser l’expérience de l'utilisateur: cette tâche consistera à améliorer le confort d'utilisation de MIGATgrace a un usage quotidien- Optimiser le guidage d'ablation: cette tâche consistera à améliorer les corrélations entre les prévisions de MIGAT à partir de données non-invasives et les cibles d'ablation observées au cours des procédures invasives - Optimiser la qualité des logiciels : cette tâche consistera à assurer la robustesse de MIGAT et sa conformité aux exigences de la certification des dispositifs médicaux
Résumé de la soumission : Les désordres électriques cardiaques sont une cause majeure de morbi-mortalité dans le monde. L’ablation par cathéter fait partie des recommandations dans la prise en charge des arythmies atriales et ventriculaires. Les systèmes de localisation de cathéters permettent aujourd’hui une cartographie tridimensionnelle de l’activité électrique cardiaque. Il devient donc possible d’intégrer des images tridimensionnelles acquises avant la procédure et de fusionner ces images avec les cartes électrophysiologiques. Curieusement, aucun logiciel ne permet de gérer les multiples informations pertinentes et disponibles pour guider les procédures. Le scanner cardiaque permet d’acquerir l’anatomie du patient à haute résolution spatiale (cavités cardiaques, veines pulmonaires, artères et veines coronaires, nerf phrénique, œsophage, graisse épicardique). L’IRM et la tomographie par émission de positrons permettent de caractériser un substrat tissulaire (situation des cicatrices) en cause dans la majorité des arythmies. Par ailleurs, une méthode de cartographie électrocardiographique a récemment été développée, permettant d’accéder à une cartographie tridimensionnelle en temps réel de l’ensemble de l’activité électrique cardiaque. La méthode utilise une veste multi électrodes placée sur le thorax du patient, et des algorithmes permettent de reconstruire le signal électrique à la surface du cœur. Le caractère temps réel et cœur entier de la méthode permet l’exploration d’arythmies auparavant inaccessibles à une cartographie car non soutenues, mal tolérées ou chaotiques (fibrillation). Cette technologie pourrait permettre de prédire les cibles de l’ablation cardiaque (circuits de réentrée dans les tachycardies organisées, rotors dans les fibrillations).MIGAT vise à développer sur 3 ans un logiciel intégré, compatible avec un futur marquage CE/FDA, pour traiter et fusionner les données issues de diverses modalités non invasives et à valider en pratique clinique un guidage multi modalités de l’ablation cardiaque. Le projet s’inscrit dans le programme scientifique de l’Institut Hospitalo-Universitaire Liryc, structure de recherche multidisciplinaire dédiée à l’étude des désordres électriques cardiaques récemment créée dans le cadre du programme Investissement d’Avenir. MIGAT bénéficiera également de la plateforme MUSIC, rassemblant dans un même équipement les technologies les plus avancées dans les domaines de l’électrophysiologie et de l’IRM cardiaque. Le partenariat de MIGAT comprendra l’IHU Liryc (INSERM U1045, Université de Bordeaux), l’équipe de recherche en informatique Inria Asclepios (Inria Sophia Antipolis), et le CHU de Bordeaux. Au sein du consortium MUSIC, la collaboration entre ces partenaires a déjà mené au développement de logiciels prototypes de segmentation d’image, traitement du signal issu des cartographies électrocardiographiques , fusion tridimensionnelle et modélisation. Cette recherche préliminaire a permis de démontrer la faisabilité de l’approche multi modalités, avec un impact clinique évident pour assister la navigation intracardiaque des cathéters et guider l’ablation des arythmies complexes. Le projet MIGAT vise à intégrer les prototypes existant au sein d’un logiciel unique, et à consolider le logiciel au cours de procédures d’ablation cardiaque. Nous estimons qu’un nombre total de 100 procédures (50 arythmies ventriculaires, 50 arythmies atriales) sera nécessaire pour générer un retour d’expérience suffisant. Les taches pré-clinique et clinique seront menées conjointement. Au cours de chaque procédure les données cliniques seront utilisées afin d’optimiser l’outil à la fois en terme de performance clinique (précision des prédictions non-invasives par rapport aux données invasives) et en terme de facilité d’utilisation (ergonomie, temps de traitement pour préparer les données avant ablation, clarté des affichage per procéduraux). L’optimisation de MIGAT bénéficiera de cette interaction continue entre Ingénieurs et cliniciens.
Résultats : L'intégration de l'image deviendra probablement la norme dans les prochaines années pour guider l'ablation des arythmies cardiaques complexes telles que la fibrillation atriale persistante et la tachycardie ventriculaire : ce constat est étayé par des recherches préliminaires menées par notre groupe et d'autres, et ce projet de logiciels aura un impact majeur sur la pratique quotidienne. MIGAT comblera une lacune technologique en électrophysiologie clinique. En effet, le haut niveau de technologie utilisé pour les cathéters et systèmes de localisation contraste actuellement avec le faible développement des outils de traitement d'image pour assister la navigation intracardiaque. Cela est probablement dû à un manque d'interaction entre deux domaines distincts de l'industrie de santé (électrophysiologie cardiaque-imagerie médicale). Ainsi, les développements méthodologiques nécessaires à la mise en œuvre de cette solution dans la pratique clinique apparaîtront probablement d'une action académique. 
L'impact sur les soins au patient devrait etre substantiel: En combinant les structures cardiaques, le substrat du myocarde et les circuits d'arythmie cartographiés de façon non-invasive, MIGAT permettra une évaluation globale de la pathologie spécifique du patient pour faciliter les procédures d’ablation, menant ainsi à une amélioration de la sécurité et de l'efficacité de ces procédures. 
Impact sur la recherche: MIGAT permettra de fusionner des données multi-modales non-invasives aux données de cartographie invasive, et sera donc un outil idéal pour la recherche sur les relations structure -fonction et la modélisation informatique dans les maladies cardiaques. 
De plus, MIGAT aura un impact structurant sur la communauté de l'électrophysiologie cardiaque, harmonisant les méthodes d'ablation assistée par imagerie qui sera essentielle pour valider l'approche dans les études multicentriques randomisées contrôlées
Perspectives : De précédentes études menées par notre groupe et quelques autres suggèrent fortement que l'intégration de données noninvasives lors de l'ablation cardiaque deviendra pratique courante dans les prochaines années. La possibilité d'afficher directement ces données au cours des procédures de cartographie et d'ablation cardiaque permettra d'améliorer la gestion des patients. En termes de sécurité, elle aidera à focaliser la cartographie et l'ablation sur des zones préalablement définies, permettant une réduction du temps de procédure, de rayons X et de radiofréquence. De plus, le risque de perforation cardiaque ou détérioration extracardiaque (artères coronaires,nerf phrénique,œsophage) sera probablement réduit par visualisation directe de l'épaisseur du myocarde et des structures anatomiques environnantes. En termes d'efficacité, l'impact peut différer entre arythmies ventriculaires et auriculaires
-Pour la tachycardie ventriculaire liée à la cicatrice fibreuse, l'intégration de données d'imagerie permettra cartographier et de traiter tout le substrat myocardique. La localisation précise de la cicatrice myocardique et l'épaisseur de la paroi dans la zone d'intérêt vont probablement aider à prédire l'approche la plus appropriée pour l'ablation. Chez les patients présentant une tachycardie ventriculaire idiopathique ou de fréquentes extrasystoles, la contribution de la cartographie de surface peut etre encore plus élevée du fait de l'absence de substrat pour guider  l'ablation
-Dans la fibrillation atriale, la méthode permettra pour la première fois un ciblage précis des sources fibrillatoires et rotors, tel qu'évalués par la cartographie de surface. La possibilité d'afficher l'emplacement des cibles en plus de l'anatomie auriculaire et la fibrose évaluée à l'imagerie par résonance magnétique permettra une meilleure compréhension du substrat spécifique au patient, et une meilleure définition des sources à ablater
Publications et brevets : La diffusion des résultats sera assurée par des publications, des communications et des posters dans des symposiums français, européens et mondiaux (AAC, AHA, ESC, HRS, RSNA, ECR, ISMRM, ESCR, MICCAI and FIMH). Elle couvrira l’ensemble des communautés scientifiques impliquées dans MIGAT, à savoir la cardiologie, l'électrophysiologie, l'imagerie médicale, les sciences de l'informatique et l'ingénierie.
Il y a une valeur industrielle importante dans MIGAT car actuellement aucune entreprise n'est en mesure de fournir de telles données intégrées au cours des procédures d'ablation cardiaque. MIGAT introduira une nouvelle solution technologique dans un marché en forte croissance (marché mondial de l'électrophysiologie cardiaque susceptible d’augmenter de 500% dans les 10 prochaines années). Deux innovations actuellement développées à l'INRIA en collaboration avec l’institut Liryc concernant la prédiction de la cible d'ablation et le guidage interventionnel ont été identifiées comme des percées technologiques et seront testées dans le cadre de MIGAT. Une fois finalisées, nous réaliserons deux demandes internationales de brevet pour ces technologies (celles-ci ne pouvant donc être divulgués dans le présent document). MIGAT sera intégré dans le cadre du logiciel MedINRIA. Une version validée par le FDA et CE de la plate-forme MedINRIA est actuellement développée par le principe d’essaimage par l’Inria. Olivier Clatz (un chercheur de l'équipe Inria Asclepios) a récemment reçu le Prix National de start-up pour l'innovation par le gouvernement français (OSEO émergence). Il est actuellement dans le processus de création -avec le support de l’Inria- avec une date de création prévue en mai 2013. Cette société serait idéale pour proposer MIGAT comme un produit commercial puisque toutes les interfaces logicielles seront en commun avec la plate-forme académique MedInria