Brevet FR2817460A1 — publié le 20020607

Procédé et système pour simuler l'élargissement de diamètre d'une lésion d'un vaisseau sanguin, en particulier une sténose, à l'aide d'une prothèse endovasculaire. La présente invention concerne un procédé pour simuler l'élargissement de diamètre d'une lésion d'un vaisseau sanguin, en particulier une sténose, à l'aide d'un implant endovasculaire. Une sténose est un rétrécissement d'un conduit tel qu'une artère d'un patient. Une telle lésion peut provoquer des dysfonctionnements cardiaques. Le traitement de la sténose peut être effectué par une opération chirurgicale de dérivation (pontage) dans laquelle on place un conduit qui court-circuite la sténose. Mais l'opération de dérivation est très délicate. Une autre solution consiste à intervenir sur la sténose par la technique de l'implant endovasculaire. L'implant ou prothèse endovasculaire est un cylindre en forme de maillage métallique qui se présente à l'origine sous forme contracté. L'intervention consiste à introduire ledit implant endovasculaire dans l'artère et à le placer au niveau de la sténose. A l'aide d'un ballonnet placé au préalable dans l'implant endovasculaire contracté, on écarte l'implant endovasculaire en gonflant le ballonnet. Toutefois, le technique de l'implant fait intervenir un ensemble de paramètres à prendre en compte tels que le matériau, le type de maillage et la taille de l'implant à utiliser, la technique de déploiement ou technique de gonflage (vitesse de gonflage du ballonnet, la pression de gonflage), le recul élastique de l'implant... Ces paramètres doivent être maîtrisés de façon à éviter des problèmes de sous ou sur-expansion de l'implant, de déchirure, de décalage entre diamètre interne de l'artère et diamètre de l'implant. Une non-maîtrise des paramètres peut conduire à une mauvaise couverture de la sténose. Lorsque l'implant endovasculaire est placé, on dégonfle puis retire le ballonnet, on injecte un produit opaque de fort contraste dans les artères du patient de façon à réaliser des images angiographiques et visualiser le résultat de l'opération. Si la sténose n'est pas suffisamment élargie, on ré-introduit le ballonnet pour gonfler à nouveau. On peut être amené à introduire un deuxième implant lorsque le premier implant ne couvre pas complètement la sténose. Ces opérations de correction sont très délicates à réaliser et l'intervention de sténose est difficilement réversible. L'invention a pour objet d'éviter les opérations de correction en prévoyant le résultat d'une opération de prothèse endovasculaire. Un autre objet de l'invention est de fournir aux opérateurs un outil d'aide à la décision leur permettant de choisir la prothèse à utiliser et la technique de déploiement (ou de gonflage) à mettre en oeuvre pour une opération efficace synonyme de gain de temps. L'invention propose donc un procédé pour simuler l'élargissement de diamètre d'une lésion d'un vaisseau sanguin à l'aide d'une prothèse endovasculaire. Selon l'invention, on visualise une image simulée tridimensionnelle montrant le résultat de l'interaction entre la lésion et la prothèse endovasculaire après déploiement de ce dernier. Ladite image simulée est obtenue par superposition de deux images tridimensionnelles. En d'autres termes, on simule l'intervention afin de visualiser le résultat. D'une façon avantageuse, les deux images tridimensionnelles peuvent comprendre une première image simulée tridimensionnelle montrant la prothèse endovasculaire déployé en tenant compte de la résistance de la lésion et une deuxième image simulée tridimensionnelle montrant la lésion élargie suite au déploiement de ladite prothèse endovasculaire. Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, la première image simulée tridimensionnelle montrant la prothèse endovasculaire déployée est obtenue à partir d'un modèle de la prothèse Plus précisément, le modèle de la prothèse peut être obtenu à partir des caractéristiques mécaniques de la prothèse ou à partir de caractéristiques de la prothèse et d'une image tridimensionnelle de la prothèse contractée. Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, la deuxième image simulée tridimensionnelle montrant la lésion élargie est obtenue à partir d'un modèle de la lésion. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le modèle de la lésion est obtenu à partir de la composition et des propriétés biomécaniques des vaisseaux sanguins et des plaques d'athérome environnantes, et d'une image tridimensionnelle de la lésion. Selon un mode de réalisation préféré, pour des paramètres particuliers concernant la technique de déploiement, la lésion et la prothèse vasculaire, les propriétés biomécaniques de la lésion sont prises en compte pour exécuter le modèle de la prothèse afin d'obtenir une image tridimensionnelle de la prothèse déployée, puis pour exécuter le modèle de la lésion pour obtenir une image tridimensionnelle de la lésion élargie. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le modèle de la prothèse est établi en fonction de forces radiales de pression et de résistance sur les mailles de la prothèse. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le modèle de la lésion est établi par exemple au moyen de la technique des éléments finis. La technique des éléments finis est mise en oeuvre en fonction de forces radiales de pression appliquées sur les parois internes des vaisseaux sanguins. A titre d'exemple, lors d'un déploiement effectif de la prothèse dans la lésion, on prend en compte l'état instantané de la prothèse endovasculaire et de la forme de la lésion de façon à simuler et visualiser en trois dimensions un état futur de la prothèse endovasculaire et de la lésion en fonction d'actions possibles indiquées par un opérateur. L'invention prévoit également un système pour simuler l'élargissement de diamètre d'une lésion d'un vaisseau sanguin à l'aide d'une prothèse endovasculaire. Selon l'invention, le système comprend un ordinateur muni de moyens de stockage de données, de calcul et d'affichage pour visualiser une image simulée tridimensionnelle montrant le résultat de l'interaction entre la lésion et la prothèse endovasculaire après déploiement de cette dernière. L'image simulée tridimensionnelle peut être obtenue par superposition de deux images tridimensionnelles. Eventuellement, l'ordinateur est relié à un système de prises de vues. L'invention a également pour objet un moyen de stockage de données informatiques comprenant un programme informatique, lequel programme permet à un ordinateur d'exécuter: - la procédure de synthèse du modèle d'une prothèse endovasculaire et du modèle d'une lésion d'un vaisseau sanguin pour simuler l'interaction entre ladite lésion et ladite prothèse endovasculaire après déploiement de cette dernière, et - la procédure d'affichage sur un écran d'une image simulée tridimensionnelle montrant le résultat de ladite interaction. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de mise en oeuvre nullement limitatif, et des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue d'une artère comprenant une sténose dans laquelle est placée une prothèse endovasculaire contractée, - la figure 2 est une vue de l'artère de la figure 1 pour laquelle la prothèse endovasculaire est déployée de façon à élargir la sténose, - la figure 3 est un organigramme des différentes étapes d'un procédé de simulation selon l'invention. Les figures 1 et 2 illustrent d'une façon générale les étapes d'opération d'une sténose à l'aide d'une prothèse endovasculaire. L'artère 1 est un conduit qui comporte un rétrécissement 5 ou une sténose, pouvant empêcher la circulation de sang. Des plaques d'athérome 4, riches en cholestérol se sont déposées sur la paroi interne de l'artère 1 au niveau de la sténose. Dans la suite du texte, on désignera par lésion, l'ensemble constitué par les plaques d'athérome 4 et la sténose 5. Pour rétablir une artère ayant un diamètre interne constant, on va réaliser un élargissement de la lésion 4, 5 à l'aide d'une prothèse endovasculaire 2. La prothèse endovasculaire 2 est un cylindre déployable constitué d'un grillage (maillage) métallique. La prothèse endovasculaire 2, dans son état contracté, est d'abord placée au niveau de la lésion 4, 5. Un ballonnet dégonflé est disposé à l'intérieur de ladite prothèse endovasculaire 2. A l'aide de moyens bien connu de l'homme du métier, on gonfle le ballonnet 3 qui écarte les mailles de la prothèse endovasculaire 2. Sur la figure 2, on voit la prothèse endovasculaire 2 déployée à l'aide du ballonnet 3. Les plaques d'athérome sont repoussées vers l'extérieur de façon à obtenir une artère comportant un diamètre constant. La sténose est éliminée. L'étape suivante consiste à dégonfler le ballonnet et le retirer de l'implant endovasculaire qui grâce à ses caractéristiques mécaniques reste déployé en maintenant la lésion 4, 5 élargie. Cependant pour éviter des problèmes de re-sténose, de sur ou sous déploiement de l'implant, d'implant trop court ou trop long, d'implant à caractéristiques mécaniques non adaptées..., le procédé selon l'invention prévoit la simulation des étapes décrites ci- dessus. L'organigramme de la figure 3 illustre les étapes du procédé selon l'invention. On détermine une image tridimensionnelle 6 de la prothèse endovasculaire 2 dans sa forme contractée. Les caractéristiques mécaniques 7 de la prothèse endovasculaire 2 sont données par le fabricant de ladite prothèse endovasculaire 2. Les caractéristiques mécaniques 7 concernent le type de matériau, la forme des mailles, la surface de couverture, la taille, les courbes donnant le diamètre en fonction de la pression, et le recul élastique. Le recul élastique est une légère contraction de la prothèse endovasculaire après retrait du ballonnet. On réalise ensuite une mise en équation 8 pour établir un modèle paramétrique 9 de la prothèse. Ce modèle paramétrique décrit le comportement dynamique de la prothèse lors d'un déploiement en fonction des forces radiales de pression et de résistance exercées sur les mailles, et permet d'obtenir une image tridimensionnelle de la prothèse déployée pour une technique de déploiement donnée, c'est-à- dire vitesse et pression de gonflage du ballonnet. Il est également possible de considérer plusieurs prothèses avec une image tridimensionnelle 6 et des caractéristiques mécaniques 7 spécifiques de façon à établir un modèle paramétrique 9 dans lequel il est possible de choisir le type de la prothèse à utiliser. Un opérateur peut donc introduire différents paramètres dans le modèle paramétrique 9 tels que la technique de déploiement et le type de la prothèse. Le modèle paramétrique 9 nécessite également d'autres paramètres venant d'un modèle paramétrique 14 de la lésion de façon à prendre en compte les forces résistantes au déploiement de ladite prothèse. Le modèle paramétrique 14 de la lésion est obtenu par un même procédé que l'obtention du modèle paramétrique de la prothèse. On acquiert une image tridimensionnelle 11 par reconstruction tridimensionnelle à partir des images angiographiques bidimensionnelles de la lésion. On peut en outre utiliser une imagerie complémentaire, telle que l'échographie ou l'IRM intravasculaire ou d'autres techniques d'imagerie endovasculaire ou non (IRM, etc...) afin de déterminer la composition de la lésion: composition de l'artère, composition des plaques d'athérome et composition d'éléments entourant l'artère au niveau de la sténose. Les propriétés biomécaniques 12 de la lésion concernent en particulier l'artère et les plaques d'athérome. On distingue dans les propriétés biomécaniques le type de membrane de l'artère, le diamètre de l'artère, la forme des plaques d'athérome, la gravité de la sténose et la composition des plaques d'athérome que l'on peut déterminer par échographie intravasculaire ou d'autres techniques d'imagerie endovasculaire ou non (IRM, etc...). La mise en équation de l'image tridimensionnelle 11 de la lésion et des propriétés biomécaniques 12 de la lésion permet d'établir un modèle paramétrique 14 de la lésion décrivant le comportement de la lésion lorsque des forces radiales de pression sont appliquées sur les parois internes de l'artère. Le comportement peut être mis en oeuvre par exemple à l'aide d'algorithmes des éléments finis, voir l'article "Echographie endocoronaire et angioplastie" (G. Finet), publié dans ARCHIVES DES MALADIES DU COEUR ET DES VAISSEAUX, tome 92, N 1, novembre 1999. Le modèle paramétrique 14 de la lésion permet de déterminer une image tridimensionnelle résultante de l'exécution dudit modèle paramétrique 14 pour des paramètres d'entrée tels que des forces radiales de pression. Ainsi pour une lésion donnée on détermine un modèle paramétrique 14; pour une prothèse donnée on détermine un modèle paramétrique 9; et une technique donnée (pression, vitesse de gonflage) est défini par des paramètres opérateurs 10 qui sont des valeurs de pression et de vitesse de gonflage. A l'étape 15 on exécute les deux modèles paramétriques 9 et 14. Les paramètres opérateurs 10 sont introduits dans le modèle paramétrique 9 pour déterminer les forces radiales de pression exercées par l'implant sur les parois internes de l'artère. Et pour déterminer l'état final de la prothèse déployée, il est nécessaire de prendre en compte les forces résistantes dues aux plaques d'athérome. Les forces radiales de pression, obtenues à partir des paramètres opérateur, sont introduites dans le modèle paramétrique 14 pour déterminer les forces résistantes. Les forces résistantes sont ensuite utilisées par le modèle paramétrique 9 de la prothèse pour déterminer une image tridimensionnelle 17 de la prothèse déployée. Après exécution des modèles paramétriques 9 et 14 à l'étape , on connaît les forces radiales de pression, les forces radiales de résistance et l'état final de la prothèse déployée. On peut alors effectuer une mise en forme 16 qui consiste à exécuter le modèle paramétrique 14, paramétré à l'aide desdites forces radiales de pression, forces radiales de résistance et état final de la prothèse déployée, pour déterminer l'image tridimensionnelle 18 de la lésion élargie. On superpose à l'étape 19 les deux images tridimensionnelles 18 et 17 qui sont établies à une même échelle de façon à obtenir une image tridimensionnelle 20 comprenant la prothèse déployée et la lésion élargie. On peut alors juger de l'efficacité de la technique de gonflage (vitesse et pression de gonflage) employée et de la prothèse choisie. Lorsque le résultat obtenu n'est pas satisfaisant, il suffit alors d'appliquer à nouveau le procédé selon l'invention en modifiant les paramètres d'entrée tels que la technique de gonflage et le type de prothèse. En outre, il est également possible au cours d'une intervention, pour s'assurer du résultat de l'intervention, de déterminer l'état actuel des paramètres nécessaires à l'exécution du procédé selon l'invention, d'exécuter ledit procédé et de visualiser l'état final simulé de l'intervention. D'une façon pratique, le procédé selon l'invention est géré à l'aide d'un logiciel mémorisé dans un ordinateur comportant tous les moyens nécessaires à l'exécution d'un programme informatique, au stockage de données et à la communication avec des éléments périphériques. L'ordinateur est relié à des systèmes d'acquisition d'images et est apte à exécuter des algorithmes de reconstruction d'image tridimensionnelle. L'invention ainsi décrite est donc une simulation d'une intervention permettant la sélection de la prothèse adéquate, ce qui réduit le temps et le coût d'intervention. Le fait de réaliser plusieurs simulations avec des techniques différentes améliore la sûreté de l'intervention. REVENDICATIONS 1. Procédé pour simuler l'élargissement de diamètre d'une lésion d'un vaisseau sanguin à l'aide d'une prothèse endovasculaire caractérisé par le fait qu'on visualise une image simulée tridimensionnelle montrant le résultat de l'interaction entre la lésion et la prothèse endovasculaire après déploiement de cette dernière, obtenue par superposition de deux images tridimensionnelles. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les deux images tridimensionnelles comprennent une première image simulée tridimensionnelle montrant la prothèse endovasculaire déployée en tenant compte de la résistance de la lésion et une deuxième image simulée tridimensionnelle montrant la lésion élargie suite au déploiement de ladite prothèse endovasculaire. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la première image simulée tridimensionnelle montrant la prothèse endovasculaire déployée est obtenue à partir d'un modèle de l'implant. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le modèle de l'implant est obtenu à partir des caractéristiques mécaniques de la prothèse ou à partir de caractéristiques de la prothèse et d'une image tridimensionnelle de la prothèse contractée. 5. Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que la deuxième image simulée tridimensionnelle montrant la lésion élargie est obtenue à partir d'un modèle de la lésion. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le modèle de la lésion est obtenu à partir de la composition et des propriétés biomécaniques des vaisseaux sanguins et des plaques d'athérome environnantes, et d'une image tridimensionnelle de la lésion. 7. Procédé selon les revendications 3 à 6, caractérisé par le fait que, pour des paramètres particuliers concernant la technique de déploiement, la lésion et la prothèse endovasculaire, les propriétés biomécaniques de la lésion sont prises en compte pour exécuter le modèle de la prothèse afin d'obtenir une image tridimensionnelle de la prothèse déployée, puis pour exécuter le modèle de la lésion pour obtenir une image tridimensionnelle de la lésion élargie. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé par le fait que le modèle de la prothèse est établi en fonction de forces radiales de pression et de résistance sur les mailles de la prothèse. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé par le fait que le modèle de la lésion est établi au moyen de la technique des éléments finis. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que lors d'un déploiement effectif de la prothèse dans la lésion, on prend en compte l'état instantané de la prothèse vasculaire et de la forme de la lésion de façon à simuler et visualiser en trois dimensions un état futur de la prothèse endovasculaire et de la lésion en fonction d'actions possibles indiquées par un opérateur. 11. Système pour simuler l'élargissement de diamètre d'une lésion d'un vaisseau sanguin à l'aide d'une prothèse endovasculaire caractérisé par le fait qu'il comprend un ordinateur muni de moyens de stockage de données, de calcul et d'affichage pour visualiser une image simulée tridimensionnelle montrant le résultat de l'interaction entre la lésion et la prothèse endovasculaire après déploiement de cette dernière, ladite image simulée tridimensionnelle étant obtenue par superposition de deux images tridimensionnelles, et ledit ordinateur étant éventuellement relié à un système de prises de vues.