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EPFL: une simulation virtuelle du coeur pour un meilleur diagnostic
07.06.2017
Une modélisation individuelle du coeur sur ordinateur pourrait un jour aider les médecins à mieux diagnostiquer ou prévenir les maladies cardiaques. Des chercheurs de l'EPFL ont développé un tel instrument incluant la valve aortique.
Cet outil informatique pourrait éviter de pratiquer une intervention chirurgicale ou d'autres gestes invasifs, a indiqué mercredi l'Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) dans un communiqué. Le mathématicien Alfio Quarteroni est parvenu à simuler la fonction cardiaque mais aussi à l'individualiser sur la base d'images IRM du coeur d'un patient donné.
Le coeur humain est un organe complexe qui pompe 180 millions de litres de sang au cours d'une vie humaine, un volume supérieur à sept piscines olympiques. Il fait en sorte que du sang oxygéné parvienne dans tout le corps.
Si des problèmes surviennent, cela peut conduire à des dysfonctionnements, à la maladie et à la mort. Les maladies cardiaques causent 40% des décès aux Etats-Unis, et on en estime le coût à 196 milliards de dollars par année.
Avec son coeur virtuel personnalisé, le Pr Quarteroni vise à offrir une description mathématique détaillée du coeur d'un patient et de la manière dont il fonctionne - ou dysfonctionne. Le coeur de chaque personne étant unique, cela exige de grandes quantités de données spécifiques à la personne et de la puissance informatique.
Valve aortique virtuelle
Si l'on veut construire un coeur virtuel complet et fonctionnel, on ne saurait négliger la valve aortique. Les scientifiques lausannois ont modélisé la manière dont le sang s'écoule de l'intérieur du coeur vers l'aorte, en tenant compte des formes et des propriétés complexes des membranes physiologiques.
"Une description mathématique de la valve aortique et de son interaction avec le flux sanguin existe dans la littérature, mais pas à ce niveau de détail pour un patient spécifique", explique Alfio Quarteroni, cité dans le communiqué.
A partir des images IRM du patient, les chercheurs reconstruisent la forme de l'aorte comme un maillage informatique 3D. Au moyen d'outils mathématiques caractérisant la mécanique de la valve, ils ont décrit le mouvement des trois feuillets valvulaires en forme de triangle qui constituent la valve aortique.
Pour déterminer comment le sang circule dans ces cavités, ils ont encore adapté les équations mathématiques qui décrivent la dynamique des fluides visqueux à la géométrie spécifique d'un patient donné. Malgré ce travail préliminaire, il est relativement aisé de personnaliser le modèle pour un autre patient à partir d'une nouvelle série d'images IRM, selon l'EPFL.
Projet européen iHeart
Dans le cadre du projet européen iHeart, qu'il dirige, la vision à long terme d'Alfio Quarteroni est de construire des modèles virtuels du système cardio-vasculaire spécifique d'un patient donné, y compris le coeur, les vaisseaux sanguins et les quelque cinq litres de sang circulant dans tout le corps.
"Si le projet réussit, iHeart aidera les cliniciens à gérer des questions importantes de manière efficace, aussi bien dans le diagnostic que dans le traitement", conclut le Pr Quarteroni. Cela rendrait possible la simulation des maladies cardiaques comme la sténose de la carotide et les anévrismes qui peuvent affecter le coeur, l'abdomen, le cerveau et d'autres parties du corps.
L'échéance: moins d'une décennie, selon le spécialiste, voire cinq ans pour les tests des premiers prototypes. Ces travaux sont publiés dans la revue Biomechanics and Modeling in Mecanobiology.
https://www.youtube.com/watch?v=ehL-YDc6-5w&feature=youtu.be
ats