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Un coeur virtuel pour améliorer les traitements des pathologies cardiaques

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Un coeur virtuel pour améliorer les traitements des pathologies cardiaques

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Jack et ses parents vivent sur la côte est de l’Angleterre. Ils se rendent souvent à Londres et essayent de profiter pleinement de chaque visite. La raison de ces visites régulières bat dans la poitrine du petit Jack !

“Nous avons appris le problème alors que j‘étais enceinte de 28 semaines. Les médecins nous ont dit que l’hypoplasie du coeur gauche était un syndrome très complexe et qu’il nécessitait des opérations palliatives en trois étapes. Ce fut un énorme choc pour nous”, explique la mère de Jack.

A six ans, Jack a déjà subi trois opérations à coeur ouvert. Il se rend donc régulièrement chez le cardiologue pour des check-ups de routine, pour s’assurer qu’il n’y a pas d‘évolution négative.
Le Dr Razavi, du Evelina Children’s Hospital surveille la santé de Jack en utilisant des appareils très sophistiqués.

“Quand il pose la sonde (les électrodes), c’est comme si je n’avais rien à faire. Je me relaxe. (…) Et j’entends boum boum boum. Mais je ne sais pas comment”, raconte l’enfant.

L‘échographie permet d’obtenir une image du coeur en temps réel. L‘échocardiographie permet d’obtenir de très nombreuses informations, permettant aux médecins de comprendre l‘état dans lequel se trouve le système cardiovasculaire du patient.
Dans le cas de Jack, étant donné la gravité de la situation, c’est un outil vital.

“Les problèmes cardiaques congénitaux touche un enfant sur cent, et bien sûr les maladies cardiaques sont très courantes pour nos populations. Ce sont les causes les plus communes de maladies et de décès dans le monde occidental, et elles sont en train de le devenir également dans les pays en développement.”, indique le Dr Razavi du King’s College of London.

Bien qu’elles soient très utiles, les échocardiographies et les autres méthodes d’imageries ont leur limites. Surmonter ces limites est l’un des objectifs d’un projet de recherche européen auquel participe l’hôpital.

Hannah Bellsham-Revell, Rayne Institute : “Le modèle qui apparait à l‘écran n’est qu’une image. Vous pouvez voir à quel point des vaisseaux sanguins sont gros et comment tout est connecté, mais il ne nous dit pas comment bat le coeur dans ce cas particulier. Et nous espérons développer un modèle où nous pourrions inclure à la fois des données anatomiques et des données sur la manière dont le coeur se contracte, ce qui nous permettrait de dire lequel de ces coeurs d’enfants connaîtra des problèmes, et cela nous permettrait aussi de tester certaines médications sur un modèle virtuel plutôt que de le tester sur les enfants”.

Le Dr Razavi poursuit : “Nous voudrions être capable de voir ce qui va se passer après le traitement, en particulier si le traitement est difficile à donner, ou très coûteux. Nous voulons le déterminer avant de l’appliquer pour savoir si cela va réussir ou pas. Pour le moment les modèles informatiques sont très polyvalents, ils nous permettent de tester les traitements et d’en voir les résultats, sans avoir à le faire directement. On le fait “in silico”, sur ordinateur”.

Donc, pour être le plus réaliste possible, un modèle devrait intégrer toutes les données médicales pertinentes. Alors comment collecter ces informations ? Les explications de Jürgen Weese du Philips Research : “Nous avons différents scanners qui permettent de faire des images du coeur. Celui-ci utilise les champs magnétiques. La particularité de ce scanner est qu’il permet d’obtenir des informations sur la manière dont le coeur bat et des informations sur les propriétés des tissus du muscle cardiaque, et on peut aussi voir le flux sanguin dans le coeur”.

Les scanners médicaux produisent de multiples images numériques de minuscules parties du coeur. Avec le logiciel approprié il est très facile d’assembler un objet en trois dimensions avec toute une série d‘échantillons. Les scanners les plus performants permettent d’obtenir tout ça en pressant un seul bouton !

“Le scanner tomographique utilise les rayons X pour obtenir une image du coeur. Vous faites des prises sous plusieurs angles pour composer une image en 3 dimensions. La particularité de ce scanner est qu’il permet d’obtenir une très grande résolution, et de très bonnes images des artères coronaires autour du coeur”, explique Jürgen Weese.

Pour passer de la visualisation au modelage, les données des scanners doivent être interprétées par des ordinateurs. Les algorithmes sont développés ici à l’institut technologique d’Eindhoven.
Chaque coeur est unique, alors le programme mesure ses particularités, et cartographie avec précision l’organe du patient. Pour le moment ce n’est qu’un avant projet.

“Cette technologie permet d’extraire la géométrie à partir des images, elle ne permet pas de prédire comment le coeur va battre dans le futur, si les données changent”, dit Jürgen Weese. “Si vous voulez prédire quelque chose sur la manière dont va fonctionner le coeur, si vous êtes en thérapie et que cela va changer d’une certaine manière le flux sanguin, alors il vous faut d’autres modèles qui vont décrire la biophysique des différentes parties du coeur, et alors vous pourrez prédire comment va réagir le coeur après la thérapie, ce qui vous permet ainsi de choisir entre différents traitements.

Des ingénieurs travaillent également sur le projet de recherche européen. Le coeur pour faire simple est une pompe. Sa cartographie géométrique est en quelque sorte le plan d’une machine très complexe. Et les scientifiques savent déjà comment tester des machines et des objets artificiels à partir de simulations informatiques.

“Ces techniques ont été utilisées pour analyser des ponts ou des structures dans les années 50, 60 et 70, et à cette époque nous avons commencé à avoir la puissance de calcul qui nous a permis de passer à l’espace aérien, à la conception d’avions. Et aujourd’hui ces mêmes types de technique sont appliquées à certains des problèmes les plus complexes qui puisse exister en biologie, physiologie et médecine.” raconte le Dr Nic Smith de l’Université d’Oxford.

Au final, ce coeur virtuel fonctionne comme un véritable prototype. Il montre par exemple les éléments qui ne sont pas assez performants et permet aussi d‘étudier la propagation d’une onde électrique dans le coeur avant l’implantation d’un stimulateur cardiaque.

Nic Smith : “Ce que nous allons obtenir c’est la possibilité de prédire le comportement du patient à la thérapie et de sélectionner les patients sur la base de ce que l’on verra de leur anatomie particulière et les orienter vers les thérapies appropriées. Je pense que l’on va pouvoir passer d’une médecine qui avance grâce à la pratique — les essais et les erreurs — à une médecine basée sur une science qui permet de comprendre quels sont les mécanismes”.

Plusieurs années de recherches sont encore nécessaires pour que le coeur virtuel puisse devenir un outil de diagnostic fiable et apporte de l’espoir à ceux qui en ont le plus besoin…

Le Dr Razzavi averti : “Les enfants comme Jack, vont généralement très bien pendant leur enfance, mais quand ils atteignent l‘âge adulte ils sont susceptibles de connaître beaucoup de difficultés, et leur espérance de vie est beaucoup plus courte que le reste de la population. Bien sûr, nous faisons tout ce que nous pouvons pour trouver de nouveaux moyens pour soigner ces personnes et améliorer leur espérance de vie, et ce projet y contribue sensiblement.”

www.euheart.eu