Des chercheurs américains de l’université Johns Hopkins ont réussi à reproduire en 3D les simulations virtuelles d’un cœur. Cette prouesse permet de repérer les tissus cardiaques qui provoquent des arythmies et qui, par conséquent, doivent être détruits. Cette preuve de concept* a été publiée le 3 septembre 2018 dans la revue Nature Biomedical Engineering.
Contexte
Un cœur qui bat trop vite ou de manière désordonnée peut être traitée par des médicaments. Il en existe de nombreux pour soigner notamment la tachycardie mais ils présentent des effets secondaires et ils ne sont pas efficaces à 100 %.
Quand l’arythmie persiste, une intervention – appelée « ablation » – s’impose. Elle consiste à détruire les tissus cardiaques endommagés qui court-circuitent le système électrique du cœur. L’ablation est un succès dans 50 à 88 % des cas. Ces écarts s’expliquent notamment par le fait que l’identification de ces tissus est délicate.
La 3D au « cœur » des battements irréguliers
Dans le but de localiser plus précisément les arythmies, des chercheurs de l’université Johns Hopkins, aux États-Unis, ont mis au point des modèles de calcul personnalisés en 3D du cœur des patients à partir d’images IRM cliniques améliorées par contraste.
Chaque cellule de tissu cardiaque du modèle génère des signaux électriques à l’aide d’équations mathématiques représentant le comportement des cellules cardiaques lorsqu’elles sont en bonne santé ou lorsqu’elles sont proches de la cicatrice. En piquant le cœur virtuel du patient avec de petits signaux électriques à différents endroits, le programme informatique détermine ensuite si le cœur développe une arythmie et l’emplacement des tissus qui le propagent.
À l’aide du modèle, l’équipe de chercheurs a ensuite simulé une ablation dans cette région du cœur et a exécuté le programme informatique encore et encore pour trouver plusieurs emplacements où les médecins devraient enlever du tissu sur le patient réel.
Des coeurs virtuels à partir d’IRM
Pour évaluer leur méthode, les auteurs de l’étude ont utilisé des images IRM afin de créer des modèles cardiaques personnalisés pour 21 personnes ayant déjà subi avec succès des procédures d’ablation cardiaque pour une tachycardie ventriculaire liée à un infarctus à l’Hôpital Johns Hopkins entre 2006 et 2017.
Cette modélisation en 3D a correctement identifié et prédit les endroits où les médecins ont retiré du tissu cardiaque. Chez cinq patients, la quantité de tissu enlevé identifiée par le modèle 3D était globalement inférieure – dans certains cas, plus de 10 fois inférieure – à la zone supprimée lors des interventions réelles. Chez deux autres patients, l’approche via le cœur virtuel a prédit que les tachycardies ne nécessitaient pas une intervention, ce qui a été confirmé lors de la procédure clinique.
Un mélange d’ingénierie et de médecine
Les chercheurs américains ont donc apporté la preuve de concept que des simulations personnalisées sur un cœur en 3D permettaient de diriger un cathéter d’ablation directement vers des tissus défectueux. « C’est un mélange passionnant d’ingénierie et de médecine », a déclaré Natalia Trayanova, principal auteur de l’étude.
« L’un des principaux défis de l’ablation par cathéter réside dans le fait que nous effectuons des procédures sur des patients très malades atteints d’une maladie cardiaque avancée et qui ont plusieurs zones cardiaques susceptibles de souffrir d’arythmies, a déclaré Jonathan Chrispin, de la faculté de médecine de l’université Johns Hopkins, qui dirigera les essais cliniques de cette technologie. Nous sommes ravis de commencer à tester cette approche dans un essai clinique prospectif. Nous espérons qu’il pourra nous aider à atteindre notre objectif primordial, à savoir améliorer la qualité de vie des patients souffrant de tachycardie ventriculaire résistante au traitement. »
La FDA a récemment approuvé la conduite de cette étude clinique.
Le cœur virtuel au service de la prévention des arythmies
En 2016, la même équipe de chercheurs avait mis au point un cœur en 3D qui permettait de prévenir les futures arythmies. Ce cœur virtuel modélisé sur ordinateur à partir d’une IRM du cœur du patient analysait les battements dans les semaines voire les mois suivant en infarctus. Ainsi, les chercheurs pouvaient mesurer l’impact des impulsions électriques sur un tissu déjà endommagé.
