Cardio-Vascular Interventional Therapy and Imaging (CaVITI)

Présentation 

Le thème CaVITI est divisé en trois sous-thèmes :

• Endoprothèses
• Embolisation
• Fonction et ischémie myocardique

Endoprothèses

Ce sous-thème a comme objectif de proposer un framework de prise en charge – guidé par l’imagerie – des planifications, guidage et suivi des endoprothèses, avec application aux artères coronaires, à l’aorte et aux vaisseaux digestifs.

Le service de cardiologie de Clermont-Ferrand est centre de référence national en OCT (Optical Coherence Tomography), une imagerie endovasculaire de très haute résolution, qui permet en particulier d’analyser la structure des endoprothèses (stents) et de la paroi des artères coronaires. Des outils de planification et de guidage par l’image sont développés pour le traitement endovasculaire, notamment des dissections aortiques.

Trois principaux projets sont en cours actuellement :

• la modélisation de l’aorte thoracique et la déformation de l’aorte synchronisée avec les mouvements cardiaques
• l’analyse endovasculaire de la plaque athéromateuse et des stents coronaires métalliques et biorésorbables via le développement d’outils de quantification automatique ou semi-automatique en per-procédure, avec recalage non rigide des examens pour le suivi longitudinal
• la simulation personnalisée du déploiement des stents dans un environnement donné et la mise en place d’un protocole permettant l’acquisition de vérités terrains (fantôme d’artères, tests in vitro et in vivo)

Recalage et superposition entre une angiographie de l'aorte acquise en peropératoire et la segmentation 3D de l'examen tomodensitométrique préopératoire associé	Carte en fausses couleurs de la couverture néotimale du stent affichée en superposition à la géométrie du segment coronarien acquis en OCT

Embolisation

Les travaux portent sur la caractérisation tissulaire et la modélisation des structures vasculaires pour permettre l’aide à la réalisation et le suivi des embolisations parenchymateuses, notamment dans le cadre de la pathologie fibreuse et cancéreuse du foie.

Vascularisation hépatique	Segmentation 3D du foie à partir de deux modalités d'imagerie

Fonction et ischémie myocardiques

L’estimation des déformations myocardiques (ou strain) s’est affirmée ces dernières années comme un paramètre majeur dans l’évaluation de la fonction myocardique et comme étant davantage lié au métabolisme et à la contractilité myocytaire que la fraction d’éjection. Il a aussi montré son intérêt comme facteur pronostique dans le post infarctus et dans d’autres cardiopathies. Ce sous-thème se focalise sur deux orientations : la détection et le suivi de l’ischémie myocardique d’une part, et d’autre part le bilan et le suivi des asynchronismes cardiaques. L’équipe s’appuie sur les résultats du projet ANR 3DStrain qui propose un nouveau formalisme et de nouvelles interfaces pour calculer les déformations myocardiques de façon interactive.

Logiciel de quantification du strain : exemple d'un examen multi-coupes de ciné IRM

Responsable

Image & Connectomics in Clinical Neurosciences (ICCN)

Présentation

Le champ scientifique de ICCN est celui des neurosciences guidées par l’image et la connectomique (étude du réseau de connexions intra encéphaliques), contraintes par le domaine applicatif clinique. Il se développe autour d’un axe central d’application, la connectomique fonctionnelle clinique (fonctions neurologiques cliniques et les connexions les supportant).

ICCN appuie toute sa stratégie d’actions sur une recherche interdisciplinaire développant, d’une part de nouvelles méthodes diagnostiques et thérapeutiques pour améliorer la prise en charge médicale des patients, et d’autre part des outils méthodologiques tenant compte de la dimension clinique du champ d’application. Ceci est fondé sur le paradigme d’un circuit court entre recherche et application afin d’assurer que les patients en bénéficient au fur et à mesure des avancées scientifiques validées. Cette recherche contrainte prend donc en compte les paramètres du soin, imposant de trouver des solutions innovantes interdisciplinaires pour être opérationnelles rapidement. Cette démarche reste encore rare au niveau national et international ; les retombées médicales, scientifiques et économiques envisageables sont importantes.

La démarche permet de réelles avancées pour le soin, améliorant par exemple sécurité et efficacité pour l’implantation d’électrodes de stimulations cérébrales profondes. Elle ouvre également un large champ de recherche sur la neuromodulation (modulation d’activité neuronale) basée sur la cartographie et la connectomique fonctionnelle, personnalisées. L’interdisciplinarité ouvre le champ scientifique à des prolongements méthodologiques et cliniques faisant l’objet d’évaluation au travers de validations méthodologiques et d’études cliniques.

Le thème repose au plan opérationnel sur l’interaction entre 3 sous-activités transversales :

• L’activité cartographie d’imageries cérébrales se caractérise par la personnalisation de la cartographie cérébrale en s’appuyant sur l’imagerie IRM clinique. Notre démarche consiste en une identification et labellisation directe, individualisée, des données anatomo-fonctionnelles cérébrales. Sur un plan méthodologique, elle requiert des méthodes prenant en compte les spécificités des cerveaux pathologiques. L’individualisation des traitements conduit à limiter le recours à des atlas et à extraire préférentiellement la sémantique des images.

   

• L’activité connectomique fonctionnelle clinique consiste en l’intégration clinique de la connectomique cérébrale à partir d’informations anatomo-physiopathologiques issues de connaissances a priori et de celles issues des domaines applicatifs, propres à l’équipe ou collaboratifs. La connectomique est spécifiquement clinique car elle prend en compte le dysfonctionnement cérébral consécutif aux pathologies et elle est formalisée au niveau macroscopique. Nous mettons en place l’espace d’intégration des éléments pertinents via des groupes de travail interdisciplinaires.

   

• L’activité applications en neurosciences cliniques décline les résultats des travaux en cartographie et connectomique, dans des études visant à améliorer des pratiques et proposer de nouvelles applications thérapeutiques ou diagnostiques en stimulation cérébrale profonde (Deep Brain Stimulation, DBS) notamment à des patients souffrants d’un handicap neurologique sévère. Dans ce cadre nous sommes amenés à développer des analyses complémentaires comme par exemple le traitement du signal électro-encéphalographique (EEG) pour détecter des potentiels évoqués par DBS.

Responsables

Decision Support in Perinatal Health (DeciSiPH)

Présentation

DeciSiPH est consacrée à l'évaluation médicale dans le contexte de la périnatalité (pré-grossesse, période néo-natale, accouchement).

Notre recherche a un objet de santé publique car elle permet d'identifier des éléments impactant sur le déroulement de la grossesse et l’avenir de l’enfant et de proposer des pratiques mieux adaptées. Elle comporte des sous-objectifs translationnels notamment concernant le diagnostic pendant la grossesse.

L'évaluation médicale, qui est notre spécificité, est orientée dans deux directions :

• évaluer une « intervention » sur le patient (une pratique professionnelle, un type d’imagerie, une stratégie de prise en charge ou une action de prévention) ;
• évaluer un (des) risque(s) au(x)quel(s) est potentiellement exposé la mère ou l'enfant (toxicité d’un produit, effet physique des ultrasons de cisaillement, environnement, précarité).

L'interfaçage transdisciplinaire clinique, épidémiologique, mathématique, économique, statistique, sociologique permet de mieux cerner les indicateurs à évaluer et de construire le design des études à mener.

L’étude des pratiques professionnelles et interventions correspond à des enjeux majeurs de santé publique pour la mère et l’enfant.

- A titre d’exemple, en 2015 l’hémorragie reste une cause majeure de morbidité des mères. Parmi les études réalisées, nous évaluons, à l’aide de photographies de dispositifs de recueil, la pertinence de l’appréciation par les professionnels de santé du volume de sang perdu. Le but est de proposer, via un support visuel, une échelle qui soit un référentiel utilisable en pratique quotidienne pour apprécier avec pertinence, le volume d’une hémorragie et prendre les mesures adéquates.
- Un autre aspect concerne l’appui aux services d’obstétrique, de périnatalité et de pédiatrie du secteur d’Ivankiv, dans la région de Kiev. En sus de la question de l’exposition aux polluants, l’objectif est de déterminer les stratégies les plus coût-efficaces pour assurer l’évolution et la modernisation des prises en charge de grossesse et de la petite enfance.
- L’hémorragie tardive du post-partum, peu étudiée, est également un des thèmes de l’équipe.
- L’axe « pratiques maïeutiques durant le travail d’accouchement » se veut être une approche rationnelle des pratiques réalisées dans de nombreuses maternités mais de façon empirique.
- A coté de ces analyses fines des pratiques, ni les décideurs sanitaires, ni les professionnels ne disposent d’outil de veille permettant un relevé en temps réel et anonyme d’indicateurs statistiques de santé. Nous travaillons à l’évaluation de la pertinence de l’usage des techniques de grille dans l’exploitation des bases données. Des serveurs miroirs de recueil et d’anonymisation sont interfacés avec les bases de données périnatales d'établissements hospitaliers de la Région.

 L'axe imagerie

L’axe imagerie concerne principalement les ultrasons qui constituent la modalité de choix chez la femme enceinte. Un contrat de partenariat tripartite (Industriel,UdA,CHU) a été signé avec le société (française) SUPERSONIC IMAGINE pour nous doter de leur machine « l’AIXPLORER » sur laquelle des évolutions novatrices sont envisageables sous réserve d’être évaluées en pré-clinique.
Ainsi, par convention, la totalité des échographes du marché mondial sont paramétrés pour construire l’image en considérant que la célérité des ultrasons dans les milieux biologiques est proche de l’eau soit 1540 m/s. Avec l’épidémie montante d’obésités morbides, la qualité de l’image est dégradée dans ces cas aux dépens de la résolution latérale. Cette altération a longtemps été rattachée à l’épaisseur tissulaire à traverser. Il est connu que la vitesse de propagation des ultrasons dans la graisse est de l’ordre de 1450 m/s. L’AIXPLORER est le seul échographe qui permet de moduler ce paramètre vitesse. S’il s’avère qu’une vitesse plus lente améliore l’image chez l’obèse. Ce FAIT MARQUANT devra faire repenser toutes les normes industrielles de construction de l’image.
A partir de ces données, nous souhaitons travailler à l’élaboration d’un score s’appuyant sur la détermination objective des éléments qui confèrent à une image échographique une qualité permettant son exploitation en pratique médicale.

Par ailleurs, le foetus et une partie de l’utérus ne sont pas accessibles aux techniques d’élastographie classiques par contrainte qui nécessitent un contact direct sonde/tissu. L’AIXPLORER dispose de l’onde de cisaillement où un front d’onde concentré mais peu énergétique crée un ébranlement du tissu exploré. Nous sommes actuellement dans la phase d’évaluation du risque « a priori » de cette technique chez le foetus.
Enfin nous sommes en train de mettre en place avec l’équipe de radiologie une évaluation d’une stratégie globale de prise en charge du foetus mort-né en comparant la qualité du conseil génétique obtenu chez les foetus ayant été autopsiés versus ceux ayant eu une IRM. Cette étude vise à comparer une stratégie invasive vs non invasive dans un contexte où le nombre d’anatomo-pathologistes formés à l’autopsie foetale diminue et où le refus d’autopsie par les familles augmente.

L’axe Environnement, Milieu et mode de vie

• Identification de la précarité
- Validation d’un score de précarité applicable à la femme enceinte
- Evaluation de l’impact de la précarité sur le suivi et le devenir des grossesses en milieu rural

• Addictions et grossesse
Evaluation de l’effet des conduites addictives sure le devenir périnatal (PHRC CAFE).
Evaluation des politiques de sevrage tabagique pendant la grossesse.
Mise au point d’application internet/mobile pour l’aide au sevrage tabagique et la réduction de consommation d’alcool

• Environnement industriel
Suivi de l’évolution des conséquences pour la santé de la mère et de l’enfant de l’exposition chronique à différents polluants (pesticides, radio-éléments dont le césium 137, autres polluants industriels,…) dans la région d’Ivankiv. Ce projet est le complément du programme sur l’évolution des pratiques en périnatalité et petite enfance en Ukraine précédemment vu.

• Contaminants environnementaux et évaluation du risque sanitaire pour le foetus et le jeune enfant

- Exposition in utero aux phtalates et impact sur les indicateurs de santé périnatale : investigations épidémiologiques afin de préciser l’exposition potentielle aux phtalates et à leurs produits de substitution des femmes enceintes via les dispositifs médicaux et via les produits d’hygiène corporelle.

- Exposition in utero à l’arsenic hydrique et diabète gestationnel en Auvergne

- Pratique d’une activité aquatique régulière en piscine et risque de bronchiolite chez les bébés nageurs

Responsables

Endoscopy and Computer Vision (EnCoV)

EnCoV signifie Endoscopy and Computer Vision, c’est-à-dire endoscopie et vision par ordinateur en Français. Cette équipe conduit une recherche scientifique, clinique et interdisciplinaire focalisée sur, respectivement, la vision par ordinateur, l’endoscopie et l’assistance par ordinateur au diagnostic et geste interventionnel.

La vision par ordinateur est une branche de l’informatique consacrée à l’interprétation automatique des images et vidéos numériques. Les recherches d’EnCoV concernent plus particulièrement le recalage d’image et la reconstruction 3D à partir de données image monoculaires. De ces thèmes découlent un ensemble de problèmes difficiles et non-résolus, en termes de théorie et de mise en œuvre computationnelle. Deux cas peuvent être distingués : le cas basé sur un patron et le cas sans patron. Le patron est un modèle 3D déformable de l’objet observé. Le premier cas est appelé Shape-from-Template (SfT) ou forme-à-partir-d’un-patron en Français. Il résout le recalage d’image et la reconstruction 3D en ajustant le modèle 3D déformable aux données image. Le deuxième cas est appelé Non-Rigid Structure-from-Motion (NRSfM) ou forme-à-partir-du-mouvement non-rigide. Dans une  analogie au cas rigide, le SfT représenterait le calcul de pose alors que le NRSfM est une extension directe du SfM.

Exemple de reconstruction 3D d’un objet déformable, la casquette, résolu par Shape-from-Template (Bartoli et al, IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 2015).

L’endoscopie consiste à observer l’intérieur du corps grâce à une caméra, nommée endoscope. EnCoV s’intéresse à deux types d’endoscopie. Le premier est la cœlioscopie, utilisée dans les cavités abdominale et pelvienne, en chirurgie gynécologique et hépatobiliaire. La cœlioscopie fait partie des techniques de chirurgie minimalement invasive. Le second type est la coloscopie, pour le gros intestin.

L’interdisciplinarité émerge par le développement et l’utilisation de techniques de vision par ordinateur qui ensemble créent l’endoscopie assistée par ordinateur. Cette combinaison est très naturelle car l’endoscope est principalement une caméra formant une interface entre le médecin et le patient. Dans ce contexte, la recherche d’EnCoV s’effectue à la frontière entre la vision par ordinateur et la médecine, par le développement d’algorithmes et leur évaluation sur des modèles simulés, phantoms, animaux et patients. En cœlioscopie, les systèmes d’EnCoV assistent le chirurgien en combinant les données préopératoires avec le flux vidéo peropératoire grâce à la réalité augmentée et à la transparence virtuelle. En coloscopie, les systèmes d’EnCoV fournissent une aide au diagnostic en permettant au médecin de mesurer la taille des polypes et de reconnaître leur type.

Exemple extrait du système de réalité augmentée en cœlioscopie d’EnCoV appliqué à l’utérus (Bourdel et al, Surgical Endoscopy, 2017).

Responsables