High resolution MR imaging of the arrhythmogenic cardiac substrate

Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) haute résolution du coeur pour la caractérisation du substrat arythmogène L’imagerie par résonance magnétique (IRM) cardiaque est la modalité clinique de référence pour caractériser le substrat anatomique à l’origine de pathologies cardiaques. En plus de sa haute valeur diagnostic liée à la multiplicité des contrastes qu’elle peut générer, l’IRM cardiaque présente un intérêt potentiel pour le suivi en temps réel des thérapies mini- ou non-invasives en imagerie interventionnelle. Cependant, la résolution spatiale actuelle des images en clinique reste limitée au mieux à 1 mm, ce qui est insuffisant pour fournir un diagnostic précis et estimer l’étendue de la lésion créée par radiofréquence (RF). En particulier, l’exploration de l’oreillette reste difficile du fait de la faible épaisseur du tissu atrial (2 à 5mm). Le rapport signal sur bruit (RSB) limité des antennes utilisées en clinique ainsi que la présence de mouvements respiratoires et cardiaques constituent les principaux verrous technologiques à lever pour augmenter la valeur diagnostic de l’IRM cardiaque.Une première étude s’est concentrée sur l’augmentation du RSB en IRM et l’amélioration de la sélectivité spatiale au niveau du cœur. Un prototype d’antenne de surface en réception seule a été conçu et interfacé avec le scanner. Les expériences menées ont démontré qu’un gain de 30 en RSB pouvait être obtenu en utilisant une telle antenne de surface, permettant l’acquisition d’images à une résolution spatiale de 200 µm dans le plan, à champ clinique, sur échantillons ex vivo comme sur cœur battant.Une deuxième étude s’est attachée au développement d’un algorithme pour la compensation du mouvement basé sur l’exploitation de micro-antennes intégrées à un cathéter. Une séquence d’acquisition qui combine une mesure 3D rapide (~27 ms) et précise (incertitude inférieure à 1 mm) de la position des micro-antennes entrelacée avec une acquisition radiale du k-space a été implémentée. Le tri rétrospectif des données brutes en fonction des positions des micro-antennes a permis de reconstruire des images de bonne qualité à partir de k-space fortement sous-échantillonnés à l'aide d'algorithmes non linéaires (compressed sensing, variation totale, nuFFT). Après validation sur un phantom mobile, décrivant un mouvement de translation linéaire et circulaire avec des paramètres réalistes (60-90 bpm, amplitude de 2cm), une évaluation in vivo a été réalisée sur cochon et mouton. Ceci a permis d’illustrer l’efficacité de la méthode et de la comparer à la méthode conventionnelle de synchronisation cardiaque et respiratoire. Une étude préliminaire combinant l'imagerie avec l’antenne de surface locale et l'algorithme de compensation de mouvement a ensuite été menée. Les résultats obtenus in vivo montrent le potentiel d’une telle technique pour obtenir des images hautes résolution de la paroi ventriculaire (300 µm dans le plan), affranchies de tout mouvement.Ces technologies étant destinées à une utilisation future chez l’homme, les aspects inhérents à l’insertion d’une antenne intravasculaire chez le patient ont été étudiés. Les dommages thermiques étant le principal risque associé aux dispositifs implantés, une méthode de thermométrie IRM alternant un module de déposition d’énergie ajustable avec l’acquisition d’images EPI a été implémentée pour quantifier l’évolution de la température dans les tissus environnant un fil implanté. Les expériences menées sur gel et cerveau humain ont démontré la possibilité de mesurer la température avec une précision de 0.2°C. Une telle précision est considérée suffisante pour évaluer la sécurité des dispositifs implantés.Ce travail de thèse présente les premières étapes techniques vers une IRM cardiaque haute résolution sans mouvement. Les applications sont une meilleure définition du substrat pour un diagnostic amélioré et une meilleure caractérisation des lésions pendant les procédures d’intervention guidées par IRM.