Guidance in the hybrid cardiovascular procedure for ventricular septal defect closure

Résumé

Les communications interventriculaires (CIV) sont des trous entre les cavités ventriculaires qui perturbent le processus normal d’oxygénation du sang. Les CIV sont des malformations cardiaques congénitales courantes qui se referment généralement d’elles-mêmes; toutefois, les communications interventriculaires de grande taille nécessitent un traitement chirurgical. Une procédure hybride vise à implanter des occludeurs pour fermer les CIV à coeur battant, étant moins invasive que la chirurgie à coeur ouvert la plus courante. La procédure est surveillée par échocardiographie transoesopagienne (ETO). L’ETO fournit des images en temps réel à des fréquences d’images élevées; néanmoins, l’ETO offre un champ de vision limité qui entrave la manoeuvre des instruments chirurgicaux à l’intérieur du coeur. Par conséquent, une grande expérience est nécessaire pour interpréter les images de l’ETO et pour manoeuvrer les instruments chirurgicaux. Cependant, les simulateurs médicaux pour la formation à la procédure hybride sont limités; par conséquent, la pratique directement sur les patients pourrait rester la seule alternative. L’objectif principal de cette thèse était de fournir des solutions au problème d’assistance à la navigation pour la procédure hybride de fermeture des CIV. Cet objectif est développé au travers de trois contributions: premièrement, une méthode pour concevoir des fantômes cardiaques avec des CIV pour l’imagerie échographique; deuxièmement, une méthode de guidage de navigation pour accéder aux CIV pour l’implantation d’occludeurs; et troisièmement, un suivi du mouvement cardiaque dans les images échographiques du coeur avec CIV. Notre première contribution s’est attaquée au problème du manque de modèles cardiaques pour l’expérimentation. Pour résoudre ce problème, nous avons développé une méthode permettant de construire des fantômes cardiaques avec des CIV pour la palpation, la ponction et l’acquisition d’images ultrasonores. Nous nous sommes appuyés sur des images provenant de cas rétrospectifs pour représenter avec précision l’anatomie cardiaque de patients pédiatriques présentant des CIV. Nous avons fabriqué des fantômes cardiaques dans deux matériaux: le silicone et le cryogel d’alcool polyvinylique (PVA-C); nous avons constaté que le PVA-C avait la meilleure échogénicité, ce qui était important pour la caractérisation des CIV en échocardiographie. Nous pensons que cette contribution fournit des outils supplémentaires pour maîtriser l’exploration des CIV pour la procédure hybride. Notre deuxième contribution s’est attaquée au problème du champ de vision limité de l’ETO pour le guidage dans la procédure hybride. Pour le guidage de la procédure, nous avons introduit un modèle virtuel tridimensionnel (3-D) du coeur du patient et un système de mesure électromagnétique (EMS) pour suivre les instruments chirurgicaux. Nous avons validé une méthode d’enregistrement des points de repère comprenant des fantômes cardiaques, des modèles cardiaques virtuels et l’EMS dans un dispositif expérimental que nous avons développé pour simuler la procédure hybride. Un groupe de cardiologues a effectué la procédure hybride sur les fantômes cardiaques, en manoeuvrant les instruments chirurgicaux selon les informations fournies par les coeurs virtuels. Nous avons constaté que les modèles de coeurs virtuels fournissaient des informations précises pour guider l’accès aux CIV. Nous pensons que cette contribution est une preuve de concept réussie d’un système qui pourrait fournir un guidage dans une procédure hybride, en complément de l’ETO, pour accéder en toute sécurité aux CIV. Jusqu’à présent, nous fournissons des informations de guidage dans un coeur statique. Dans un cas réel, cependant, le coeur bat. Par conséquent, notre troisième contribution s’est attaquée au problème du suivi du mouvement du coeur dans les images ultrasonores, avec une application potentielle pour synchroniser les informations de guidage (deuxième contribution) avec le cycle cardiaque. Nous avons proposé une méthode basée sur une filtre de particules pour prédire le mouvement du coeur en tenant compte des paramètres géométriques et des valeurs d’intensité des cavités ventriculaires dans les images ETO. Nous avons constaté que la méthode était robuste aux frontières floues et aux informations manquantes. Nous pensons que l’automatisation du suivi du coeur est nécessaire dans la salle d’opération pour faciliter et estimer avec précision les informations de guidage dans la procédure hybride.

Date	21 févr. 2022
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Luc Duong (Directeur(-trice)), Sylvie Ratté (Codirecteur(-trice)) & Joaquim Miró (Codirecteur(-trice))