Résumé
La connaissance des propriétés électriques (conductivité et permittivité) des tissus humains est nécessaire pour estimer, par simulation numérique, l’échauffement des tissus lors d’un examen IRM en présence de dispositifs médicaux implantés ou accessoires. Actuellement, les simulations supposent que les valeurs de propriétés électriques dans un tissu donné sont les mêmes pour chaque patient (valeurs obtenues à partir d’études ex-vivo sur des animaux), indépendamment de l’âge ou du sexe.
L’objectif d’ELECTRA est de développer de nouveaux outils IRM pour l’imagerie des propriétés électriques in-vivo. Notre approche originale repose sur de nouvelles méthodes de reconstruction qui sont robustes aux transitions de propriétés électriques aux interfaces entre les tissus. En créant une base de données de 120 sujets avec des différents groupes d’âge, nous pourrons valider ces mesures, établir des valeurs de référence chez l’homme en fonction de l’âge, et interpréter les variations observées à travers la population. Enfin, ces résultats seront appliqués aux études de sécurité IRM pour les dispositifs médicaux (société Healtis).
Le consortium comprend trois équipes académiques qui ont déjà travaillé ensemble pour développer l’IRM des propriétés électriques, avec des expertises complémentaires en reconstruction IRM (IADI), acquisition et modélisation du signal IRM (ICUBE) et résolution de problèmes inverses associés aux équations de Maxwell (LMR). La société Healtis apportera son expertise en matière de compatibilité IRM (simulation et tests) et transférera les résultats vers de nouveaux services. Le CIC-IT apportera son soutien à la constitution de la base de données des volontaires et à sa diffusion.
L’impact économique d’ELECTRA concerne le marché des dispositifs médicaux implantés, en particulier les dispositifs actifs (stimulateurs cardiaques et neurologiques, implants cochléaires etc…), qui est en pleine croissance. La question de la compatibilité IRM de ces dispositifs est désormais essentielle. Les normes internationales concernant l’évaluation des risques d’échauffement dans le cas des dispositifs passifs (ASTM F2182) et des dispositifs actifs ((ISO/TS 10974) évoluent rapidement, et Healtis participe activement aux groupes de travail de ces normes. La simulation électromagnétique y joue un rôle de plus en plus important. Le principal défi réside dans la standardisation des méthodes de validation des modèles de patients (les valeurs précises de propriétés électriques pour les tissus et leur variabilité dans la population restent une question ouverte), des modèles de dispositifs et des résultats de simulation en termes de débit d’absorption spécifique (DAS) ou d’élévation de la température chez le patient.
L’ambition scientifique d’ELECTRA est de faire de l’imagerie par IRM de la propriétés électriques un nouveau biomarqueur potentiel pour l’imagerie diagnostique. Les nouveaux résultats attendus dans la reconstruction des propriétés électriques (mathématiques et méthodes appliquées) seront essentiels pour améliorer la technique et la valider dans des fantômes de plus en plus réalistes. L’étude sur les volontaires permettra d’établir des valeurs de référence in-vivo pour un large éventail de tissus (tête et tronc). Cette étude devrait être la première à montrer in-vivo, chez l’homme, les changements de conductivité liés à l’âge dans la substance blanche, associés à des changements structurels.
Les développements d’ELECTRA auront de nombreuses implications pour l’imagerie diagnostique (mesures de propriétés électriques comme nouveau marqueur de fibrose, d’inflammation, de sévérité des lésions etc…) et pour la mise en place de modèles de DAS personnalisés. Ces derniers seront utiles pour le développement de l’IRM à haut champ, mais aussi pour l’optimisation de l’IRM clinique en général. En effet, tous les systèmes d’IRM sont actuellement bridés, basés sur l’estimation du DAS dans un scénario « worst-case », à partir de modèles génériques de patients. Un modèle de DAS personnalisé, basé sur une carte de propriétés électriques spécifique au patient, permettrait de relaxer ces contraintes. Il en résulterait une amélioration de la qualité de l’image et/ou de la durée d’acquisition et, in fine, une amélioration du rapport coût-efficacité de l’IRM.