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• Encadrant principal : Magalie Viallon, Physicien Médical au CHU de Saint Etienne, HDR 2012
• Co-encadrants : Olivier Beuf, DR2 CNRS, HDR 2006, Pierre Croisille, PU-PH, HDR 2008.
• Composition de l'équipe d’encadrement : Encadrants SPI (Magalie Viallon et Olivier Beuf) Encadrants Médecins: Pierre Croisille, PUPH, Département de Radiologie, CHU Saint-Etienne, CREATIS; Marc Janier, PUPH, Service Médecine Nucléaire Lyon Est, ILM UMR5306, Nathan Mewton MCU-PH Cardiologie, CIC Lyon-Est, CARMEN.
Description détaillée du projet de thèse :
Contexte: La quantification d’index biologiques pour la caractérisation non invasive des tissus (inflammation, perfusion, fibrose interstitielle ou diffuse) reste un enjeu majeur pour la compréhension de la pathogénèse et la prise en charge des maladies métaboliques et cardiovasculaires. Ces maladies touchent principalement les organes abdominaux et cardiaques. L’imagerie multi-modale RM-TEP est un outil unique pour valider de nouveaux index quantitatifs non-invasifs dérivés de l’imagerie multiparamétrique IRM. Par ailleurs la combinaison des informations quantitatives obtenues par l’imagerie simultanée devrait permettre d’approfondir l’état des connaissances sur la physiopathologie complexe de ces maladies. Toutefois, des développements sont indispensables pour la gestion du mouvement respiratoire et notamment du développement d'une méthode de correction d'atténuation pour organe mobile thorax/cœur.
Objectifs scientifiques et technologiques, Méthodologie: Le projet vise à se doter d’imagerie par RM cardiaque multiparamétrique quantitative pour l’étude de la perfusion myocardique, afin d’identifier les biomarqueurs associés à une augmentation ou à une baisse des risques de cardiomyopathie et quantifier les maladies coronariennes, y compris dans les atteintes diffuse ou chez les patients tri-tronculaires. Il est évident que le faible cout de l’examen cardiaque de perfusion en IRM, sa rapidité et son caractère non invasif en fait une candidate de choix pour caractériser les populations, réaliser une détection précoce et assurer le suivi longitudinal lors du traitement. Toutefois, ces méthodes demandent à être validées par imagerie TEP qui a fait l’objet de nombreuses recherches (utilisation des traceurs N-13, 0-15 ou plus récemment Rb-82 et F-18 Flurpiridaz). L’imagerie PET/MR offrant ces deux méthodes d’imagerie en mode simultané est un atout majeur pour la validation des nouveaux index quantitatifs de perfusion IRM.
Les objectifs scientifiques du projet sont:
1. Développement d'une méthode de correction d'atténuation pour organe mobile thorax/cœur. Au préalable, toute imagerie PET/MR simultané nécessite une caractérisation des difficultés induites par la multi- modalité, et de s’affranchir éventuellement de celles-ci. Une collaboration avec l’équipe de Lausanne (M. Stuber, CVMR CHUV-UNIL) autour d’une séquence UTE 3D radiale en respiration libre est envisagée.
2. Analyse de la dynamique du premier passage de l’agent de contraste gadolinisé : Le projet vise à développer une approche algorithmique innovante pour résoudre le problème du post-traitement des séquences de perfusion (recalage intra-imagerie et inter-imagerie, modélisation de l’entrée artérielle) et la quantification des paramètres hémodynamiques.
3. Caractérisation des échanges inter-compartimentaux: L’analyse de la distribution dynamique d’un agent de contraste (gadolinium) entre les principaux compartiments présents dans un voxel de l’image (capillaires, cellules, espace extracellulaire) immédiatement après injection du traceur dans la circulation sanguine mais surtout sur plusieurs minutes après le premier passage de celui-ci, permettent désormais l'extraction d'informations nouvelles sur la structure de ces compartiments (volume extra-cellulaire etc...). Celle-ci reste malheureusement inexplorée ou partiellement explorée dans la routine clinique, de par l’absence de données sur la durée nécessaire d’exploration. Afin de limiter les acquisitions sur des patients, une validation de la méthode d’analyse des acquisitions entrelaçant mesure de perfusion et mesure des temps de relaxation T1 du myocarde sera faite grâce à un fantôme numérique. Cette optimisation sur fantôme digitale permettra de déterminer le protocole d’acquisition nécessaire pour une quantification robuste et fiable. L'intégration des méthodes de recalage non-rigide précédemment citées (intra-images de la série de perfusion et inter- séquence (T1 mapping et perfusion) associées à une stratégie innovante entrelaçant les acquisitions de perfusion et produisant des cartographies mesurant le T1 des tissus.
4. Validation de données quantitatives de perfusion: La validation des paramètres de perfusion proposés précédemment à partir de données acquises en IRM nécessitera une validation en confrontation avec l'imagerie TEP, la seule méthode de quantification absolue utilisable in-vivo chez l'homme,. Celle-ci sera réalisable dans des conditions méthodologiques idéales grâce à l'utilisation d'un imageur hybride PET/IRM (le projet s’appuiera sur l’équipement d’excellence (EQUIPEX LILI, MR/PET simultané, Lyon)) avec utilisation des traceurs de référence (0-15 ou N-13) et imagerie simultanée PET et IRM. La validation sera réalisée sur une cohorte de sujets suivis dans le cadre d'une micro-angiopathie diabétique (atteinte diffuse) ou coronarienne (atteinte systématisée) avec justification clinique d'une exploration coronarienne invasive (coronarographie) et myocardique de la perfusion (ANR Q-Perf 2015, recrutement coordonné par le CIC Lyon- Est)
Bibliographie du sujet : 1. PET/MR Imaging: Current and Future Applications for Cardiovascular Disease. Naeger DM, Behr SC. Magn Reson Imaging Clin N Am. 2015 2. Quantification of myocardial perfusion using cardiac magnetic resonance imaging correlates significantly to rubidium-82 positron emission tomography in patients with severe coronary artery disease: a preliminary study. Qayyum AA, Hasbak P, Larsson HB, Christensen TE, Ghotbi AA, Mathiasen AB, Vejlstrup NG, Kjaer A, Kastrup J. Eur J Radiol. 2014 3. Myocardial perfusion and glucose uptake coupling in CAD patients. Mazzadi AN, Croisille P, André-Fouët X, Fol S, Duisit J, Ovize M, Comar D, Janier MF. Int J Cardiovasc Imaging. 2003 4. Multimodality Imaging in Ischemic Cardiomyopathy. Prior JO, Farhad H, Muller O. Curr Cardiovasc Imaging Rep. 2014
Adéquation aux objectifs du Labex : Ce projet nécessite des développements importants en imagerie hybride, à la fois sur les méthodes d’acquisitions et de post-traitements, dans une approche fortement multidisciplinaire. De par ses thématiques d’imagerie et de santé publique, ce projet s'inscrit donc parfaitement dans la logique et les objectifs du Labex Primes et plus particulièrement dans ceux du WP2 sur les techniques d’imagerie innovantes ainsi que dans son application liée au vieillissement de la population. Il permet en particulier d’associer deux axes de développements que sont l’imagerie hybride IRM/TEP et diffusion cardiaque. Il s’agit en outre d’un projet synergique de premier plan associant des acteurs locaux reconnus internationalement dans ces domaines. Ainsi, il réunit des compétences multidisciplinaires complémentaires et s’inscrit dans la démarche d’excellence des Axes Hospitalo-Universitaires (AHU) et de l’IHU OPERA, autour d’une thématique à un fort impact socio-économique et de santé publique.
Points forts, originalité du sujet, position par rapport à l'international, valorisation. Si l'exploration de la perfusion myocardique fait partie de la routine clinique, plusieurs études récentes (Liga et al, EJNM 2014, Knaapen et al. EJNM 2014, Gould et al. JACC 2013) ont souligné la nécessité d'une approche quantitative qui seule permet notamment de s'affranchir des faux négatifs habituels dans le cas d'une atteinte diffuse (ex: dysfonction microvasculaire diabétique ou atteinte tri-tronculaire). Ce projet a déjà de nombreux atouts avec la conjonction à la fois spatiale et temporelle de scientifiques et compétences médicales reconnues dans leurs domaines respectifs et d’un tout nouvel équipement d’excellence encore unique en France. Ce travail constituera le fondement méthodologique pour des demandes visant à l'exploration de cohortes cliniques et multicentriques en national et/ou international (PHRC, H2020) qui restent nécessaires pour définir les standards de référence dans les atteintes microcirculatoires et macrovasculaires et constituer une aide décisionnel à la prise en charge thérapeutique.
Compétences et qualités requises: Connaissance basique de l’IRM (un stage de Master en imagerie est un plus), maitrise d’outils de programmation (Matlab, ...), bonnes connaissance en C++, compétences en traitement d’image, bon niveau en anglais. Les travaux de recherche impliquent une formation à l’IRM et aux outils de programmation de séquences Siemens. L’étudiant suivra donc nécessairement une formation au logiciel IDEA dans un des centres de formation de Siemens (Erlangen, Allemagne ou Carry, NC, USA). Le travail de programmation de séquence se fera sur les plateformes Siemens 1.5T et/ou 3T des CHU de Lyon et de Saint Etienne (Microsoft C++ sous Visual Studio).