IDM4: Imagerie Multiparamétrique et Multimodale des Dommages Musculaires et Myocardiques.

COORDINATEUR SCIENTIFIQUE: Pierre Croisille, PUPH, Chef de Pole IMOFON (CHU de Saint-Etienne), Chef de departement (Radiologie et Medecine Nucléaire), Chef de Service de Radiologie au CHUSE

Membres du Projet: Equipe MYRIAD:  P. Clarysse, N. Duchateau, R. Deleat, O. Bernard, T. Grenier. Equipe Info-Dev: Frederic Cervenansky, M. Sdika. Equipe ULTIM: H. liebgott, F. Varray. Equipe MAGICS: O. Beuf, P. Croisille, L. Petrusca, C. Bouton, C. Cluet, W. Romero, K. Tse Ve Koon, B. Leporq, H. Ratiney, M. Viallon.

I. Objectifs du projet

  Ce projet vise à la réalisation des développements technologiques et méthodologiques pour permettre l'imagerie multimodale multiparamétrique quantitative du cœur et du muscle squelettique (PET / MR, mais aussi des US / MR), y compris de nouvelles stratégies théranostiques dans un environnement clinique. Ce projet permettra de répondre à ces défits par une approche multidisciplinaire impliquant des physiologistes, des physiciens des US et de la RMN, des informaticiens des laboratoires régionaux, ainsi que des partenaires français et industriels (SIEMENS, OLEA, ...), tout en renforçant les collaborations nationales et internationales existantes (Départements  de Radiologie, cardiologie, laboratoires de recherche (CRMBM-CEMEREM, UMR CNRS 7339 (Marseille), les experts en imagerie cardiaque des Universités européennes (Lausanne Suisse), allemande (Bremen) et américaines (Los Andes(Colombia), UCLA( Los Angeles,California), UVA (Virginia), Harvard (Boston, MS)...)).

II. Contexte socio-économique

Muscle cardiaque: Parmi les maladies du muscle cardiaque, les cardiopathies ischémiques restent la première cause de mortalité dans le monde, avec une progression de 21 % au cours de la dernière décennie (Roth et al, lancet 2018). En France, la mortalité à 10 ans après un infarctus du myocarde (IM) est tombée à 10 % grâce à des efforts multiformes, notamment des réseaux régionaux pour une intervention coronarienne plus rapide, des soins intensifs spécialisés après un IM, des efforts itératifs d'éducation de la population pour réduire les facteurs de risque et reconnaître les symptômes précoces (initiatives conjointes des agences nationales françaises de santé publique et des sociétés de cardiologie au cours des deux dernières décennies) (Grave C et al. 2019). Pourtant, les maladies cardiovasculaires (MCV) restent un problème majeur de santé publique. Avec un plus grand nombre de survivants après un IAM, environ 60 % des cas d'insuffisance cardiaque (IC) en France ont une étiologie ischémique, et le coût associé à la prise en charge de l'IC ischémique est estimé à 3,6 milliards d'euros par an en France. L'insuffisance cardiaque devrait augmenter de 25 % tous les quatre ans dans les années à venir en raison du vieillissement de la population.

1. Santé Publique France. Infarctus du myocarde. 2019. https://www.santepubliquefrance.fr/maladies-et-traumatismes/maladies- cardiovasculaires-et-accident-vasculaire-cerebral/infarctus-du-myocarde/le-scan/#tabs.

2. Société Française de Cardiologie /Groupe Insuffisance Cardiaque (GICC). Livre Blanc: Pladoyer pour la prise en charge de l’insuffisance cardiaque et des cardiomyopathies. 2021. https://www.chu-clermontferrand.fr/sites/default/files/media/2021- 11/Livre-blanc-de-lInsuffisance-Cardiaque.pdf.

Le Muscle squelettique:  Le muscle squelettique (c'est à dire nos muscles des cuisses, dos, jambes, bras et...) est l'organe et allié majeur de notre santé. Au-delà de la mobilité, son activité a une action protectrice, voire curative, sur l’organisme, d’où l’importance de le mobiliser à tout âge, même lorsque l’on est concerné par une maladie. Mais qu’il soit sain, malade ou entraîné, il est loin d’avoir révélé tous ses secrets. Le muscle et ses bienfaits sont encore trop peu reconnus, pourtant cet organe est un allié majeur de notre santé. Au-delà de la mobilité, son activité a une action protectrice, voire curative, sur l’organisme, d’où l’importance de le mobiliser à tout âge, même lorsque l’on est concerné par une maladie. Mais qu’il soit sain, malade ou entraîné, il est loin d’avoir révélé tous ses secrets.

III. Les moyens du projets

Le projet a obtenu un financement FEDER, Conseil Général 42 (CG42) et Saint-Etienne Métropole (SME) pour se doter d'un générateur de puissance 512 Voies VERASONIC. Le projet dispose d'un puissante  Plateforme de recherche clinique combinant un IRM 3T équipée d'un chaine multi-noyau et d'un ergomètre MR compatible doté des module cardiaque et quadriceps.  En savoir plus...

Lien avec les Equipements et Investissements d'avenir: Equipex LILI (plateforme PET-MR plateforme), LabEX Primes, LabEX Celya.

Financement obtenus: Financement MESSIDOR (IGRESP INSERM 2025), France Life Imaging (FLI) WP4 (SEISM, COLCAR), FLI WP3(TSONOAMI), Dotation de Recherche René Foudon, Fédération française de cardiologie (FFC, 2018) RHU MARVELOUS (2016), PHRC MARVEL (2016). Fond européen FEDER (2014), CG42, SME. Co-financements: CARIM, DIAPASON.

Partenaires industriels: OLEA Medical, Siemens, Circle, Carestream, Supersonic Imagine.

Programme et présentations powerpoints des workshops accessibles aux membres actifs du Projet sur l'intranet de CREATIS au lien suivant: En savoir plus...

IV. Le Core-Lab et le référentiel d'hébergement de données structuré de CREATIS:

Public et purement académique, le core-lab de CREATIS propose depuis 2014, l'ensemble des services réglementaires et méthodologiques attendus pour la mise en place et la valorisation des études scientifiques cliniques en France:

• Accompagnement et Mise en place d'études et de protocole en IRM cardio-vasculaire:

  Aide à la mise en place des protocoles pour répondre à la questions cliniques posées, mise au point de solutions avancées en partenariats avec les industriels du/des sites, développements à façon et prototypes de type Customer-To-Customer (C2P) pour garantir des protocoles à l'état de l'art et les moins obsolescents possibles. Mise en place des procédures de contrôles qualité et de correction des biaisas inter-sites pour les études multi-centriques (commandes et mises à disposition d'objet tests, aide et suivi des versions de logicielles, assistances et relation avec les industriels de l'imagerie).

   

• Elaboration et mise en place de bases de données d'imagerie cardiovasculaire:
  Collecte multicentrique de données d'imagerie, transfert sécurisés incluant une procédure d'anonymisation personnalisée par cohorte, gestion standardisée inter-site, double sauvegarde systématique et sécurisation, structuration des métadonnées (Format Bids), afin de permettre des analyses et traitement standardisées (statistiques, qualité image, traitement spécifique de l'image. 

Le plateforme « Human Heart » ()https://humanheart-project.creatis.insa-lyon.fr/)  constitue la source unique de référence pour le stockage sécurisé des données médicales et des logiciels d'imagerie cardiaque développés à CREATIS. Il permet ainsi aux équipes de recherche de partager facilement et rapidement des données, de tester des méthodes de calcul et de renforcer leur collaboration dans le domaine de l'imagerie et de l'analyse cardiaque.

• Procédures de contrôle qualité avancées et stratification des données:

Analyse automatisée de la base de données, production de statistiques de qualité image préalable et nécessaire au choix de traitement automatisé. Stratification des bases de données sur des critères de qualité. 

• Développement de solution de post-Traitement personnalisée: 

Le CoreLab s'appuie sur le savoir-faire et les développements méthodologiques de longue date de CREATIS en Machine Learning ou Deep Learning. Notamment la plateforme Human Heart Project (H2P): https://humanheart-project.creatis.insa-lyon.fr/databases.html, son savoir-faire en organisation de challenge de segmentation comme MYOSAIQ ( https://www.creatis.insa-lyon.fr/Challenge/myosaiq/databases.html) ou AC-DC (https://humanheart-project.creatis.insa-lyon.fr/databases.html). 

• Analyse centralisée et Production de labels par des experts: 
  Le Laboratoire CREATIS est un laboratoire multidisciplinaire possédant un large spectre de compétences en imagerie médicale et jouant un rôle majeur dans le domaine des technologies de la santé depuis 1990. Il est réputé pour son expertise en imagerie par résonance magnétique, en ultrasons, en rayons X et en optique, avec des connaissances en physique, mathématique, informatique et instrumentation. Ainsi, CREATIS possède toutes les compétences nécessaires pour optimiser chaque étape du processus d'imagerie allant de l'acquisition à l'analyse des images, le développement d'algorithmes (dont Intelligence Artificielle, statistiques avancées, recalage, modélisation...) pour se faire, jusqu’à l’aide au diagnostic médicale et à la recherche clinique. 

L'analyse d'images est donc réalisée par des lecteurs spécialisés en radiologie cardiaque et en physique de l'imagerie cardiaque, avec des Assistants de Recherche Cliniques Docteur.e.s en physique avec une spécialisation en imagerie cardiaque >10 ans qui coordonne, contrôle et s'assure de la génération des masks tissulaires et des annotations manuelles, segmentations, scorings quantitatifs de qualité image, fiabilité des l'extraction des données dérivées et variables quantitatives d'imagerie. 

• Valorisation scientifique et recherche collaborative
  Production de rapports décrivant la méthode et les résultats pour les publications scientifiques dérivées, conservation et construction d'infrastructure de gestion des bases de données source et dérivées, de commun de santé dédié et sépficique. .

Notre Core-Lab a notamment accompagné entre les projet suivants: CARIM (CARdioprotection in Myocardial Infarction), MARVEL, CIRCUS, COVERT_MI, RHU STOP-AS (Search Treatment and improve Outcome for Patients with Artic Stenosis). 

V. Les Sous-Projets en cours

MUST: Le projet MUST a pour objectif d'aider à comprendre l'effet de l'ultra-endurance sur l'organisme et son impact au niveau musculaire et cardiaque. L'équipe (P. Croisille (PI, Team #5), O.Beuf (Team #5), M. Viallon (Team #5), H. Ratiney (Team#5) B. Leporq (Team#5) T. Grenier (Team#2)) a choisi de mener cette étude lors de l'Ultra-Marathon de Montagne le plus extrême au monde, Le Tor des Géants: 330 km, 24.000 m de dénivelé positif d'une seule traite (soit 3x l'Everest), dans la Vallée d'Aoste, en Italie et au pied du Mont-Blanc. Cette épreuve de tous les superlatifs a eu lieu du 7 au 14 Septembre 2014. 

TSONOAMI (Imagerie Thérapeutique et infarctus du myocarde à la phase aigüe): Développements Méthodologiques US-MR. M. Viallon (PI,Team #5), P. Croisille (Team #5), L. Petrusca (Team#5), O.Beuf (Team #5), H. Liebgott (Team#3). Il existe un attrait clinique élevé pour les nouvelles technologies théranostiques, non-invasives et capable d’offrir une efficacité au moins comparable à celui des traitements conventionnels (produits thérapeutiques et diagnostiques). Ultrasons focalisés (FUS) a déjà un large impact dans le domaine médical, les différentes applications cliniques étant identifiés à ce jour pour les différents organes (sein, de la prostate, les os, la fibrose bénigne de l'utérus). En raison des défis importants, les applications de FUS pour les thérapies cardiaques n'a pas encore été étudié. Il y a un intérêt majeur pour étudier les mécanismes et dans quelle mesure les ultrasons pourraient atténuer la réponse inflammatoire dy myocarde et y remédiée. Les effets bénéfiques et donc soi-disant effet «sono-cardioprotecteur" des US exploreront le drainage mécanique de massage par une force de rayonnement acoustique (ARF) ou sur l'amélioration de la microcirculation mycoardium ischémique. Il y a aussi un intérêt évident dans le contexte des thérapies guidées par l'image dans les organes mobiles, pour développer l'imagerie hybride US-MR. 

PET-MR Quantitative Perfusion, Team 5 - P. Croisille (PI, Team #5), O.Beuf (Team #5), M. Viallon (Team #5), C. Daviller(Team#5), C. Frindel (Team #2), T. Grenier (Team #2),. (Collaboration: RHU MARVELOUS (OLEA Medical, CARMEN U1060, Cynbiose), Pr Marc Janier(HCL), SIemens). Establishing normal and pathology related Myocardial perfusion standard for improved patient profiling based on newly established Bio-Atlas provided by Advanced Imaging Techniques and Biomarkers. The objective of this collaboration is 1) acquire the methodology to achieve quantitative values of Myocardial Blood Flow using MRI 2) to utilize advanced imaging methods (simultaneous PET-MRI) to investigate absolute perfusion values in humans, and relate them to the cardiovascular metabolic state. Our ultimate goal is to establish a predictive bio-atlas based on advanced imaging biomarkers, and to make available gold standard reference for clinical risk factors investigation, prediction, and improved objective patient management. 

Biomechanics of the Heart: A Model-Based Non-Invasive Regional Identification of Myocardial Diseases :  P. Clarysse (PI, Team #1), N. Duchateau (Team #1), P. Croisille (Team #5), M. Viallon (Team #5),  O. Bernard (Team #2), C. Lartizien (Team #2), P. Delachartre (Team #3) in Collaboration with TIMC-Grenoble, ICJ-Lyon, CARMEN-Lyon. The aim of this sub-project is to introduce and validate a new strain based model and methods for the non-invasive regional characterization of the myocardial viability. New concept of myocardial fiber tonicity (MFT) is obtained from the instanciation of a biomechanical parametric finite element (FE) model of the left ventricle (LV), including fiber architecture to patient strain and pressure measurements. The methodology is general, but will be first experimented in cardiac MRI and US, and should provide new biomarkers of regional estimation of the amount of active tension within the myocardium, that may reflect the effective health status of the tissue. Strain measurements will be obtained with state of the art dynamical tagged-MRI (Collab. Prof. Stuber, EPFL).

VI. Les Publications du Projet IDM4

1: Automatic myocardial ischemic lesion detection on magnetic resonance perfusion weighted imaging prior perfusion quantification: A pre-modeling strategy. Daviller C, Grenier T, Ratiney H, Sdika M, Croisille P, Viallon M. Comput Biol Med. 2019 Jul;110:108-119. doi: 10.1016/j.compbiomed.2019.05.001. Epub 2019 May 2. PubMed PMID: 31153004.

7. Shear-Wave Elastography Assessments of Quadriceps Stiffness Changes prior to, during and after Prolonged Exercise: A Longitudinal Study during an Extreme Mountain Ultra-Marathon. Andonian P, Viallon M, Le Goff C, de Bourguignon C, Tourel C, Morel J, Giardini G, Gergelé L, Millet GP, Croisille P. PLoS One. 2016 Aug 31;11(8):e0161855. doi: 10.1371/journal.pone.0161855. PMID: 27579699

8. Quantifying the effect of tissue deformation on diffusion-weighted MRI: a mathematical model and an efficient simulation framework applied to cardiac diffusion imaging. Mekkaoui I, Moulin K, Croisille P, Pousin J, Viallon M. Phys Med Biol. 2016 Aug 7;61(15):5662-86. doi: 10.1088/0031-9155/61/15/5662. PMID:27385441

9. Comparison of Immediate With Delayed Stenting Using the Minimalist Immediate Mechanical Intervention Approach in Acute ST-Segment-Elevation Myocardial Infarction: The MIMI Study. Belle L, Motreff P, Mangin L, Rangé G, Marcaggi X, Marie A, Ferrier N, Dubreuil O, Zemour G, Souteyrand G, Caussin C, Amabile N, Isaaz K, Dauphin R, Koning R, Robin C, Faurie B, Bonello L, Champin S, Delhaye C, Cuilleret F, Mewton N, Genty C, Viallon M, Bosson JL, Croisille P; MIMI Investigators*.Circ Cardiovasc Interv. 2016 Mar;9(3):e003388. doi: 10.1161/CIRCINTERVENTIONS.115.003388. PMID:26957418

10. Image-Based Investigation of Human in Vivo Myofibre Strain. Wang VY, Casta C, Zhu YM, Cowan BR, Croisille P, Young AA, Clarysse P, Nash MP. IEEE Trans Med Imaging. 2016 Nov;35(11):2486-2496. PMID: 27323360

11. Myocardial Extracellular Volume Estimation by CMR Predicts Functional Recovery Following Acute MI. Kidambi A, Motwani M, Uddin A, Ripley DP, McDiarmid AK, Swoboda PP, Broadbent DA, Musa TA, Erhayiem B, Leader J, Croisille P, Clarysse P, Greenwood JP, Plein S. JACC Cardiovasc Imaging. 2016 Oct 18. pii: S1936-878X(16)30645-3. doi: 10.1016/j.jcmg.2016.06.015. [Epub ahead of print] PMID:27771398. Free Article

12. In vivo free-breathing DTI and IVIM of the whole human heart using a real-time slice-followed SE-EPI navigator-based sequence: A reproducibility study in healthy volunteers. Moulin K, Croisille P, Feiweier T, Delattre BM, Wei H, Robert B, Beuf O, Viallon M. Magn Reson Med. 2016 Jul;76(1):70-82. doi: 10.1002/mrm.25852. PMID:26301785