Cardiac MR thermometry for the monitoring of radiofrequency ablation

par Solenn Toupin

Thèse de doctorat en Bioimagerie

Sous la direction de Bruno Quesson.

Soutenue le 07-12-2016

à Bordeaux , dans le cadre de École doctorale des Sciences de la vie et de la santé (Bordeaux) , en partenariat avec Centre de Recherche Cardio-Thoracique de Bordeaux (laboratoire) .

Le président du jury était Christopher Piorkowski.

Le jury était composé de Baudouin Denis de Senneville.

Les rapporteurs étaient Michel De Mathelin, Jacques Felblinger.

  • Titre traduit

    Thermométrie IRM pour le suivi des ablations radiofréquences sur le cœur


  • Résumé

    Le traitement des arythmies cardiaques par ablation radiofréquence est une procédure thérapeutique permettant de restaurer un rythme normal par destruction thermique des tissus arythmogènes. A l'heure actuelle, l'intervention est réalisée sans imagerie temps réel permettant de visualiser la lésion pendant l'ablation. La thermométrie IRM permet de mesurer la température du tissu en chaque pixel et d'estimer directement l'étendue de la lésion via le calcul de la dose thermique cumulée. Si cette technique est déjà établie pour guider l'ablation de tumeurs dans différents organes, elle reste difficile à mettre en œuvre sur le cœur, notamment à cause des mouvements de respiration et de contraction myocardique. Dans le cadre de cette thèse, une méthode de thermométrie cardiaque a été implémentée pour réaliser une cartographie temps réel de la température du myocarde en condition de respiration libre. Plusieurs séquences IRM rapides ont été développées pour permettre l'acquisition d'environ 5 coupes par battement cardiaque avec une taille de voxel de 1.6X1.6X3 mm3. Plusieurs solutions de réduction des mouvements hors plan de coupe ont été évaluées : positionnement des coupes dans le sens principal du déplacement, suivi dynamique de la position des coupes en fonction de l'état respiratoire (navigateur, mesure de la position du cathéter). Le mouvement résiduel et les artéfacts de susceptibilité associés sont corrigés par des algorithmes temps réels pour permettre une précision de la thermométrie IRM à ±2°C sur les ventricules. Ce protocole a été utilisé avec succès pour le suivi d'ablations radiofréquences chez la brebis (N=3), permettant une corrélation (R=0.87) entre la dose thermique et la taille réelle des lésions induites. Les résultats sont très prometteurs quant à la pertinence de cette mesure pour une estimation en ligne de l'étendue de la lésion pendant l'ablation. Ces méthodes permettent d'envisager une évaluation clinique à court terme.


  • Résumé

    Radiofrequency ablation is a therapeutic procedure for the treatment of cardiac arrhythmia by inducing a local necrosis of the arrhythmogenic tissue. This intervention is currently performed without online imaging of the lesion formation during radiofrequency delivery. MR thermometry provides a monitoring of temperature in the targeted tissue in each pixel and an immediate estimation of lesion via the calculation of the thermal dose. If this technique is well established for the guidance of tumor ablation in various organs, it remains challenging in the heart due to motion (breathing and myocardial contraction). In this work, a cardiac MR thermometry method was developed to perform a real-time temperature mapping of the heart under free-breathing conditions. Several MR pulse sequences were designed to ensure the acquisition of up to 5 slices per heartbeat with a voxel size of 1.6X1.6X3 mm3. Different solutions of minimization of out-of-plane motion were evaluated: alignment of the slices in the main direction of displacement, dynamic update of slice position depending on the respiratory state (echo-navigator, measure of the catheter position). Residual in-plane motion and associated susceptibility artifacts were corrected by real-time algorithms to allow a precision of MR thermometry of ±2°C in ventricles. This protocol was successfully used for the monitoring of radiofrequency ablation in sheep (N=3), allowing a correlation (R=87) between thermal dose maps and sizes of created lesions. These results are promising regarding the relevance of this measure for an inline estimation of the lesion extent during ablation.


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