Conception, caractérisation et validation d'un embout de fil-guide magnétique dirigé par un appareil d'imagerie à résonance magnétique amélioré

Le catheterisme endovasculaire est une procedure utilisant les vaisseaux sanguins pour faire naviguer des outils medicaux a des ns therapeutiques. L'ecacite des outils depend de la geometrie des arteres, de la dexterite du manipulateur et des techniques de visualisation. Par exemple, l'avancee des outils dans la vasculature est limitee par la friction des outils sur les vaisseaux, par les reductions de diametre des vaisseaux, par la tortuosite de ceux-ci, par la forte angulation qui existe entre les arteres... Actuellement, pour visualiser la progression des outils dans le corps, le radiologue interventionniste realise le catheterisme avec un uoroscope dont les radiations sont ionisantes pour les patients et le corps medical. Ces problematiques de navigation et de nocivite sont a l'origine de notre projet. Notre objectif est d'une part d'ameliorer le guidage des outils utilises pour le catheterisme endovasculaire et d'autre part d'utiliser une technologie de visualisation inoensive pour tous les acteurs de la procedure de soin. Nous proposons d'utiliser un appareil d'imagerie a resonance magnetique (IRM) qui permet a la fois d'eliminer tout probleme de nocivite et d'obtenir une meilleure visualisation des tissus environnants. Cependant, l'appareil IRM presente un co^ut consequent amenant a un nombre d'IRM tres limite dans les hopitaux et donc a une disponibilite limitee de cette methode d'imagerie. L'appareil IRM a la particularite d'^etre compose d'un aimant puissant produisant un champ magnetique unidirectionnel et de bobines de gradient magnetique tridimensionnelles. Notre hypothese est que le contr^ole de ces elements permet de creer une force magnetique dans toutes les directions de l'espace et ainsi d'attirer tout objet magnetique dans la direction choisie. A partir de cette hypothese, nous proposons de developper une nouvelle technologie de guidage : un embout magnetique qui se xe a l'extremite des outils du catheterisme (catheter ou guide) an de pouvoir diriger activement l'extremite de l'outil a l'aide d'une force magnetique. Pour atteindre ces objectifs, nous utilisons un IRM ameliore dont la capacite a produire une force magnetique est multipliee par 20 par rapport a un IRM clinique. Dans notre etude, nous concevons plusieurs embouts dierents que nous caracterisons ensuite an d'evaluer leurs performances et de les comparer avec celles d'outils standards. Enn, la derniere etape est celle de la validation qui permet de verier que la technologie est fonctionnelle en conditions reelles, soit in vivo. Notre caracterisation s'appuie sur des montages experimentaux de notre conception qui nous aident a quantier les deformations obtenues sur un outil dote d'un embout magnetique sur lequel une force magnetique est appliquee. Une modelisation theorique vient appuyer les quantications experimentales en expliquant l'origine du comportement de l'outil.

Abstract

Endovascular catheterization consists in navigating medical tools inside the blood vessel network at therapeutic ends. The eciency of these tools depends on the vessel's geometry, the doctors's dexterity and the imaging technique. Indeed, the tools progress in the vascular network is limited by the friction of the vessels walls, the progressive shrinking of the vessels lumen, their tortuosity, the angle between the vessels intersections... Currently, the tool's progress in the body is imaged with a uoroscopic apparatus which radiations are ionising for both patients and the medical team. These steering and health issues are the reason of our project. Our goal is to improve the steering of catheterization tools while using an innocuous imaging technique. We thus propose to use a Magnetic Resonance Imaging (MRI) system for catheterization procedures that would eliminate any noxious sources and provide a better visualisation of the surroundings tissues. The MRI system is made of a powerful magnet and tridimentional gradient coils. Our hypothesis is that the combinaison of these two hardwares can create a 3D-magnetic force to attract any magnetic material towards any direction. From this hypothesis, we develop a new steering technology: a magnetic tip attached to the distal end of catheterization tools (catheters or guidewires) in order to actively steer the distal end of the tool with a magnetic force. The MRI system provides both excellent and safe imaging and magnetic steering possibilities. However, this apparatus has a limited availability in clinical constraints due to its cost. In our experiments, to improve its magnetic force, we use an upgraded MRI system able to produce a magnetic force 20 times larger than a clinical MRI. In our study, we design several tips that we also characterize in order to evaluate their performances and compare them with those of standard tools. We use laboratory-made experimental setups to quantify the static deformation of our upgraded catheter under a magnetic force. A theoretical model explains and predicts its behavior for dierent tip con- gurations. We also study the steerability of our upgraded catheterization tool and compare it to standard tools. Our experimental setups also help us understand the mechanics of the tool entrance in an intersection and the maximal angle our tool can reach. The whole characterization brought us to notice that the guidewire entrance into an intersection is more complex than expected and numerous parameters are involved. We could also notice that our tools have better steerability than those of standards tools according to our evaluation method.