Des capteurs intelligents pour la chirurgie cardiaque


Les chercheurs ont développé une nouvelle classe d’instruments médicaux équipés d’un système électronique évolué qui pourrait considérablement améliorer les diagnostics et les traitements d’un certain nombre d’affections et de maladies cardiaques ainsi que le déroulement de la chirurgie cardiaque.

Détaillé dans un nouvel article publié dans la revue Nature Biomedical Engineering, les chercheurs, dirigés par des ingénieurs de l’Université George Washington et de l’Université Northwestern, ont appliqué des matrices extensibles et flexibles de capteurs d’électrodes et d’actionneurs, ainsi que des capteurs de température et de pression, à un cathéter à ballonnet système, souvent utilisé dans les chirurgies mini-invasives ou les ablations pour traiter des conditions telles que l’arythmie cardiaque.

Un système de chirurgie cardiaque plus mous

Le nouveau système, qui se conforme mieux aux tissus mous du corps que les appareils actuels, peut remplir diverses fonctions, notamment: des mesures simultanées in vivo de la température, de la force de contact et des paramètres électrophysiologiques; la capacité de personnaliser les fonctions diagnostiques et thérapeutiques; et rétroaction en temps réel.

Le nouveau système peut également réduire considérablement la durée des procédures d’ablation invasive et l’exposition des patients et des médecins aux rayons X.

Pour mieux comprendre le concept de la chirurgie cardiaque…

De nombreuses chirurgies mini-invasives reposent sur des cathéters insérés dans le corps par de petites incisions pour effectuer des mesures diagnostiques et des interventions thérapeutiques. Les médecins, par exemple, utilisent cette approche basée sur un cathéter pour cartographier et traiter des battements cardiaques irréguliers, ou des arythmies, souvent en localisant et en tuant ou en enlevant la zone de tissu cardiaque qui est à l’origine des arythmies.

Bien que largement utilisée en chirurgie cardiaque, l’approche actuelle basée sur le cathéter présente un certain nombre d’inconvénients. La rigidité des cathéters actuels signifie qu’ils ne se conforment pas bien aux tissus biologiques mous, ce qui a un impact sur la cartographie haute fidélité des signaux électrophysiologiques d’un organe.

Les appareils actuels n’entrent en contact qu’avec une petite partie d’un organe à la fois, ce qui oblige à déplacer constamment une sonde, allongeant les procédures médicales. Les systèmes de cathéters actuels sont également limités dans le nombre de fonctions qu’ils peuvent exécuter, obligeant les médecins à utiliser plusieurs cathéters dans une seule procédure d’ablation.

De plus, de longues procédures – par exemple, pour localiser et ablater des tissus provoquant des arythmies – risquent d’exposer à la fois le patient et le médecin à des rayons X potentiellement dommageables, car les médecins se fient aux images radiographiques au cours de la chirurgie pour guider leurs cathéters.

Quel bénéfice a cette nouvelle technologie?

La nouvelle classe d’instruments que les chercheurs ont développée permettra aux médecins d’acquérir un riche ensemble d’informations électrophysiologiques et de réaliser des chirurgies en des temps plus courts avec un seul système de cathéter instrumenté.

En équipant un cathéter à ballonnet de composants électroniques, de capteurs et d’actionneurs avancés conformes aux organes, les chercheurs ont surmonté les défauts des systèmes actuels. Les progrès spécifiques par rapport aux systèmes précédents comprennent:

  • Les capteurs et actionneurs instrumentés dans des formats de réseau multiplexé peuvent sonder la nature complexe des tissus, en particulier dans le cœur qui bat. Cela permettra, par exemple, une meilleure localisation des sources d’arythmies létales provoquant une mort cardiaque subite.
  • L’architecture multicouche et multifonctionnelle de l’appareil avec des fonctions diagnostiques et thérapeutiques combinées améliore un certain nombre de procédures cardiaques mini-invasives, y compris l’ablation par radiofréquence ou par électroporation irréversible – où les cellules cardiaques ou nerveuses sont ablatées ou «brûlées» pour éliminer les sources d’arythmie – et la délivrance de médicaments et autres biomatériaux directement dans les cellules grâce à un processus appelé électroporation réversible.
  • Capacités de contrôle de rétroaction en temps réel, activées par un fonctionnement multimodal simultané des capteurs et des actionneurs.