Optimisation des explorations tomodensitométriques des artères coronaires chez l’enfant atteint de cardiopathie congénitale

Optimization of coronary CT angiography in children with congenital heart disease

• Auteur / Autrice : Julien Le roy
• Direction : Pascal Amedro, Alain Lacampagne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Soutenance le 18/11/2019
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé (Montpellier ; Ecole Doctorale ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physiologie & médecine expérimentale du cœur et des muscles (Montpellier)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Amedro, Alain Lacampagne, Philippe Acar, Guillaume Gorincour, Francesca Raimondi Vidoli, Hélène Kovacsik
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Acar, Guillaume Gorincour

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électrocardiographie

Artères coronaires

Scanographie

Mots clés libres

Artéfacts de mouvement

Scanographie

Anomalies des artères coronaires

Qualité image

Irradiation

Synchronisation ECG

Motion artifacts

Computed tomography

Coronary artery anomalies

Image quality

Irradiation

ECG gating

Résumé

L’angioscanner des artères coronaires est utilisé de façon croissante chez l’enfant dans le diagnostic, le suivi, et les bilans pré- et post-chirurgicaux des pathologies à risque d’atteinte coronaire, et plus particulièrement dans certaines cardiopathies congénitales. Son utilisation en pédiatrie reste cependant limitée par la présence d’artefacts de mouvements cardiaques, dégradant la qualité d’image et entravant potentiellement le diagnostic, ainsi que par le caractère irradiant de l’examen, et le risque de cancer radio-induit associé à prendre en considération dans cette population pédiatrique.L’objectif de ce travail de thèse a été d’évaluer et de proposer des stratégies d’amélioration de l’angioscanner des artères coronaires réalisé chez l’enfant atteint de cardiopathie congénitale.Cinquante enfants âgés de moins de 18 ans, d’une cohorte de patients présentant une cardiopathie congénitale impliquant la réalisation d’un angioscanner des artères coronaires, ont été prospectivement inclus dans le protocole de recherche clinique COROPEDIA (Observational study for feasibility and performance of sub-millisievert coronary computed tomography angiography for coronary artery anomalies in paediatric patients), mis en place au cours de cette thèse. Entre 2017 et 2018, ces enfants ont ainsi bénéficié d’un angioscanner des artères coronaires, réalisé sur un scanner mono-source à large collimation.La première partie de ce travail a consisté en l’élaboration d’un protocole d’acquisition optimisé, dérivé des dernières études réalisées chez l’adulte (très peu de publications chez l’enfant). Quinze scenarii d’acquisitions spécifiques ont ainsi été mis en place en fonction du rythme cardiaque du patient et de sa variabilité. Ces acquisitions multiphasiques sélectives ont permis de répondre à la question clinique posée dans 100% des cas, pour une dose efficace équivalente à moins de 4 mois d’irradiation naturelle.Afin d’améliorer d’avantage la qualité de visualisation des structures tout en réduisant les durées d’irradiation, deux autres études ont été menées. Ainsi, l’impact d’algorithmes de correction d’artefacts de mouvements a été évalué en pédiatrie. Une interprétabilité équivalente aux reconstructions multiphasiques a été obtenue dans une unique phase cardiaque reconstruite par le logiciel, alors que les reconstructions monophasiques traditionnelles montraient une interprétabilité significativement inférieure. Ces solutions logicielles permettraient donc d’améliorer la visualisation des structures cardiaques, tout en réduisant encore les durées d’acquisitions scanographiques nécessaires au diagnostic et donc les doses délivrées aux enfants.Enfin, dans un troisième temps, les artefacts cinétiques de chacun des 50 patients ont été quantifiés dans 7 phases cardiaques différentes. Cette évaluation portant sur un total de 5733 structures cardiaques, a permis de définir les positions (70%, 80%, 40%, 47%, 50%, 54% de l’intervalle R-R, respectivement) et durées optimales (10%, 20%, 50%, 50%, 20%, 10% du cycle cardiaque, respectivement) des fenêtres d’acquisition, en fonction du rythme cardiaque de l’enfant (≤60 bpm, 61-75 bpm, 76-85 bpm ; 86-100 bpm ; 101-130 bpm ; >130 bpm).La mise en application simultanée de ces stratégies d’optimisation, devraient permettre la réalisation d’angioscanner des artères coronaires de qualité diagnostique chez n’importe quel enfant, pour une dose d’irradiation inférieure à 0,5 mSv, soit moins de 2 mois d’exposition naturelle.

Coronary computed tomography angiography (CCTA) has been increasingly used in pediatrics for diagnosis, follow-up, and pre or post-surgery assessment of coronary artery anomalies, and more generally in congenital heart diseases. However, its use remains limited by cardiac motion artifacts, potentially resulting in non-diagnostic acquisitions, and by children’s exposure associated with a risk of radiation induced cancers.The aim of this thesis was to evaluate and optimize CCTA performed in children with congenital heart disease.Fifty children (<18 years old), with congenital heart disease requiring coronary artery imaging were prospectively enrolled in the COROPEDIA clinical trial, specifically designed during the thesis (Observational study for feasibility and performance of sub-millisievert coronary computed tomography angiography for coronary artery anomalies in paediatric patients). Between 2017 and 2018, these children underwent a coronary CT angiography, performed on a wide-coverage, single-source CT. The first part of this work was dedicated to elaborating an optimized acquisition protocol, derived from adult studies (very few studies have been conducted with pediatric patients). Fifteen acquisition schemes were designed to deliver irradiation at the best theoretical moment, as a function of patient’s heart rate and variability. These selective multiphasic acquisitions fully answered the clinical question for every child, delivering a radiation dose equivalent to less than 4 months of natural background irradiation.Two additional studies were conducted to improve cardiac structure visualization while reducing further children’s exposure.The impact of motion correction algorithms in children undergoing CCTA was investigated. The results suggested that multiple phases provided significantly better interpretability than traditional single-phase acquisitions. However, the second motion correction algorithm generation offered similar interpretability in a single retrospectively processed cardiac phase and could be adopted to improve coronary artery visualization while reducing beam-on-time and children’s exposure to radiation.Finally, motion artifacts of every fifty patients were quantified in seven different cardiac phases. On a total of 5733 cardiac structures evaluated, optimal positions (70%, 80%, 40%, 47%, 50%, 54% of the R-R interval, respectively) and durations (10%, 20%, 50%, 50%, 20%, 10% of the cardiac cycle, respectively) of the acquisition window were defined as a function of children’s heart rates (≤60 bpm, 61-75 bpm, 76-85 bpm ; 86-100 bpm ; 101-130 bpm ; >130 bpm).These optimization strategies might be simultaneously implemented to achieve CCTA of diagnostic quality in any children, for less than 0.5 mSv, or two month of natural background irradiation.