Hi-D Imaging développe des solutions pour optimiser les traitements cardiovasculaires, sur la base de recherches en hémodynamique combinant mesures physiques et jumeaux numériques. Pour ce faire, la société exploite un laser Spectra-Physics Millennia et une table optique Newport fournis par MKS. 

Le cœur humain est complexe. Lorsqu’il montre des signes de faiblesse, en identifier les causes et les traiter peut s’avérer difficile. Une start-up suisse, Hi-D Imaging, entend changer cela. Dirigée par le Dr Utku Guelan, l’équipe se consacre à la mesure et à l’analyse des caractéristiques du flux sanguin, indicateurs clés de la fonction cardiovasculaire. Grâce à ses recherches, l’entreprise développe des solutions sophistiquées pour optimiser et standardiser les traitements cardiovasculaires.

Pour la planification chirurgicale et le développement de nouveaux DM

Hi-D Imaging a combiné mesures physiques et jumeaux numériques pour créer deux solutions inédites.

La première est le module 4TAVR de la suite d’imagerie cardiovasculaire de l'entreprise, une plate-forme cloud alimentée par l’intelligence artificielle, qui automatise les mesures anatomiques et simplifie la planification préopératoire dans les hôpitaux. Le module 4TAVR a été approuvé par la FDA (510K) cette année.

La seconde solution innovante est la plateforme de service Digital Twin Lab, destinée à soutenir la recherche approfondie pour le développement de nouveaux dispositifs médicaux ainsi que pour l’évaluation individuelle des risques cardiovasculaires.

Suivre des particules au sein d'un modèle anatomique

Le laser Spectra-Physics Millennia est utilisé pour exciter les particules traceuses dans le modèle en silicone à l’intérieur de l’"aquarium" (Source : Hi-D Imaging).

La technologie de jumeau numérique de Hi-D repose sur les recherches du Dr Guelan durant son doctorat à l’ETH Zurich au début des années 2010. C’est à cette époque qu’il a commencé à utiliser la vélocimétrie 3D par suivi de particules (3D-PTV) dans des répliques aortiques en silicone. Le Dr Guelan et ses collègues ont publié plus de 70 articles dans des journaux scientifiques et lors de conférences au cours de la dernière décennie.

Le jumeau numérique est ici généré à partir de mesures optiques "physiques" utilisées comme données d’entrée. La première étape consiste à créer des modèles en silicone anatomiquement précis, à partir de scans tomographiques des artères concernées. Pour effectuer des mesures in vitro réalistes, l’équipe reproduit les conditions in vivo à l’aide de duplicateurs de pulsations destinés à simuler le fonctionnement du cœur.

Les mesures sont ainsi effectuées au sein d'un dispositif comprenant le modèle en silicone, le duplicateur de pulsations et un système laser. Un mélange de fluides composé de glycérine, d’eau et de sel (NaCl) est utilisé pour imiter les propriétés physiques du sang. Des particules fluorescentes de rhodamine sont ajoutées au mélange.

C’est là que le laser intervient : sa lumière provoque la fluorescence des particules, et une caméra haute résolution capture leur mouvement. Le Dr Guelan explique : « L’illumination des particules est essentielle à toute notre technologie. Les images visualisent le flux dans différents modèles pathologiques et nous permettent de construire et d’analyser le jumeau numérique ».

Un laser vert, stable et léger, sur une table de haute qualité
Pour visualiser les particules traceuses dans le fluide, un laser vert de 532 nm est utilisé. Comme les particules sont suivies par une caméra capturant environ 5000 à 6000 images par seconde, une puissance laser continue d’au moins 20 W est nécessaire.

Mouvement des particules traceuses illuminées par le laser Spectra-Physics Millennia, enregistré à l’aide d’un filtre orange (Source : Hi-D Imaging).

Déjà durant ses études à l’ETH Zurich, le Dr Guelan utilisait un laser Spectra-Physics. En développant sa technologie et en fondant son entreprise, il a réévalué le marché. « Seule une puissance laser stable permet de suivre les particules », déclare-t-il. « En même temps, nous avions besoin d’un laser léger et mobile pour notre dispositif expérimental. Après avoir testé plusieurs lasers et comparé leurs propriétés, nous avons choisi le laser Spectra-Physics Millennia eV de 25 W, qui répond parfaitement à toutes nos exigences ».

Dès l’installation du laser Millennia eV, cette décision s’est révélée judicieuse : en quelques heures, l’équipe a pu effectuer les premières mesures. Le laser répond à toutes les spécifications techniques, garantit la conformité aux normes ISO les plus récentes et est également très silencieux. « Le laser est parfaitement adapté à notre application, et le support est excellent », souligne le Dr Guelan. « Depuis notre première demande jusqu’à aujourd’hui, l’équipe technique de Spectra-Physics nous a accompagnés de manière exemplaire ».

La sensibilité des mesures exige une surface de travail de haute qualité. Hi-D Imaging s’est tournée vers MKS pour explorer les options permettant un contrôle optimal des vibrations. Les mesures sont ainsi réalisées sur un système de table optique Newport Integrity VCS, doté d’un cadre de support robuste et multifonctionnel conçu pour maximiser la praticité, minimiser l’espace occupé et optimiser la rigidité structurelle. Grâce à cette rigidité, la sensibilité du système de mesure peut être exploitée sans perturbations optiques.

Un changement de paradigme au-delà de la cardiologie
Des études cliniques ont montré une concordance de 90 % entre les mesures hémodynamiques basées sur les jumeaux numériques et l’analyse hémodynamique par IRM 4D.

Avec l’approbation de la FDA pour le logiciel 4TAVR de Hi-D Imaging, une avancée majeure a été réalisée. « Personnellement, je crois que les jumeaux numériques alimentés par des mesures in vitro révolutionnent la recherche médicale », conclut le Dr Guelan. « Nous allons bientôt agrandir notre laboratoire pour effectuer davantage de mesures et nous nous réjouissons de collaborer à nouveau avec l’équipe MKS ».

Les mesures in vitro sont naturellement non invasives, sans risque pour les patients et fournissent des données fiables aux acteurs de la santé. Leur utilisation pour construire des jumeaux numériques peut s'étendre à d'autres spécialités médicales.

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