M I S S I O N

Combiner de la modélisation biophysique intégrative et des techniques de traitement des signaux pour améliorer l'interprétation diagnostique des signaux bioélectriques cardiaques.

T H E M E S    D E    R E C H E R C H E

Modélisation de l'électrophysiologie des oreillettes et des arythmies

La fibrillation auriculaire est le trouble du rythme le plus fréquent chez l'humain (près de 250'000 patients au Canada). Il mène souvent à de graves complications telles que l'insuffisance cardiaque et des accidents vasculaires cérébraux. Le diagnostic de cette arythmie est principalement réalisé en inspectant des signaux électriques (électrogrammes et électrocardiogrammes). Pour développer et valider des nouveaux outils de diagnostic, il est nécessaire de comprendre le lien entre ce que le cardiologue observe (ces signaux électriques) et ce qui va mal dans le coeur (la pathologie cardiaque sous-jacente).

Suivant l'augmentation phénoménale de la puissance de calcul au cours des dernières décennies, les modèles numériques de l'activité électrique cardiaque ont évolué de petites chaînes de cellules vers une description détaillée du coeur complet. En intégrant de l'information de l'échelle moléculaire à l'anatomie du coeur, nos modèles peuvent non seulement simuler des arythmies mais aussi évaluer des approches diagnostiques et thérapeutiques. Utilisés en combinaison avec des recherches expérimentales et cliniques, la modélisation promet de jouer un rôle croissant dans l'interprétation des mesures biomédicales.

Nous créons des modèles virtuels tridimensionnels des oreillettes humaines basés sur des données anatomiques, histologiques et électrophysiologiques. Dans ces modèles, des conditions sont préparées pour déclencher et maintenir des arythmies en s'inspirant des observations cliniques et d'autres hypothèses physiologiques. Différentes conditions sont simulées pour reproduire différents stades de gravité de la maladie. L'évolution de l'activité électrique générée par le coeur durant une arythmie est également calculée. Ensuite, les signaux électriques obtenus de ces simulations, des signaux expérimentaux et des signaux cliniques peuvent être analysés et comparés

Collaborateurs: Drs Jean-Marc Vesin, Nathalie Virag, Lukas Kappenberger, Adriaan van Oosterom.

Traitement des signaux d'électrocardiogrammes

L'électrocardiogramme (ECG) demeure l'outil non-invasif le plus communément utilisé pour le diagnostic d'anomalies cardiaques d'origine électrophysiologique telles que les arythmies. Le diagnostic est réalisé en analysant la forme des différentes ondes qui constituent l'ECG (entre autres le complexe QRS et l'onde T). En particulier, un suivi attentif de l'onde T et de l'intervalle QT est important pour assurer la sécurité de l'administration de médicaments.

Nous développons des approches spécifiques au patient pour estimer et suivre l'intervalle QT (corrigé pour la fréquence cardiaque) chez des patients sous différents protocoles/thérapies ou avec des arythmies auriculaires. Les ECG sont enregistrés avec des Holter d'une durée de 2 à 24 heures.

Collaborateurs: Drs Réginald Nadeau, Marcio Sturmer, Giuliano Becker, Teresa Kus, A. Robert LeBlanc, Alain Vinet.

Enregistrements multicanaux du système nerveux intrinsèque cardiaque

Des liens entre le système nerveux intrinsèque cardiaque et la survenue d'arythmies auriculaires ont été établis. En particulier, la fibrillation auriculaire peut être induite par stimulation électrique des nerfs médiastinaux dans des modèles canins.

Le but de ce projet est de déterminer le rôle du système nerveux intrinsèque cardiaque dans l'initiation d'arythmies auriculaires en utilisant un modèle canin de fibrillation auriculaire induit par stimulation nerveuse. Notre hypothèse est que le système nerveux intrinsèque cardiaque traite localement de l'information afin de coordonner les indices cardiaques régionaux, sous l'influence des neurones centraux efférents.

L'activité nerveuse du plexus ganglionnaire auriculaire droit est continûment enregistrée dans un modèle canin pendant plusieurs heures à l'aide d'un système d'électrodes à 16 canaux. Le coeur est soumis à des stimuli physiologiques (mécaniques, vasculaires, électriques, arythmies auriculaires) et la réponse nerveuse est analysée et comparée aux conditions de contrôle.

Les nouvelles techniques développées rendront possible non seulement des investigations mécanistiques mais aussi la validation expérimentale de thérapies telles que la stimulation médullaire ou du nerf vague, ou encore des interventions pharmacologiques.

Collaborateurs: Drs Éric Beaumont, Alain Vinet, J. Andrew Armour, Jeffrey L. Ardell.

Multichannel spike train analysis

M E T H O D O L O G I E

• Collaboration avec des experimentateurs et cliniciens: pour s'assurer de la pertinence physiologique de nos travaux

• Outils théoriques: bioélectricité, modélisation biophysique, systèmes dynamiques complexes, traitement de signal avancé

• Analyse numérique: éléments finis, éléments frontières, optimisation

• Programmation: matlab (analyse de données, visualization), C/C++ (code de simulation)

• Systèmes d'exploitation: Linux (simulations, analyse de données), Windows (analyse de données, travail de bureau)

• Calcul de haute performance: clusters Linux au RQCHP

I N S T A L L A T I O N S

• Centre de Recherche à l'Hôpital du Sacré-Coeur: espace de bureau pour les étudiants, ordinateurs/stations de travail

• Départment de Physiologie de l'Université de Montréal: salle informatique de l'Institut de Génie Biomédical

F I N A N C E M E N T