Angiographie Myocardique Ultrasonore Super Résolue (MULA)

High Resolution Angiography in Moving Organs

 

Dynamic Myocardial Ultrasound Localization Angiography (MULA)

 

 

Credit Shutterstock : 649269142

 

UNMET NEED

In patients with known or suspected coronary heart disease, cardiac imaging tests are often the first step in diagnosis and treatment planning. However, they remain for the most part limited to the coronary vasculature located on the surface of the heart, not to the intramyocardial vasculature located inside the myocardial muscle.

Intra myocardial vasculature can be mapped non-invasively in the beating heart, with a resolution of 300 µm in 2D using Ultra-fast Doppler imaging. This approach is highly dependent on image quality which varies from subject to subject and is limited to relatively large vessels. Ultrasonic Localization Microscopy (ULM) can map, for the very first time, blood vessels at the capillary scale (<50 µm) in depth. However, the ULM is very sensitive to movement. Both techniques are also limited to 2D imaging, which limits their diagnostic potential given the limited number of available echocardiographic windows.

TECHNOLOGY OVERVIEW

 

We propose a novel method to reconstruct super-resolved ultrasound angiograms in moving organs.  The invention, the dynamic MULA, combines three technologies:

 

1. Ultrasound Localization Microsocopy (ULM) for the tracking of highly echogenic, individual microbubbles (pre-injected) within the vasculature

 

2. An ECG monitoring station is used to trigger intermittent ULM image acquisition, and more specifically the R-wave of the electrocardiogram.

 

3. A mathematic model generates a Lagrangian beamformer based on non-rigid motion registration algorithm to form images directly in the myocardium’s material coordinates and thus correcting for the large myocardial motion and deformation.

 

The MULA framework enables the non-invasive imaging of the angioarchitecture and dynamics of intramyocardial flow in vessels as small as a few tens of microns

 

Results have been obtained in the rat’s beating heart in vivo.  Preliminary results from a first clinical study will be available soon

 

Figure 1 : ECG signal triggers Ultrasound image acquisition

 

 

Figure 2 : A novel Lagrangian beamformer based on non-rigid motion registration algorithm

 

 

COMPETITIVE ADVANTAGES

• Non-invasive and no ionizing.
• Mapping of the micro-vascularization (< 50 µm) of a moving organ.
• Monitoring of perfusion dynamics during the cardiac cycle (functional data).
• the system can be taken to the patient’s bedside.

 

 

MARKET APPLICATIONS

• Angiography
• Imaging of internal organs in motion

 

PUBLICATIONS

1. Cormier et al., 2021

 

BUSINESS OPPORTUNITY

 

• Technology available for in-licensing
• Seeking for industrial partner for co-development
• Eligibility to government financing for industry/academic maturation program

 

Sébastien Bergeron, Ph.D.

Senior Director, Transfer and Innovation Partners

sebastien.bergeron@axelys.ca

 

 

 

Angiographie haute résolution dans les organes en mouvement

 

Angiographie dynamique de localisation par ultrasons du myocarde

 

 

Credit Shutterstock : 649269142

 

BESOIN NON SATISFAIT

Chez les patients présentant une maladie coronarienne avérée ou soupçonnée, les examens d’imagerie cardiaque constituent souvent la première étape du diagnostic et de la planification du traitement. Ces examens se limitent toutefois pour la plupart à la vascularisation coronaire située à la surface du cœur, et non à la vascularisation intramyocardique située à l’intérieur du muscle myocardique.

La vascularisation intramyocardique peut être cartographiée de manière non effractive dans le cœur battant avec une résolution de 300 µm en 2D en utilisant l’imagerie Doppler ultrarapide. Cette approche dépend fortement de la qualité de l’image, qui varie d’un sujet à l’autre et se limite aux vaisseaux relativement gros. La microscopie à localisation ultrasonique permet de cartographier, pour la toute première fois, les vaisseaux sanguins à l’échelle capillaire (moins de 50 µm) en profondeur. Cependant, cette méthode est très sensible au mouvement. Les deux techniques sont également limitées à l’imagerie 2D, ce qui restreint leur potentiel diagnostique étant donné le nombre limité de fenêtres échocardiographiques disponibles.

 

APERÇU DE LA TECHNOLOGIE

Nous proposons une nouvelle méthode pour reconstruire des angiogrammes ultrasonores en super-résolution dans des organes en mouvement. L’invention, l’angiographie dynamique de localisation par ultrasons du myocarde, combine trois technologies :

1. La microsocopie de localisation par ultrasons pour le suivi de microbulles individuelles hautement échogènes (préinjectées) dans le système vasculaire

 

2. Une station de surveillance de l’électrocardiogramme est utilisée pour déclencher l’acquisition intermittente d’images de microscopie de localisation par ultrasons, et plus particulièrement l’onde R de l’électrocardiogramme.

 

3. Un modèle mathématique génère un formateur de faisceau lagrangien basé sur un algorithme d’enregistrement des mouvements non rigides pour former des images directement dans les coordonnées matérielles du myocarde et ainsi corriger les grands mouvements et déformations du myocarde.

 

MULA permet l'imagerie non invasive de l'angioarchitecture et de la dynamique du flux intramyocardique dans des vaisseaux aussi petits que quelques dizaines de microns.

 

Les résultats ont été obtenus sur le cœur battant du rat in vivo.  Les résultats préliminaires d'une première étude clinique seront bientôt disponibles.

 

 

Figure 1 : Le signal ECG déclenche l'acquisition de l'image ultrasonore

 

 

 

Figure 2 : Un nouveau formeur de faisceau lagrangien basé sur un algorithme d'enregistrement de mouvement non rigide.

 

 

AVANTAGES CONCURRENTIELS

• Non invasif et non ionisant
• Cartographie de la microvascularisation (moins de 50 µm) d’un organe en mouvement
• Suivi de la dynamique de perfusion pendant le cycle cardiaque (données fonctionnelles)
• Le système peut être amené au chevet du patient

 

 

MARCHÉS VISÉS

• Angiographie
• Imagerie des organes internes en mouvement

 

PUBLICATIONS

 

1. Cormier et al., 2021

 

OCCASION D’AFFAIRES

• Technologie disponible pour l’octroi de licences
• Recherche d’un partenaire industriel pour le codéveloppement
• Admissibilité au financement gouvernemental pour le programme de maturation de l’industrie et du milieu universitaire