Modèles numériques haute résolution de l'électrophysiologie cardiaque – HR-CEM

Les maladies cardiovasculaires sont à l'origine de 700 00 décès chaque année en Europe, dont la moitié directement dus à un emballement extrême de l'activité électrique ventriculaire appelé mort subite. Avec les 6 millions de personnes souffrant de fibrillation auriculaire, nous avons en Europe un problème de santé publique majeur.
La modélisation cardiaque a considérablement progressé ces dernières 50 années. Des phénomènes fondamentaux ont été observés grâce à l'expérimentation in-silico. L'activité électrique cardiaque est issue de l'organisation de l'activité moléculaire membranaire aux échelles du tissue, de l'organe et de l'individu. Les arythmies sont des perturbations complexe de cette organisation. Des modèles numériques et des solveurs efficaces permettent déjà l'exploration in-silico des mécanismes des pathologies électrique, au prix de simulations à grande échelle. Les modèles sont des systèmes d'équations de réaction-diffusion couplés à des systèmes différentiels très raides. Les solveurs sont basés sur des discrétisations et algorithmes parallèles robustes mais d'ordre un seulement.
Pourtant, les modèles sont encore largement incomplet. Le formalisme actuel ne prend pas en compte les hétérogénéités de la microstructure des tissus, ni le couplage entre systèmes multidimensionnels représentants les différents compartiments cardiaque. De plus, nous comprenons et contrôlons très mal les erreurs de résolution numériques des systèmes d'équations des modèles. Pour finir, la validation des modèles est un sujet de recherche largement ouvert et très compétitif.
La modélisation numérique joue donc un rôle croissant dans le développement de nouveau savoirs en électrophysiologie cardiaque, mais les problèmes énoncés ci-dessus limitent la fiabilité des modèles et notre capacité à explorer en profondeur les mécanismes des pathologies.
Le LIRYC fournit un environnement exceptionnel pour l'interaction entre les modélisateurs et les chercheurs expérimentaux et cliniques. Plusieurs membres du LIRYC, déjà associés à l'équipe Carmen de mathématiciens appliqués et au Pr Bourgault de l'Université d'Ottawa forment un groupe pluridisciplinaire qui va chercher à contester les limites actuelles concernant la modélisation, la résolution numérique et la validation. C'est un groupe de chercheurs avec une expérience riche des aspects de modélisation, expérimentaux et médicaux de l'électrophysiologie cardiaque.
Dans cet environnement et grâce aux images de structure et de fonction cardiaque disponibles au LIRYC, nous voulons reconsidérer les concepts de base des modèles et améliorer la précision et l'efficacité des simulations. Nous produirons un logiciel de simulation cardiaque et des modèles numériques à haute résolution directement depuis les données expérimentales des modèles animaux du LIRYC. La comparaison des résultats de simulation avec des données fonctionnelles permettra la validation. Les modèles validés seront mis à la disposition des chercheurs du domaine et nous l’espérons ferons référence. En particulier, nous voulons construire le premier modèle complet de coeur couplant les quatre cavités cardiaque par l'intermédiaire du réseau spécial de conduction. Il inclura la microstructure du myocarde dans ses moindres détails. Un tel modèle couplé à un logiciel de calcul haute performance sera une base solide pour l'expérimentation in-silico et la compréhension des mécanismes des arythmies cardiaque.