Gotowa bibliografia na temat „Déformation cardiaque”

Le remodelage myocardique est une réponse du myocarde à une altération des contraintes pariétales générée par une agression aiguë (ischémie myocardique) ou chronique (surcharge en pression, surcharge en volume, anomalie métabolique). En effet, le cœur est un organe capable de modifier en fonction de ses conditions de travail l’expression de ses fonctions moléculaires et cellulaires pour aboutir à des changements de taille,de morphologie et de fonction. Le remodelage myocardique est un mécanisme adaptatif initialement bénéfique, car en modifiant sa géométrie, le ventricule gauche s’adapte aux modifications de stress pariétal et préserve le volume d’éjection systolique
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Les techniques mathématiques de reconstruction d'image jouent un rôle important dans le domaine médical. Elles permettent d'exploiter, par résolution d'un problème inverse, les mesures issues d'appareils médicaux comme le scanner pour obtenir une image volumique représentant la répartition spatiale d'une propriété, comme la densité des tissus. Les progrès des scanners rendent désormais possible l'étude dynamique de certains organes, comme le coeur. Cependant, les techniques de reconstruction classiques doivent être améliorées pour prendre en compte les évolutions des organes durant l'acquisition des mesures, qui provoquent une perte de qualité et donc d'information dans les images reconstruites. L'objectif de ce travail de thèse est d'investiguer l'usage de modèles additionnels permettant de régulariser le problème de reconstruction tomographique. Dans une première étude, nous approfondissons les méthodes couramment utilisées en tomographie cardiaque basées sur l'utilisation d'un modèle de périodicité de l'évolution. Nous étudions les problèmes de synchronisation dans les géométries parallèles et divergentes et leur lien avec l'échantillonnage des mesures. Nous proposons par ailleurs un schéma de reconstruction amélioré dans le cas des géométries divergentes. La seconde étude concerne les méthodes dites de compensation du mouvement, qui utilisent dans l'algorithme de reconstruction un modèle de déformation de la scène connu a priori. Nous proposons des méthodes analytiques de reconstruction qui compensent les déformations affines dépendant du temps, en établissant des conditions d'admissibilité et des formules d'inversion exactes.

La dysfonction ventriculaire gauche reste sous-diagnostiquée en pratique clinique actuelle car les paramètres conventionnels d’échographie ne sont pas suffisamment sensibles pour détecter des modifications fines de la fonction cardiaque. L’introduction récente de l’échocardiographie de suivi des marqueurs acoustiques (speckle tracking echocardiography) a permis par ses capacités descriptives de la mécanique cardiaque, de revisiter la contraction cardiaque et, de ce fait, de proposer une nouvelle approche échographique de l’évaluation de la fonction ventriculaire gauche.

A travers trois études, nous avons montré que l’analyse des indices de déformation permet d’objectiver des modifications de fonction ventriculaire gauche indétectables en échocardiographie conventionnelle dans des situations complexes à fraction d’éjection conservée, en dépit de l’augmentation modérée de la fréquence cardiaque qui leur est associée. Les situations que nous avons étudiées sont les suivantes :l’adaptation physiologique à l’hypoxie au niveau de la mer et en altitude, et les situations pathologiques que sont le syndrome de mal d’altitude chronique, et la cardiomyopathie associée à l’ataxie de Friedreich.

L’intégration de nos résultats et des informations disponibles dans la littérature permet de suggérer que l’utilisation de toutes les ressources offertes par l’échocardiographie de suivi des marqueurs acoustiques permet d’améliorer l’évaluation de la fonction cardiaque au-delà de la fraction d’éjection, en offrant une meilleure identification de situations pathologiques mais également une meilleure compréhension de situations physiologiques et pathologiques.

L’utilisation généralisée des indices de déformation pour l’évaluation de la fonction ventriculaire gauche en pratique clinique connaît néanmoins d’importantes limitations que nous abordons dans la discussion de ce travail. Au terme d’investigations complémentaires et de standardisation de la technique, l’incorporation d’un algorithme d’évaluation échographique de la fonction cardiaque à FEVG conservée combinant les paramètres échographiques conventionnels et les indices de déformation pourra être évalué de façon prospective pour sa translation en pratique clinique, avec pour finalité la proposition d’une définition mieux adaptée de l’insuffisance cardiaque à FEVG conservée.

Doctorat en Sciences médicales
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La déformation du myocarde quantifiée en imagerie échocardiographique ou en imagerie par résonnance magnétique (IRM) dynamique par traitement d'images conventionnel (suivi de textures), est un marqueur puissant de l'atteinte myocardique, tant il est modifié précocement au cours de la maladie comparé aux marqueurs globaux communément utilisés en routine clinique. Malgré ses performances, son utilisation systématique en routine reste entravée par la complexité et le temps d'analyse nécessaires à l'initialisation manuelle des bords du myocarde.De plus, les logiciels cliniques sont le plus souvent spécifiques au ventricule gauche du cœur, omettant les autres cavités qui sont aussi les cibles de maladies mais ayant une géométrie nettement plus complexe. Dans ce contexte, les objectifs principaux de cette thèse sont : 1) d'évaluer la déformation myocardique par suivi de texture en IRM dans toutes les cavités cardiaques tout en étudiant les effets de l'âge sur les indices estimés, 2) de tirer avantage de ces contours de suivi de texture afin de proposer de nouveaux biomarqueurs quantitatifs de couplage mécano-fonctionnels entres les oreillettes et les ventricules dans le vieillissement en bonne santé, 3) d'évaluer l'effet centre et constructeur sur ces mesures et sur les mesures de strain dérivées par suivi de texture en IRM
Myocardial strain quantified from echocardiography or from cine magnetic resonance imaging (MRI) using conventional image processing (speckle or feature tracking), is a powerful markerof myocardial damage, as it is modified earlier in the course of the disease as compared to global markers commonly used in clinical routine. Despite such performances, its systematic use in routine remains hampered by the complexity and the time-consuming nature of the manual initialization of the myocardial borders. Besides, clinical software is most often specific to the left ventricle, omitting the other chambers which are also targets of diseases but havinga much more complex geometry. In such a context, the main objectives of this thesis are: 1) to evaluate myocardial deformation through MRI feature tracking in all cardiac chambers while studying the effects of age on the estimated indices, 2) to take advantage of feature tracking derived contours in order to design new quantitative biomarkers of mechano-functional coupling between the atria and the ventricles in healthy aging, 3) to evaluate effect of data from different centers and manufacturers on these measurements and on strain measurements derived by feature tracking from cine MRI

La sténose aortique est la valvulopathie la plus fréquente dans les pays industrialisés. Environ 5 à 10% des patients ayant une sténose aortique sévère présentent un état de bas débit cardiaque avec altération de la fraction d’éjection du ventricule gauche (FEVG). La présence d’un faible débit cardiaque s’accompagne souvent d’un bas gradient, ce qui peut fausser l’évaluation de la sévérité de la sténose et par conséquent conduire à une mauvaise décision thérapeutique. Deux principaux défis se posent chez ces patients. Le premier est de différentier une SA vraiment sévère d’une SA pseudo-sévère, c.à.d. un ventricule gauche défaillant qui est incapable d’ouvrir complètement une valve légèrement ou modérément sténosée. Cette distinction est cruciale car le remplacement valvulaire est bénéfique seulement dans le cas de SA vraiment sévère. Le deuxième défi est de quantifier précisément les dommages myocardiques. À cet effet, l’évaluation de la réserve contractile est importante car les patients qui n’ont pas ou peu de réserve contractile ont un haut risque de mortalité opératoire lors du remplacement valvulaire. Malheureusement, les paramètres traditionnels dérivés de l’échocardiographie de repos ou de stress qui sont utilisés pour évaluer la sévérité de la SA et la dysfonction du myocardique sont loin d’être optimaux. Par conséquent, la quantification de la sévérité de la maladie et la prise en charge thérapeutique peuvent ne pas être appropriées dans une proportion non négligeable de ces patients. Le principal objectif de ce projet de maîtrise est de déterminer l’utilité de la déformation longitudinale globale du ventricule gauche (DLG) mesurée au repos et lors d’une échocardiographie de stress à la dobutamine pour la stratification du risque et son impact sur le pronostic et la prise en charge des patients ayant une SA à bas débit et bas gradient (SABD) avec basse FEVG. Notre hypothèse est la suivante: la DLG du ventricule gauche est supérieure à la FEVG pour prédire la mortalité chez les patients avec SABD et basse FEVG inclus dans l’étude TOPAS.
Aortic stenosis is the most common valvular heart disease in developed countries. Approximately, 5 to 10 % of patients with severe aortic stenosis have a low cardiac output with impaired left ventricular ejection fraction (LVEF). The presence of a low cardiac output can distort the assessment of the severity of the aortic stenosis and thus lead to non-adequate therapeutic decision. Two main challenges are posed by these patients. The first is to differentiate a truly severe AS from a pseudo-severe AS, i.e. a failing left ventricle unable to fully open valve slightly or moderately stenotic. This distinction is crucial because the aortic valve replacement will be beneficial only in the case of true-severe AS. The second challenge is to accurately quantify myocardial damage. To this effect, the contractile reserve is important to assess because patients who do not have contractile reserve have a high risk of operative mortality following AVR. Unfortunately, traditional parameters derived from rest or stress echocardiography that are used to assess the severity of AS and myocardial dysfunction are not adequate in low flow state. Therefore, quantification of the disease severity and the ensuing therapeutic management may not be appropriate in a large proportion of these patients. The main objective of this project is to determine the usefulness of left ventricular longitudinal deformation measured at rest and during stress echocardiography with dobutamine for risk stratification and its impact on prognosis and management of patients with low-gradient aortic stenosis with impaired LVEF. Our hypothesis is as follows: The left ventricular global longitudinal strain is superior to the LVEF to predict mortality in patients having LF-LG AS with low EF included in the TOPAS study.

Introduction : La resynchronisation cardiaque (CRT) améliore les patients insuffisants cardiaques, symptomatiques malgré un traitement médical optimal et présentant un élargissement du QRS>120ms. Cependant, un tiers des patients ne répondent pas à cette thérapie. L'objet de cette thèse est d'identifier les mécanismes déterminant la réponse à la CRT. Méthode: Dans un premier temps, nous avons apprécié la précision des méthodes de quantification de la contraction myocardique utilisées pour caractériser l'asynchronisme. Ensuite, nous avons évalué les facteurs liés à l'asynchronisme et à la réponse à la CRT (fibrose, nécrose myocardique, réserve contractile). De plus, nous avons développé et validé un nouvel indice permettant d'évaluer les conséquences " énergétiques " de l'asynchronisme sur la contraction myocardique. Résultats: Nous avons démontré que le strain longitudinal en speckle tracking était supérieur au Doppler tissulaire pour évaluer la déformation et l'asynchronisme myocardique et qu'il était mieux corrélé au pronostic des patients insuffisants cardiaques. Ensuite nous avons mis en évidence que le retard de contraction mécanique n'était pas lié simplement à un bloc de conduction électrique mais qu'il était observé pour l'ensemble des segments myocardiques nécrosés. De plus ces zones de fibrose et de nécrose évaluées en échographie de stress influencent la réponse à la CRT. Ces résultats suggèrent l'importance de considérer le retard de contraction et la contractilité résiduelle pour prédire la réponse à la CRT. A partir de cette hypothèse, nous avons validé un indice unique associant l'asynchronisme et la contractilité résiduelle pour évaluer la perte d'énergie contractile liée au retard de contraction. Conclusion : Les travaux réalisés ont permis de développer des outils pour mieux apprécier les conséquences de l'asynchronisme myocardique.

Les maladies cardiovasculaires, qui restent l’une des premières causes de mortalité dans le monde, sont le résultat d’altérations interdépendantes de la structure et de la fonction cardiaque couplées aux effets aggravants des maladies métaboliques, du vieillissement et du mode de vie. Dans ce contexte, l’objectif de ma thèse est de proposer et de valider de nouveaux biomarqueurs quantitatifs en imagerie cardiaque, robustes et rapides, pour l’étude de la fonction et de la structure myocardiques ainsi que de leurs liens. Un premier travail a été consacré au développement d’une méthode d’évaluation de la fonction cardiaque, plus précisément de la cinétique de déformation du myocarde sur toutes les cavités cardiaques à partir d’images standards d’IRM ciné. La méthode développée s’est montrée reproductible avec une capacité diagnostique supérieure aux indices cliniques conventionnels. Elle était aussi capable de détecter des altérations cardiaques infra-cliniques liées à l’âge. Le second travail présenté est le développement d’une méthode de quantification de la graisse atriale, à partir d’images de scanner tomodensitométrique, suivi de son évaluation sur une cohorte de sujets sains et de sujets atteints de fibrillation atriale. Finalement, l’interaction entre les paramètres myocardiques structurels et fonctionnels a été étudiée au travers de la première validation chez l’homme de la littérature IRM de la fonction de déformation cardiaque, évaluée avec notre méthode, face à la quantification histologique du substrat tissulaire « graisse-fibrose »
Cardiovascular diseases, which are still one of the leading causes of death worldwide, are the result of interdependent alterations of the heart structure and function coupled with the aggravating effects of metabolic diseases, aging and lifestyle. In this context, the goal of my thesis is to design and validate new, robust and fast cardiac imaging quantitative biomarkers to characterize myocardial function and structure as well as their relationships. A first work was focused on the development of a method to evaluate cardiac function, specifically myocardial deformation kinetics on all cardiac chambers from standard cine MRI images. The designed method was reproducible and its diagnostic ability was superior to conventional clinical indices. It was also able to detect subclinical age-related heart alterations. The aims of the second study were to develop a method for atrial fat quantification, based on CT images, and to evaluate it on a cohort of healthy subjects and patients with atrial fibrillation. Finally, the interaction between structural and functional myocardial indices was studied through the first in vivo validation in the MRI literature of cardiac deformation function, evaluated using our method, against histological quantification of the “fibro-fatty” tissue substrate

Les maladies cardiovasculaires, qui restent l’une des premières causes de mortalité dans le monde, sont le résultat d’altérations interdépendantes de la structure et de la fonction cardiaque couplées aux effets aggravants des maladies métaboliques, du vieillissement et du mode de vie. Dans ce contexte, l’objectif de ma thèse est de proposer et de valider de nouveaux biomarqueurs quantitatifs en imagerie cardiaque, robustes et rapides, pour l’étude de la fonction et de la structure myocardiques ainsi que de leurs liens. Un premier travail a été consacré au développement d’une méthode d’évaluation de la fonction cardiaque, plus précisément de la cinétique de déformation du myocarde sur toutes les cavités cardiaques à partir d’images standards d’IRM ciné. La méthode développée s’est montrée reproductible avec une capacité diagnostique supérieure aux indices cliniques conventionnels. Elle était aussi capable de détecter des altérations cardiaques infra-cliniques liées à l’âge. Le second travail présenté est le développement d’une méthode de quantification de la graisse atriale, à partir d’images de scanner tomodensitométrique, suivi de son évaluation sur une cohorte de sujets sains et de sujets atteints de fibrillation atriale. Finalement, l’interaction entre les paramètres myocardiques structurels et fonctionnels a été étudiée au travers de la première validation chez l’homme de la littérature IRM de la fonction de déformation cardiaque, évaluée avec notre méthode, face à la quantification histologique du substrat tissulaire « graisse-fibrose »
Cardiovascular diseases, which are still one of the leading causes of death worldwide, are the result of interdependent alterations of the heart structure and function coupled with the aggravating effects of metabolic diseases, aging and lifestyle. In this context, the goal of my thesis is to design and validate new, robust and fast cardiac imaging quantitative biomarkers to characterize myocardial function and structure as well as their relationships. A first work was focused on the development of a method to evaluate cardiac function, specifically myocardial deformation kinetics on all cardiac chambers from standard cine MRI images. The designed method was reproducible and its diagnostic ability was superior to conventional clinical indices. It was also able to detect subclinical age-related heart alterations. The aims of the second study were to develop a method for atrial fat quantification, based on CT images, and to evaluate it on a cohort of healthy subjects and patients with atrial fibrillation. Finally, the interaction between structural and functional myocardial indices was studied through the first in vivo validation in the MRI literature of cardiac deformation function, evaluated using our method, against histological quantification of the “fibro-fatty” tissue substrate

Les maladies cardiovasculaires sont parmi les principales causes de mortalité à l’échelle mondiale. Un certain nombre de maladies cardiaques peuvent être identifiées et localisées par l’analyse du mouvement et de la déformation cardiaques à partir de l’imagerie médicale. Cependant, l’utilisation de ces techniques en routine clinique est freinée par le manque d’outils de quantification efficaces et fiables. Dans cette thèse, nous introduisons un algorithme de quantification appliqué aux images IRM marquées. Nous présentons ensuite un pipeline de simulation qui génère des séquences cardiaques synthétiques (US et IRM). Les principales contributions sont décrites ci-dessous. Tout d’abord, nous avons proposé une nouvelle extension 3D de la méthode de la phase harmonique. Le suivi de flux optique en utilisant la phase a été combiné avec un modèle de régularisation anatomique afin d’estimer les mouvements cardiaques à partir des images IRM marquées. En particulier, des efforts ont été faits pour assurer une estimation précise de la déformation radiale en imposant l’incompressibilité du myocarde. L’algorithme (dénommé HarpAR) a ensuite été évalué sur des volontaires sains et des patients ayant différents niveaux d’ischémie. HarpAR a obtenu la précision de suivi comparable à quatre autres algorithmes de l’état de l’art. Sur les données cliniques, la dispersion des déformations est corrélée avec le degré de fibroses. De plus, les segments ischémiques sont distingués des segments sains en analysant les courbes de déformation. Deuxièmement, nous avons proposé un nouveau pipeline de simulation pour générer des séquences synthétiques US et IRM pour le même patient virtuel. Les séquences réelles, un modèle électromécanique (E/M) et les simulateurs physiques sont combinés dans un cadre unifié pour générer des images synthétiques. Au total, nous avons simulé 18 patients virtuels, chacun avec des séquences synthétiques IRM cine, IRM marquée et US 3D. Les images synthétiques ont été évaluées qualitativement et quantitativement. Elles ont des textures d’images réalistes qui sont similaires aux acquisitions réelles. De plus, nous avons également évalué les propriétés mécaniques des simulations. Les valeurs de la fraction d’éjection et de la déformation locale sont cohérentes avec les valeurs de référence publiées dans la littérature. Enfin, nous avons montré une étude préliminaire de benchmarking en utilisant les images synthétiques. L'algorithme générique gHarpAR a été comparé avec un autre algorithme générique SparseDemons en termes de précision sur le mouvement et la déformation. Les résultats montrent que SparseDemons surclasse gHarpAR en IRM cine et US. En IRM marquée, les deux méthodes ont obtenu des précisions similaires sur le mouvement et deux composants de déformations (circonférentielle et longitudinale). Toutefois, gHarpAR estime la déformation radiale de manière plus précise, grâce à la contrainte d’incompressibilité du myocarde
Cardiovascular disease is one of the major causes of death worldwide. A number of heart diseases can be diagnosed through the analysis of cardiac images after quantifying shape and function. However, the application of these deformation quantification algorithms in clinical routine is somewhat held back by the lack of a solid validation. In this thesis, we mainly introduce a fast 3D tagged MR quantification algorithm, as well as a novel pipeline for generating synthetic cardiac US and MR image sequences for validation purposes. The main contributions are described below. First, we proposed a novel 3D extension of the well-known harmonic phase tracking method. The point-wise phase-based optical flow tracking was combined with an anatomical regularization model in order to estimate anatomically coherent myocardial motions. In particular, special efforts were made to ensure a reasonable radial strain estimation by enforcing myocardial incompressibility through the divergence theorem. The proposed HarpAR algorithm was evaluated on both healthy volunteers and patients having different levels of ischemia. On volunteer data, the tracking accuracy was found to be as accurate as the best candidates of a recent benchmark. On patient data, strain dispersion was shown to correlate with the extent of transmural fibrosis. Besides, the ischemic segments were distinguished from healthy ones from the strain curves. Second, we proposed a simulation pipeline for generating realistic synthetic cardiac US, cine and tagged MR sequences from the same virtual subject. Template sequences, a state-of-the-art electro-mechanical (E/M) model and physical simulators were combined in a unified framework for generating image data. In total, we simulated 18 virtual patients (3 healthy, 3 dyssynchrony and 12 ischemia), each with synthetic sequences of 3D cine MR, US and tagged MR. The synthetic images were assessed both qualitatively and quantitatively. They showed realistic image textures similar to real acquisitions. Besides, both the ejection fraction and regional strain values are in agreement with reference values published in the literature. Finally, we showed a preliminary benchmarking study using the synthetic database. We performed a comparison between gHarpAR and another tracking algorithm SparseDemons using the virtual patients. The results showed that SparseDemons outperformed gHarpAR in processing cine MR and US images. Regarding tagged MR, both methods obtained similar accuracies on motion and two strain components (circumferential and longitudinal). However, gHarpAR quantified radial strains more accurately, thanks to the myocardial incompressibility constraint. We conclude that motion quantification solutions can be improved by designing them according to the image characteristics of the modality and that a solid evaluation framework can be a key asset in comparing different algorithmic options

La resynchronisation cardiaque est une thérapeutique bien validée chez les patients en insuffisance cardiaque chronique. Mais devant un taux de non-répondeurs de l’ordre de 30%, de multiples approches ont été développées afin d’optimiser la sélection des patients, et tout particulièrement l’analyse des asynchronismes mécaniques en échocardiographie. Ce travail de thèse s’affiche dans le prolongement de ces travaux échocardiographiques en étudiant la réponse à la resynchronisation au-delà des asynchronismes
Cardiac resynchronization therapy is a well-validated therapeutic in heart failure patients. However with a non-response rate of 30%, many approaches have been developed to optimize the selection of patients, especially the analysis of mechanical dyssynchrony in echocardiography. This work appears in the extension of these echocardiographic work by studying response to resynchronization beyond dyssynchrony