Search

Contexte : Le diabète de type 1 et de type 2 apporte un fardeau considérable sur la santé et la qualité de vie de l’enfant, étant associé à des complications microvasculaires et cardiovasculaires et à une mortalité précoce à l’âge adulte. Il est essentiel de prévenir le diabète et les complications associées chez les enfants à risque. Néanmoins, on détient encore peu de connaissances sur comment le diabète de type 2 se développe ainsi que sur la présence de maladie cardiovasculaire chez les jeunes avec diabète de type 1. De plus, en comprenant mieux le rôle des habitudes de vie, comme l’activité physique et les comportements sédentaires sur le développement du diabète de type 2 et de la maladie cardiovasculaire dans le diabète de type 1, nous pourrons identifier des nouvelles stratégies préventives chez les enfants à risque. Objectifs : 1) Investiguer l’histoire naturelle du diabète de type 2 de l’enfance jusqu’à la fin de l’adolescence et identifier les déterminants sociodémographiques, biologiques et reliés aux habitudes de vie durant l’enfance qui sont associés au développement du diabète de type 2. 2) Estimer l’effet de l’activité physique et les comportements sédentaires sur la sensibilité à l’insuline, la sécrétion d’insuline et la glycémie de l’enfance à la fin de l’adolescence. 3) Comparer des marqueurs de maladie cardiovasculaire précoce en rapport à la structure et fonction vasculaire et du myocarde entre des adolescents avec diabète de type 1 et des adolescents sans diabète. 4) Évaluer l’association entre l’activité physique, les comportements sédentaires et les marqueurs de maladie cardiovasculaire précoce chez les adolescents avec diabète de type 1 et les adolescents sans diabète. Méthodes : Les données des visites aux âges de 8-10, 10-12 et 15-17 ans de 630 enfants québécois avec histoire parentale d’obésité de la cohorte QUALITY ont été utilisées pour répondre aux 2 premiers objectifs. À chaque cycle d’évaluation, les enfants faisaient un test d’hyperglycémie orale provoquée avec prélèvements à 0, 30, 60, 90 et 120 minutes, à partir duquel les niveaux de glucose et d’insuline ont été mesurés. Les données transversales de l’étude CARDEA incluant 100 adolescents avec diabète de type 1 et 97 adolescents sans diabète âgés entre 14 et 18 ans ont été utilisées pour répondre aux objectifs 3 et 4. La rigidité artérielle a été mesurée avec le test de la vitesse d’onde de pouls et la fonction endothéliale par le test de dilatation médié par le flux sanguin de l’artère brachiale. La structure et fonction du myocarde était évaluée par imagerie par résonance magnétique. Dans les études QUALITY et CARDEA, l’activité physique et le temps sédentaire ont été mesuré avec le port d’accéléromètre pendant sept jours. Aussi dans les deux études, la diète était mesurée par rappels alimentaires de 24 heures, le temps d’écran et les facteurs sociodémographiques par questionnaire et le pourcentage de masse adipeuse par dual energy x-ray absorptiometry. Pour l’objectif 1, nous avons utilisé des modèles généralisés additifs à effets mixtes pour modéliser les variations de sensibilité et sécrétion d’insuline durant l’enfance et l’adolescence et une analyse par moyennage de modèle pour identifier les déterminants à l’enfance. Des modèles structuraux marginaux longitudinaux ont été utilisés pour répondre à l’objectif 2. Pour les objectifs 3 et 4, nous avons estimé des modèles de régression linéaire multivariable et les analyses pour l’objectif 4 ont été stratifiées selon le statut de diabète. Résultats : Nous avons observé que 21% des enfants avec histoire parentale d’obésité développent une dysglycémie (basé sur les critères de prédiabète ou diabète de type 2 pour la glycémie) persistante durant l’enfance et l’adolescence. De plus, la glycémie à jeun et 2-h étaient les deux seuls déterminants à l’enfance associés au risque de dysglycémie à l’adolescence. Néanmoins, nous avons observé qu’un niveau d’activité physique plus élevé, moins de temps sédentaire total et moins de temps d’écran améliorait la sensibilité à l’insuline et diminuait les besoins en sécrétion d’insuline durant l’enfance et l’adolescence. De plus, nous avons constaté que les adolescents avec diabète de type 1 avaient une moins bonne fonction endothéliale et une masse du ventricule gauche plus petite que les adolescents sans diabète. Enfin, l’activité physique est associée positivement à la masse du ventricule gauche chez les adolescents sans diabète. Le temps sédentaire est associé à une moins bonne fonction endothéliale, ainsi qu’à une masse du ventricule gauche et une épaisseur du mur du ventricule gauche plus petites chez les jeunes sans diabète seulement. Conclusion : Plusieurs enfants avec histoire parentale d’obésité développent un prédiabète. L’activité physique et les comportements sédentaires durant l’enfance et l’adolescence constituent des cibles pertinentes pour la prévention du diabète de type 2 chez le jeune via leur action sur la sensibilité et la sécrétion d’insuline. Une dysfonction endothéliale et des différences dans la structure du myocarde sont perceptibles dès l’adolescence chez les jeunes avec diabète de type 1. Davantage d’activité physique et moins de comportements sédentaires pourraient ralentir l’apparition des premiers signes de maladie cardiovasculaire à l’adolescence, mais leur contribution reste à être confirmée., Background: Type 1 and type 2 diabetes represent a considerable burden on children's health and quality of life, being associated with microvascular and cardiovascular complications and early mortality in adulthood. Focusing on the prevention of diabetes and associated complications in children at risk is essential. Nevertheless, little is known about how type 2 diabetes develops in children and on the presence of early cardiovascular disease in youth with type 1 diabetes. Furthermore, by better understanding the role of lifestyle factors, such as physical activity and sedentary behaviors, on the development of type 2 diabetes and cardiovascular disease in type 1 diabetes, we will be able to identify new preventive strategies in children at risk. Objectives: 1) Investigate the natural history of type 2 diabetes from childhood to late adolescence and identify the sociodemographic, biological and lifestyle determinants in childhood associated with the development of type 2 diabetes. 2) Estimate the effect of physical activity and sedentary behaviors on insulin sensitivity, insulin secretion, and blood glucose levels from childhood to late adolescence. 3) Compare markers of early cardiovascular disease pertaining to vascular and myocardial structure and function between adolescents with type 1 diabetes and adolescents without diabetes. 4) Examine the association between physical activity, sedentary behaviors and markers of early cardiovascular disease in adolescents with type 1 diabetes and adolescents without diabetes. Methods: To address the first 2 objectives, data from ages 8-10, 10-12, and 15-17 years follow-up visits from the QUALITY cohort of 630 Quebec children with a parental history of obesity were used. At each research visit, children underwent an oral glucose tolerance test with samples taken at 0, 30, 60, 90 and 120 minutes, from which glucose and insulin levels were measured. For objectives 3 and 4, data stem from the cross-sectional CARDEA study of 100 adolescents with type 1 diabetes and 97 adolescents without diabetes aged 14 to 18 years. Arterial stiffness was measured with the pulse wave velocity test and endothelial function by the brachial artery flow-mediated dilatation test. Myocardial structure was assessed by cardiac magnetic resonance imaging. In both QUALITY and CARDEA studies, physical activity and sedentary time were measured with accelerometry over 7 days. Also in both studies, diet was measured by 24-hour dietary recalls, screen time and sociodemographic factors by questionnaire, and by dual energy x-ray absorptiometry. For Objective 1, we used additive generalized mixed models to study variations in insulin sensitivity and insulin secretion from childhood to late adolescence, and model averaging analysis to identify determinants in childhood. Longitudinal marginal structural models were used to address objective 2. For objectives 3 and 4, we estimated multivariable linear regression models, stratified by diabetes status for objective 4. Results: We found that among children with a parental history of obesity, 21% developed persistent dysglycemia (based on glycemia cut-points for prediabetes or type 2 diabetes) during childhood and adolescence, and that fasting and 2-h glycemia were the only two childhood determinants associated with risk of dysglycemia in adolescence. Nevertheless, we observed that higher levels of physical activity, less sedentary time (accelerometer-measured), and less screen time improved insulin sensitivity and decreased insulin secretion requirements during childhood and adolescence. In addition, we found that adolescents with type 1 diabetes had worse endothelial function and smaller left ventricular mass than adolescents without diabetes. Finally, physical activity was positively associated with left ventricular mass in adolescents without diabetes. Sedentary time was associated with poorer endothelial function and smaller left ventricular mass and left ventricular wall thickness in youth without diabetes only. Conclusions: Many children with a parental history of obesity develop prediabetes. Physical activity and sedentary behaviors during childhood and adolescence are relevant targets for the prevention of type 2 diabetes in youth through their action on insulin sensitivity and secretion. Endothelial dysfunction and differences in myocardial structure are noticeable as early as adolescence in young people with type 1 diabetes. More physical activity and less sedentary behavior could slow the onset of cardiovascular disease in adolescence, but their contribution remains to be confirmed.

International audience; Pour citer cet article : Atteintes myocardiques au cours de la maladie à coronavirus 19 (Covid-19) : principaux mécanismes physiopathologiques et utilité clinique des biomarqueurs cardiaques.

Thesis abstract: Deep learning architectures for automatic detection of viable myocardiac segmentsAccurate myocardial segmentation in LGE-MRI is an important purpose for diagnosis assistance of infarcted patients. Nevertheless, manual delineation of target volumes is time-consuming and depends on intra- and inter-observer variability. This thesis aims at developing efficient deep learning-based methods for automatically segmenting myocardial tissues (healthy myocardium, myocardial infarction, and microvascular obstruction) on LGE-MRI. In this regard, we first proposed a 2.5D SegU-Net model based on a fusion framework (U-Net and SegNet) to learn different feature representations adaptively. Then, we extended to new 3D architectures to benefit from additional depth cues. In a second step, we proposed to segment the anatomical structures using inception residual block and convolutional block attention module and diseased regions using 3D Auto-encoder to perfect myocardial shape. To this end, a prior shape penalty term is added to 3D U-Net architecture. Finally, we proposed first segment the left ventricular cavity and the myocardium based on the no-new-U-Net and second use a priori inclusion and classification networks to maintain the topological constraints of pathological tissues within the pre-segmented myocardium. We have introduced a post-processing decision phase to reduce the uncertainty of the model. The state-of-the-art performance of the proposed methods is validated on the EMIDEC dataset, comprising 100 training images and 50 test images from healthy and infarcted patients. Comprehensive empirical evaluations show that all of our algorithms have promising results., Résumé de thèse : Architectures d'apprentissage en profondeur pour la détection automatique de segments myocardiques viables. La segmentation précise du myocarde en LGE-IRM est un objectif important pour l'aide au diagnostic des patients infarctus. Néanmoins, la délimitation manuelle des volumes cibles prend du temps et dépend de la variabilité intra- et inter-observateur. Cette thèse vise à développer des méthodes efficaces basées sur l'apprentissage profond pour segmenter automatiquement les tissus myocardiques (myocarde sain, infarctus du myocarde et obstruction microvasculaire) sur LGE-IRM. À cet égard, nous avons d'abord proposé un modèle 2.5D SegU-Net basé sur un cadre de fusion (U-Net et SegNet) pour apprendre différentes représentations de caractéristiques de manière adaptative. Ensuite, nous avons étendu à de nouvelles architectures 3D pour bénéficier d'indices de profondeur supplémentaires. Dans un deuxième temps, nous avons proposé de segmenter les structures anatomiques à l'aide du module d'attention du bloc résiduel initial et du bloc convolutif et des régions malades à l'aide de l'auto-encodeur 3D pour perfectionner la forme du myocarde. A cet effet, un terme de pénalité de forme préalable est ajouté à l'architecture 3D U-Net. Enfin, nous avons proposé dans un premier temps de segmenter la cavité ventriculaire gauche et le myocarde sur la base du no-new-U-Net et dans un second temps d'utiliser des réseaux d'inclusion et de classification a priori pour maintenir les contraintes topologiques des tissus pathologiques au sein du myocarde pré-segmenté. Nous avons introduit une phase de décision post-traitement pour réduire l'incertitude du modèle. Les performances de pointe des méthodes proposées sont validées sur l'ensemble de données EMIDEC, comprenant 100 images d'entraînement et 50 images de test de patients sains et infarctus. Des évaluations empiriques complètes montrent que tous nos algorithmes ont des résultats prometteurs.

Reperfusion injury is responsible for an important part of myocardial infarct establishment due notably to triggering cardiomyocytes death at the first minutes of reperfusion. AZP-531 is an optimized analog of unacylated ghrelin currently in clinical development in several metabolic diseases. We investigated a potential cardioprotective effect of AZP-531 in ischemia/reperfusion (IR) and the molecular underlying mechanism(s) involved in this protection. In vivo postconditioning with AZP-531 in C57BL6 mouse IR model decreased infarct size. Western blot analysis on areas at risk from the different mouse groups showed that AZP-531 activates Akt, ERK1-2 as well as S6 and 4EBP1, mTORC1 effectors. We also showed an inhibition of caspase 3 cleavage and Bax translocation to the mitochondria. AZP-531 also stimulated the expression of antioxidants and was capable of decreasing mitochondrial H2O2 production, contributing to the reduction of ROS accumulation. AZP-531 exhibits cardioprotective effect when administrated for postconditioning in C57BL6 mouse IR model. Treatment with AZP-531 rescued the myocardium from cell death at early reperfusion by stimulating protein synthesis, inhibiting Bax/caspase 3-induced apoptosis as well as ROS accumulation and oxidative stress-induced necrosis. AZP-531 may prove useful in the treatment of IR injury.

Titre : Score de GRACE et évaluation du risque ischémique pour les SCA ST+ et non ST+ en période peri-opératoire de chirurgie non cardiaque. Contexte : Les dommages myocardiques post-opératoires de chirurgie non cardiaque (MINS: Myocardial Injury after Noncardiac Surgery) sont fréquents et sont associés à une augmentation de la mortalité. Ils sont définis par une ascension de troponine plasmatique dans les jours suivant la chirurgie, soit isolée, soit associée à une modification électrocardiographique, soit accompagnée d’une douleur thoracique. Objectif de l’étude : tester le score de GRACE (Global Registry of Acute Coronary Events), habituellement utilisé pour évaluer le pronostic des patients victimes d’infarctus du myocarde, dans une population atteinte de MINS. Matériel et méthodes : Une étude en deux temps, rétrospective (n=89) puis prospective (n=31), observationnelle, mono centrique a été menée de janvier 2014 à décembre 2016. Les patients inclus étaient des adultes hospitalisés en soins critiques présentant une ascension de troponine dans les 30 jours suivants une chirurgie non cardiaque sous anesthésie générale. Le score de GRACE était calculé lors de l’entrée dans le service, lors du pic de troponine et lors de la sortie. Le pouvoir discrimant du score GRACE sur la mortalité était ensuite analysé. Résultats : Ont été inclus 120 patients âgés de 67,6 ± 9,5 ans avec près de 80% d’hommes, avec un IGS à 42 ± 23. Le score GRACE à l’entrée de 139 ± 36 avait un bon pouvoir discriminant sur le décès intra-hospitalier (OR= 2 p=0,0036 ; AUC=0,7181 p=0,0099). La mortalité observée augmentait parallèlement aux classes GRACE et elle était supérieure à la mortalité prédite par GRACE. Le score à l’entrée avait également un bon pouvoir discriminant sur le décès à 6 mois (OR=1 p=0,0023 ; AUC=0,7137 p=0,0046). Les scores de GRACE calculés aux autres moments (SCA et sortie) n’avaient jamais un bon pouvoir discriminant. Conclusion : Le score GRACE stratifie bien les patients sur la mortalité intra-hospitalière et à 6 mois lorsqu’il est calculé à l’entrée en soins critiques. Une étude de plus grande envergure est nécessaire pour confirmer ces données et valider le score de GRACE dans la population postopératoire souffrant de MINS.

The success of cardiac surgery essentially depends on tissue preservation. To optimize this latter, a myocardial protection is applied thanks to a hypothermic cardioplegia that confers a marked protective effect to the heart under ischemia. Despite these technical developments, cardiac surgery still presents risks and complications are sometimes of an unknown nature. However, no operational real-time monitoring of myocardial tissue exists. Among the metrics that could be analyzed, the temperature change measurement may be a relevant indicator. The objective of the present thesis is therefore to establish a thermal monitoring system of the heart in a way to evaluate the quality of the cardioplegia perfusion during cardiovascular surgery.Among the non-invasive thermal monitoring methods implantable in the operating room, the ultrasonic thermometry and infrared thermography caught our attention. In the first stages of the study, a direct method of ultrasonic thermometry based on the echo tracking is performed on in-vitro samples with 2.25 MHz ultrasonic sensor in a temperature range between 10 to 30°C. The ultrasonic characterization of the heart muscle and the laboratory experiments brought to the forth an environmental complexity requiring prior calibration that may be difficult to implement in operational conditions. However, the technique has a satisfactory measurement accuracy for temperature variations of less than 10°C.An adjustment model is then proposed to identify the in-depth warming trend of the heart thanks to the surface temperature measurement performed by thermal infrared camera and the medium thickness estimated by ultrasound. The model is validated by finite element simulations and experiments realized on ghosts and in-vitro heart samples.Finally, the device is experimented on in-vivo animal models while hypothermic cardioplegia were conducted. Conclusive results were obtained on the heart thermal monitoring. In particular, the surface temperatures acquired by infrared thermography and the thickness estimation of the ventricular walls by ultrasound allowed an estimation of the myocardial-warming trend.This feasibility study has demonstrated the possibility of heart thermal monitoring, noninvasively and appropriate in real time. After specific adaptation, this device could be implemented during cardiovascular interventions and provide a valuable indicator for the surgeons about the efficacy of myocardial protection.; Le succès de la chirurgie cardiaque dépend essentiellement de la préservation des tissus durant l'opération. Afin d'optimiser cette dernière, une protection myocardique est appliquée à travers la perfusion d'une cardioplégie hypothermique lui permettant de tolérer l'ischémie provoquée par l'absence de vascularisation. Malgré ces progrès techniques et les connaissances accumulées, la chirurgie cardiaque reste une chirurgie à risque dont les complications sont parfois de nature inconnue. Il n'existe pourtant pas de suivi opérationnel de la protection myocardique et les seules indications disponibles pour le chirurgien sont l'arrêt contractile du cœur en début de cardioplégie ou l'apparition de fibrillations cardiaques dénonçant une inefficacité à long terme de la cardioplégie. Parmi les paramètres de mesure pouvant contribuer à la surveillance du myocarde sous cardioplégie, le suivi du changement de température induit par celle-ci pourrait devenir un indicateur pertinent. L'objectif de ce travail de thèse est donc de mettre en place un dispositif de suivi thermique du cœur permettant d'évaluer concrètement la diffusion et l'efficacité de perfusion cardioplégique durant la chirurgie cardiovasculaire.Parmi les méthodes de suivi thermique non invasives implantables en salle d'opération, la thermométrie par ultrasons (TUS) et la thermographie par infrarouges (TIR) ont retenu notre attention. Dans un premier temps, une méthode directe de thermométrie par ultrasons basée sur le principe "d'écho tracking" est expérimentée via un capteur ultrasonore $2,25 MHz mono-élément sur une gamme de température de 10 à 30°C. Cependant la caractérisation du muscle cardiaque par ultrasons et les expérimentations menées en laboratoire ont mis en avant la complexité du milieu nécessitant une calibration préalable, difficile à mettre en place en conditions opératoires. La technique présente tout de même une précision de mesure satisfaisante pour une variation de température inférieure à 10°C. Un modèle d'ajustement est alors proposé afin d'identifier la tendance de réchauffement interne du cœur à partir de la température de surface mesurable via une caméra thermique à infrarouge et par l'estimation volumique du milieu par ultrasons. Le modèle est validé dans un premier temps par simulation par éléments finis et dans un second temps durant des expérimentations sur fantômes et cœur in-vitro.Au final, le dispositif multi-physique TIR et TUS est expérimenté sur modèle in-vivo lors d'opérations, durant lesquelles des sessions de refroidissement par cardioplégie hypothermique sont effectuées. L'étude se conclut sur des premiers résultats de suivi thermique satisfaisants où les températures surfaciques acquises par TIR et l'estimation de l'épaisseur des parois ventriculaires par ultrasons permettent d'obtenir efficacement la tendance de réchauffement du myocarde. Le dispositif multi-physique a également démontré la possibilité d'appliquer une calibration directe de la thermométrie ultrasonore. Cette étude de faisabilité a démontré la possibilité d'un monitoring thermique du cœur de manière non invasive et applicable en temps réel. Ce dispositif pourrait être, après adaptation spécifique, implémenté durant les interventions cardio-vasculaire et fournir un indicateur précieux aux chirurgiens quant à l'efficacité de la protection myocardique.

Nous rapportons l’observation d’un patient de 50 ans présentant une masse tumorale du ventricule gauche évoluant dans un contexte d’altération de l’état général et de fièvre. Cette masse a été objectivée par l’échocardiographie réalisée pour l’exploration d’une cardiomégalie radiologique. L’aspect en imagerie par résonance magnétique était évocateur d’un tuberculome intra myocardique. A travers notre observation, nous proposons une revue de la littérature sur cette localisation inhabituelle de la tuberculose.The Pan African Medical Journal 2016;24

SummaryHeart involvement, including primary myocardial involvement, is very common in systemic sclerosis. There is strong evidence that primary myocardial involvement is related to repeat focal ischaemic injury causing subsequent irreversible myocardial fibrosis. Clinically evident cardiac involvement is recognized to be a poor prognostic factor; thus preclinical identification is highly encouraged. The severity of heart involvement has been confirmed recently. Echocardiography, including pulsed tissue Doppler echocardiography, is the cornerstone of routine heart assessment. Myocardial perfusion may be assessed by single photon emission computed tomography. If available, cardiac magnetic resonance imaging should be considered as it allows simultaneous measurement of ventricular volumes and function and myocardial perfusion, and assessment of possible inflammation and/or fibrosis. Biological variables, such as B-type natriuretic peptides, are highly relevant, valuable markers of global heart involvement in systemic sclerosis and should be considered for screening of patients and/or research purposes.

Cardiac Magnetic Resonance Imaging (MRI) has experienced growing interest due to its great potential in myocardial tissue characterization. Myocardium T1 values can be considered a useful imaging biomarker. Although many different T1 mapping techniques already exist, accurate and precise myocardial T1 quantification remains a desired yet challenging goal. Cardiac T1 mapping necessitates high precision to: i) discriminate values within the relatively short range of T1 values in healthy and diseased tissues, ii) allow both pre and post contrast agent injection T1 assessment, which is mandatory to compute the ECV and iii) allow comparison across platforms and hospitals. It should also provide a T1 value independent of heart rate. Among published methods, not any of them offer an “ideal” T1 quantification method. The main aim of this work is to optimize and to validate a precise and accurate quantitative T1 mapping technique. In order to achieve this goal, the sequence called « SMART1Map » based on the saturation recovery curve sampling was used. The first step consisted in performing T1 measurements on phantoms and healthy volunteers at 1,5T and 3T. Although this study allowed to assess accurate myocardium T1 values close to literature ones (1150 ± 84 ms), the sequence showed a poor precision likely due to a lack of robustness to magnetic field inhomogeneties and frequency offsets. Optimization (including simulation, implementation and tests) of the saturation RF pulse used in the sequence was carried out in phantoms then on healthy subjects at 3T. From this development, fibrosis detection through T1 measurements in clinical studies can now be started at 1.5T and 3T, L’imagerie par résonance magnétique (IRM) est un outil de choix pour la caractérisation tissulaire in vivo. Il est démontré que la mesure d’un temps caractéristique en IRM, appelé « T1 », est corrélée à la composition du tissu. Justesse et reproductibilité sont requises dans la mesure du T1 pour : i) discriminer les valeurs de T1 des tissus sains et fibrosés dont la gamme de valeurs est assez restreinte, ii) permettre la mesure avant et après injection d’agent de contraste et iii) comparer les valeurs de T1 entre sites et constructeurs. A ce jour, aucune des techniques publiées n’est en mesure de fournir une mesure de T1 « idéale ». L’objectif principal de cette thèse est d’optimiser et de valider une technique de mesure du T1 sur le myocarde, qui se propose d’allier ces deux qualités. Pour atteindre cet objectif, nous avons travaillé la séquence appelée « SMART1Map » basée sur le principe d’échantillonnage d’une courbe de saturation-récupération. Des essais sur objets tests et sur volontaires à 1,5T et 3T ont d’abord été réalisés. Bien que les valeurs moyennes de T1 mesurées chez 7 sujets étaient justes et correspondaient à la littérature (1150 ± 84 ms à 1,5T), les résultats ont montré une faible reproductibilité imputable en partie à un manque de robustesse de la séquence vis-à-vis des inhomogénéités de champ magnétique particulièrement importantes à 3T. L’optimisation (simulation, implémentation et tests) de l’impulsion radiofréquence de saturation constitutive de la séquence a été mise en œuvre à 3T, sur objets fantômes, puis sur volontaires sains. Ces travaux ouvrent la voie à la mise en place de mesure de biomarqueur IRM de la fibrose

This thesis focuses on the spatio-temporal and interactive segmentation of dynamiccardiac images. It is a part of the ANR 3DSTRAIN project of program "Technologiesfor Health and Autonomy" which aims to estimate full, dense and on several3D+t imaging modalities (such as Magnetic Resonance Imaging (MRI), Single PhotonEmission Computed Tomography (SPECT) and echocardiography) the indexof deformation of the heart muscle : the strain. The strain estimation requires asegmentation step which must be as precise as possible to provide a good estimationof this index. Our work was focused on two main areas : (1) the development of asegmentation model conforms to the shape of the heart muscle and (2) the abilityto interactively and intuitively correct the segmentation's result obtained with thismodel., La thèse porte sur la segmentation spatio-temporelle et interactive d'images cardiaquesdynamiques. Elle s'inscrit dans le projet ANR 3DSTRAIN du programme"Technologies pour la Santé et l'Autonomie" qui a pour objectif d'estimer de façoncomplète, dense et sur plusieurs modalités d'imagerie 3D+t (telles que l'imageriepar résonance magnétique (IRM), la tomographie par émission monophotonique(TEMP) et l'échocardiographie) l'indice de déformation du muscle cardiaque : lestrain. L'estimation du strain nécessite une étape de segmentation qui doit être laplus précise possible pour fournir une bonne évaluation de cet indice. Nos travauxse sont orientés sur deux axes principaux : (1) le développement d'un modèle desegmentation conforme à la morphologie du muscle cardiaque et (2) la possibilitéde corriger interactivement et intuitivement le résultat de la segmentation obtenuegrâce à ce modèle.

Cardiovascular disease are the leading cause of death worldwide. It is therefore vital to study them in order to understand the mechanisms and to prevent and treat these diseases more effectively. Therefore it requires an understanding of anatomy, structure and motion of the heart. In this thesis, we are interested in a first time at the Deformable Elastic Template model which can extract the cardiac anatomy and movement. The Elastic Deformable template is to represent the myocardium by a shape model a priori given that it elastically deforms to fit the specific shape of the patient’s heart. In the first chapter of this thesis, we use a singular perturbation method for accurately segmenting the image. We have demonstrated that if we did tend to 0 the coefficients of elasticity, the mathematical model converge to a solution to the problem of segmentation. As part of a formulation to the least squares sense it is necessary to have an efficient numerical method for solving the transport equation in the least squares sense. The finite element method to treat transport phenomena can not have a weak maximum principle, unless the operator of partial time is separated from the operator of partial space.In Chapter 2 of the thesis, we consider a least squares formulation of space-time and we propose to solve the problem constraints to recover a discrete maximum principle. The final objective of this thesis is the dynamic monitoring of cardiac images or anatomical reconstruction of the heart from 2D slices orthogonal to the long axis of the heart level. The mathematical method we use for this is the optimal transport. In Chapter 3 we analyze the performance of the algorithm proposed by Peyré to calculate the optimal transport of our images. The numerical resolution of optimal transport is a difficult and costly in computation time problem. That is why we propose an adaptive method for determining the proximity operator of the function to be minimized to divide by four the number of iterations required for the algorithm converges., Les pathologies cardiovasculaires sont la première cause des décès dans le monde. Il est donc vital de les étudier afin d’en comprendre les mécanismes et pouvoir prévenir et traiter plus efficacement ces maladies. Cela passe donc par la compréhension de l’anatomie, de la structure et du mouvement du coeur. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes intéressés dans un premier temps au modèle de Gabarit Déformable Élastique qui permet d’extraire l’anatomie et le mouvement cardiaques. Le Gabarit Déformable Élastique consiste à représenter le myocarde par un modèle de forme a priori donné que l’on déforme élastiquement pour l’adapter à la forme spécifique du coeur du patient Dans le premier chapitre de cette thèse, nous utilisons une méthode de perturbation singulière permettant la segmentation avec précision de l’image. Nous avons démontré que si l’on faisait tendre vers 0 les coefficients de l’élasticité, le modèle mathématique convergeait vers une solution permettant la segmentation. Dans le cadre d’une formulation au sens des moindres carrés il est nécessaire de disposer d’une méthode numérique performante pour résoudre l’équation du transport au sens des moindres carrés. La méthode des éléments finis pour traiter les phénomènes de transport ne permet pas d’avoir un principe du maximum faible, sauf si l’opérateur aux dérivées partielles en temps est séparé de l’opérateur aux dérivées partielles en espace. Dans le chapitre 2 de la thèse nous considérons une formulation au sens des moindres carrés espace-temps et nous proposons de résoudre un problème sous contraintes afin de récupérer un principe du maximum discret. Le dernier objectif de la thèse est le suivi dynamique d’images cardiaques ou la reconstruction anatomique du coeur à partir de coupes 2D dans le plan orthogonal au grand axe du cœur. La méthode mathématique que nous utilisons pour cela est le transport optimal. Dans le chapitre 3 nous analysons les performances de l’algorithme proposé par Peyré pour calculer le transport optimal de nos images. La résolution numérique du transport optimal est un problème difficile et couteux en temps de calcul. C’est pourquoi nous proposons une méthode adaptative pour le calcul de l’opérateur proximal de la fonction à minimiser permettant de diviser par quatre le nombre nécessaire des itérations pour que l’algorithme converge.

INTRODUCTION : Les nouvelles gamma-caméras à semi-conducteurs (CZT) permettentd'améliorer la qualité d'image des tomoscintigraphies myocardique (TSM), et, compte tenu de leur forte sensibilité de détection, permettent également de diminuer les durées d'acquisitions et les activités des radiopharmaceutiques injectés. Il est ainsi possible de réaliser des examens très peu irradiants mais dont on ne connaît pas encore précisément les performances diagnostiques. Le but de cette étude était d'évaluer les performances diagnostiques des TSM de stress, réalisées avec une caméra CZT et de faibles activités injectées, pour identifier les patients ayant des sténoses coronaires. MATÉRIEL ET MÉTHODES : Nous avons analysé rétrospectivement une série de TSM réalisées en routine sur une caméra CZT (D-SPECT) avec un protocole stress-repos en un jour et de faibles doses de Sestamibi-99mTc (120 MBq pour le stress et 360 MBq au repos pour un individu de 75 kg). Une première population de patients ayant bénéficié d'une coronarographie dans la même période (délai < 3 mois) a été considérée pour évaluer les performances diagnostiques dans l'identification des patients avec sténose(s) coronaire(s) (> 50 % de réduction du diamètre). Une deuxième population de patients à faible probabilité pré-test de maladie coronaire (< 10 %) a également été considérée afin d'évaluer le taux de normalité. Les TSM ont été analysées par une méthode consensuelle. RÉSULTATS : L'étude de corrélation avec les données coronarographiques a porté sur 118 patients (64±11 ans, 81 % d'hommes, 30 % d'obèses) dont 69 % avaient une ou plusieurs sténose(s) coronaire(s). Un test pharmacologique au dipyridamole a été réalisé dans 29 % des cas et un test d'effort seul dans les 71 % restants. Les sensibilités, valeur prédictive positive et précision diagnostique pour identifier les patients avec sténose(s) coronaire(s) étaient de respectivement de 85 %, 83 % et 78 %, et ces valeurs n'étaient pas influencées par le sexe et l'obésité. Le taux de normalité était de 96 % chez les 74 patients du groupe à faible probabilité pré-test. La dose efficace était en moyenne de 4,87 ± 1,36 mSv chez les patients ayant eu la coronarographie, dont 96 % ont eu à la fois des acquisitions de stress et de repos. Cette dose était de 1,94 ± 1,50 mSv dans le groupe à faible probabilité, dont 70 % ont eu uniquement des acquisitions de stress. CONCLUSION : Les TSM de stress, réalisées avec une caméra CZT et de faiblesactivités injectées, ont une très bonne valeur diagnostique, y compris dans des populations jusqu'alors considérées à haut risque d'artéfacts (obèses, femmes), tout en permettant une réduction majeure de l'irradiation corporelle

Objectifs : L'angioplastie endo-coronaire peut être une alternative à la chirurgie pourla revascularisation d'une lésion du tronc coronaire gauche. Notre travail avait pourbut d'évaluer nos résultats en les comparant à la littérature et de rechercher desfacteurs pronostiques.Méthode : Entre 2003 et 2013, 153 patients ayant bénéficié d'une angioplastie dutronc coronaire ont été inclus rétrospectivement. 99 de ces patients avaient destroncs non protégés. L'âge moyen était de 73,9±10,8. Le suivi moyen des patientsétait de 1140 ± 825 jours.Résultats : Au terme du suivi, on recense 20,3% de décès dont 14% de décèscardiaques. La survie globale à 1000 jours estimée par une courbe de Kaplan-Meierest de 81,2%. Le taux de resténoses et de 9,2%. Le taux de critère composite définipar les décès cardiaques, les infarctus du myocarde et les resténoses du tronccoronaire est de 20,9%. Le tabac, l'âge supérieur à 80 ans et une FE

Within the wide field of medical imaging research, image segmentation is one of the earliest but still open topics. This thesis focuses on model-based segmentation methods, which achieve a good trade-off between genericity and ability to carry prior information on the target organ. Our goal is to build an efficient segmentation framework that is able to leverage all kinds of external information, i.e. annotated databases via statistical learning, other images from the patient via co-segmentation and user input via live interactions. This work is based on the implicit template deformation framework, a variational method relying on an implicit representation of shapes. After improving the mathematical formulation of this approach, we show its potential on challenging clinical problems. Then, we introduce different generalizations, all independent but complementary, aimed at enriching both the shape and appearance model exploited. The diversity of the clinical applications addressed shows the genericity and the effectiveness of our contributions.; La segmentation d’images médicales est depuis longtemps un sujet de recherche actif. Cette thèse traite des méthodes de segmentation basées modèles, qui sont un bon compromis entre généricité et capacité d’utilisation d’informations a priori sur l’organe cible. Notre but est de construire un algorithme de segmentation pouvant tirer profit d’une grande variété d’informations extérieures telles que des bases de données annotées (via l’apprentissage statistique), d’autres images du même patient (via la co-segmentation) et des interactions de l’utilisateur. Ce travail est basé sur la déformation de modèle implicite, une méthode variationnelle reposant sur une représentation implicite des formes. Après avoir amélioré sa formulation mathématique, nous montrons son potentiel sur des problèmes cliniques difficiles. Nous introduisons ensuite différentes généralisations, indépendantes mais complémentaires, visant à enrichir le modèle de forme et d’apparence utilisé. La diversité des applications cliniques traitées prouve la généricité et l’efficacité de nos contributions.

No abstract available; Les maladies cardiovasculaires (MCV) sont la première cause de décès dans le monde. Une alimentation riche en précurseurs de méthyles pourrait diminuer le risque de survenue des MCV. Le statut en PDM a de très nombreuses conséquences car son altération va des risques de défaut de fermeture du tube neural au cours de l'embryogenèse au développement de maladies chroniques. Les PDM interviennent dans la voie de reméthylation de l'homocystéine en méthionine. Une diminution des niveaux de PDM entraîne une hyperhomocystéinémie considérée comme un facteur de risque de MCV via notamment son rôle dans le développement de l'athérosclérose. Relativement peu d'études se sont intéressées à l'effet d'une déficience en PDM sur le coeur. Afin de mieux comprendre les conséquences de la déficience en PDM sur cet organe, nous avons analysé les modifications du protéome myocardique chez des ratons de 21 jours nés de mères nourries avec un régime carencé en PDM comparativement à des ratons issus de mères normalement nourries. Les résultats de notre analyse protéomique ont montré que l'abondance de 22 protéines était augmentée entre 1,1 et 1,7 fois, alors que celle de 17 autres était diminuée entre 1,1 et 2,3 fois. Ces protéines interviennent surtout dans la production d'énergie cellulaire (21%), le métabolisme lipidique (18%) et le stress du réticulum endoplasmique (RE) (15%). Au moyen de l'outil bio-informatique "Ingenuity Pathway Analysis", nous avons montré que 34 d'entres-elles appartenaient à un réseau métabolique en relation avec "une perturbation du développement cardiaque et une altération cellulaire et du métabolisme lipidique". De plus, la carbonylation, principale modification posttraductionnelle oxydative des protéines, quantifiée par une technique de Dot-blot était augmentée de 1,9 fois dans le myocarde des ratons déficients en PDM comparativement aux contrôles. Afin d'étudier les mécanismes à l'origine de ces changements, nous avons développé un modèle in vitro de cellules cardiaques déficientes uniquement en folates ou en PDM. Des cellules de la lignée H9c2, dérivée de cardiomyoblastes embryonnaires de rat, ont été cultivées jusqu'à 4 jours dans un milieu carencé en folates (F) ou en PDM, comparativement à un milieu complet (C). Ceci nous a permis de disposer de deux modèles, constitués : (1) de cellules uniquement déficientes en folates et ne produisant pas davantage d'Hcy que les cellules contrôles, et (2) de cellules déficientes en au moins 2 PDM (folates et vitamine B12) et produisant des quantités accrues d'Hcy. Une analyse comparative des protéomes des cellules F et PDM vs C a permis d'identifier des différences et similitudes entre les 2 déficiences. Treize protéines présentant des abondances significativement différentes entre les cellules carencées pendant 4 jours en folates ou en PDM et leurs contrôles ont été mises en évidence : 7 avaient une abondance accrue et 6 une abondance diminuée. La comparaison des résultats obtenus a montré que des protéines mitochondriales ou intervenant dans la structure cellulaire n'ont été identifiées que dans le modèle de déficience en PDM. Nos résultats ont aussi démontré que les 2 types de carences affectaient des voies similaires à celles retrouvées dans notre étude in vivo : métabolisme énergétique et stress du RE. Nous avons alors confirmé que des protéines chaperones, a-crystalline B et prohibitine, avaient leur expression modifiée de la même manière dans les modèles de déficience in vivo (myocarde des ratons) et in vitro (cardiomyoblastes). Notre étude a également montré que l'induction rapide du stress du RE dans les cardiomyoblastes déficients en PDM est suivie par l'activation plus tardive du système d'ubiquitination des protéines et probablement de la voie de dégradation protéolytique dépendante du protéasome. En conclusion, cette thèse ouvre de nouvelles perspectives dans la compréhension des mécanismes des effets de la déficience en PDM ou en folates au niveau cardiaque.

T1 mapping is a useful quantitative MR technique for cardiac tissue characterization. Several studies have shown that T1 measurements are correlated with fibrosis, which is observed in cardiac diseases such as cardiomyopathy or myocardial infarction. However, cardiac T1 mapping remains challenging, mainly because of long acquisition times and interference from cardiac and respiratory motions. T1 quantification on the human myocardium is generally performed on breath-hold with 2D specific sequences. Unfortunately these sequences are scanner specific and poorly available for clinical use. To overcome these limitations, we propose a new method based on a 3D clinical sequence. This technique, using a variable flip angle approach that integrates B1 correction, was adapted in cardiac imaging. Phantom tests were used to select the optimal parameters and to show the method reproducibility. Then, the method was validated with a volunteer study using double synchronization (cardiac and respiratory). Moreover, a reconstruction method integrating physiological signals of motion was also used to perform T1 quantification in free breathing and to reduce the total acquisition time. The myocardial T1 values on volunteers ranged between 1289 ± 66 ms and 1376 ± 43 ms, which was in good agreement with previously published works. These studies allow the use of T1 mapping in patients with better characterization of pathologies and a better adaptation to therapeutic strategies, La cartographie du temps de relaxation longitudinale T1 est une technique d'IRM quantitative pour caractériser les tissus myocardiques. Plusieurs études ont déjà montré la corrélation entre la mesure de T1 et la présence de fibrose. Celle-ci est souvent observée dans les pathologies cardiaques telles que les cardiomyopathies ou l'infarctus du myocarde. Cependant, l'acquisition d'une carte T1 du coeur reste techniquement difficile. Actuellement, la quantification T1 du myocarde humain est réalisée en apnée à l'aide de séquences 2D qui sont spécifiques aux constructeurs et donc peu disponibles. Afin de pallier aux limitations de ces séquences, nous proposons une méthode basée sur une séquence 3D clinique. Cette technique, utilisant la variation des angles de bascule avec intégration d'une correction B1, a été adaptée pour une utilisation en imagerie cardiaque. Des essais sur fantôme ont permis de sélectionner les paramètres optimaux et de montrer la reproductibilité de la méthode. Puis, une étude sur volontaires sains a permis de valider la méthode en double synchronisation (cardiaque et respiratoire). Enfin, une méthode de reconstruction intégrant des signaux physiologiques de mouvement a également été utilisée afin de faire de la quantification T1 en respiration libre et de diminuer le temps d'acquisition. Les valeurs de T1 myocardique sur volontaires sont comprises entre 1289 ± 66 ms et 1376 ± 43 ms, correspondant aux valeurs de la littérature. Ces travaux ouvrent la voie à l'utilisation de la cartographie T1 chez les patients avec pour objectifs une meilleure caractérisation des pathologies et une meilleure adaptation des stratégies thérapeutiques

La revascularisation myocardique chirurgicale avec utilisation bilatérale des artères mammaires internes reste une technique sous-utilisée. Entre 1996 et 2009, 1000 patients ont bénéficié d'une revascularisation myocardique chirurgicale isolée par double pontage mammaire, complétée ou non par des greffons saphènes. L'âge moyen des patients était de 60 ± 15 ans. La fraction d'éjection ventriculaire gauche (FEVG) était =65 ans au moment de la chirurgie, le syndrome coronarien aigu, l'insuffisance rénale chronique, l'atteinte vasculaire périphérique et la FEVG

Les cardiopathies dilatées primitives sont associés à une mortalité prématurée par insuffisance cardiaque ou trouble du rythme grave. Par ailleurs, la fibrose myocardique visualisée en IRM par des zones de rehaussement tardif peut représenter un substrat arythmogène.Le but de notre travail est d'étudier l'épidémiologie et les caractéristiques des zones de fibrose visualisées en IRM et leur lien éventuel avec la survenue de troubles du rythme ventriculaire. Notre étude rétrospective porte sur 35 patients atteints d'une cardiomyopathie dilatée non ischémique et ayant bénéficié d'une IRM myocardique entre avril 2005 et aout 2009.L'imagerie met en évidence des zones de fibrose chez 29 patients. Leur topographie est dans la majorité des cas sous épicardique et inféro septo basal ou médian. Huit patients ont présenté une tachycardie ventriculaire soutenue. La localisation de la fibrose était la même que chez les patients ne présentant pas de trouble du rythme ventriculaire. La survenue de tachycardies ventriculaires n'étaitpas significativement liée à la présence ni à l?étendue de la fibrose myocardique.Cependant bien que la valeur prédictive positive du rehaussement tardif en IRM ne soit que de 24% pour les troubles du rythme ventriculaire, celle-ci reste meilleure que beaucoup d'autres marqueurs de risque de mort subite proposés jusqu'ici. L'IRM pourrait donc avoir une place dans la stratégie thérapeutique en particulier concernant l'implantation de DAI ou l'ablation radiofréquence des troubles du rythme.

L’ischémie aigüe (restriction de la perfusion suite à l’infarctus du myocarde) induit des changements majeurs des propriétés électrophysiologique du tissu ventriculaire. Dans la zone ischémique, on observe une augmentation du potassium extracellulaire qui provoque l’élévation du potentiel membranaire et induit un "courant de lésion" circulant entre la zone affectée et saine. Le manque d’oxygène modifie le métabolisme des cellules et diminue la production d’ATP, ce qui entraîne l’ouverture de canaux potassique ATP-dépendant. La tachycardie, la fibrillation ventriculaire et la mort subite sont des conséquences possibles de l’ischémie. Cependant les mécanismes responsables de ces complications ne sont pas clairement établis. La création de foyer ectopique (automaticité), constitue une hypothèse intéressante expliquant la création de ses arythmies. Nous étudions l’effet de l’ischémie sur l’automaticité à l’aide d’un modèle mathématique de la cellule ventriculaire humaine (Ten Tusscher, 2006) et d’une analyse exhaustive des bifurcations en fonction de trois paramètres : la concentration de potassium extracellulaire, le "courant de lésion" et l’ouverture de canaux potassiques ATP-dépendant. Dans ce modèle, nous trouvons que seule la présence du courant de lésion peut entrainer une activité automatique. Les changements de potassium extracellulaire et du courant potassique ATP-dépendant altèrent toutefois la structure de bifurcation., Acute ischemia (restriction in blood supply to part of the heart which can result in myocardial infarction) induces major changes in the electrophysiological properties of the ventricular tissue. Extracellular potassium concentration increases in the ischemic zone, leading to an elevation of the resting membrane potential that creates an “injury current” between the infarcted and the healthy zone. In addition, the lack of oxygen impairs the metabolic activity of the myocytes and decreases ATP production, thereby affecting ATP-sensitive potassium channels. A frequent complication of myocardial infarction is tachycardia, fibrillation and sudden cardiac death, but the mechanisms underlying their initiation are still debated. One hypothesis is that these arrhythmias may be triggered by abnormal automaticity. We have investigated the effect of ischemia on myocyte automaticity by performing a comprehensive bifurcation analysi(fixed points, cycles and their stability) of a human ventricular myocyte model (Ten Tusscher, 2006) as a function of three ischemia-relevant parameters: extracellular potassium, injury current, and ATP-sensitive potassium current. In this single-cell model, we found that automatic activity was possible only in the presence of an injury current. Changes in extracellular potassium and ATP-sensitive potassium current significantly altered the bifurcation structure as a function of IS, including the occurrence of early-after-depolarization. The results provide a sound basis for studying higher-dimensional tissue structures representing an ischemic heart.