Validation et apports de la vélocimétrie 4D par IRM et des mesures de pressions centrales pour l'analyse de la fonction aortique et du couplage ventriculo-artériel

Validation and contributions of 4D velocimetry by MRI and central pressure measurements for aortic function and ventricular-arterial coupling analysis

• Auteur / Autrice : Gilles Soulat
• Direction : Elie Mousseaux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Imagerie (ima)
• Date : Soutenance le 16/11/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Médicament, toxicologie, chimie, imageries (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Paris Descartes (1970-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Paris Centre de Recherche Cardiovasculaire (Paris ; 2010-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Nicolas Dacher
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Nicolas Dacher, Jean-Michel Serfaty, Alain Lalande, Jean-Sébastien Hulot, Nadjia Kachenoura
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Michel Serfaty, Alain Lalande

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aorte

Valve de l'aorte

Résistance vasculaire

Ventricule gauche

Imagerie par résonance magnétique

Remodelage ventriculaire

Sténose

Mots clés libres

Post charge

Couplage ventriculo-artériel

Sténose valvulaire aortique

Remodelage ventriculaire

Rigidité aortique

Vitesse de l'onde de pouls

Imagerie par résonance magnétique

Contraste de phase

Flux 4D

Afterload

Ventricular-Arterial coupling

Aortic valve stenosis

Ventricular remodeling

Aortic stiffness

Pulse wave velocity

Magnetic resonance imaging

Phase contrast

4D flow

Résumé

Objectifs : La post charge du ventricule gauche est la résultante de contraintes pulsatiles (impédance) et continues (résistances) secondaire à des modifications des résistances vasculaires systémique, de la fonction aortique ou à des maladies valvulaires aortiques. L'IRM autorise des mesures précises à la fois de biomarqueurs de la fonction aortique comme la distensibilité aortique ou la vitesse de l'onde de pouls (VOP) de l'arche aortique, mais également du remodelage ventriculaire. Cette méthode est donc particulièrement adaptée pour l'étude du couplage ventriculo-artériel. Nous proposerons dans ce travail de nouvelles approches pour l'étude de la fonction aortique en associant des mesures simultanées de la pression centrale aortique aux mesures de vélocité obtenues par IRM afin d'estimer l'impédance valvuloartérielle) et d'améliorer les mesures de distensibilité. De plus, nous proposons aussi une validation des mesures de vitesse d'une nouvelle séquence de contraste de phase 4D (Flux 4D) et son application dans le calcul de la Vitesse de l'onde de pouls segmentaire et globale de l'aorte thoracique. Méthodes : Différentes populations ont été incluses : une cohorte de sujets porteur de rétrécissement aortique ; deux cohortes de sujets sains, dont l'une étudiée avant la disponibilité des séquences de flux 4D. Une cohorte de patients porteurs de cardiopathie congénitale pour l'étude de la reproductibilité du flux 4D. Résultats : L'impédance valvuloartérielle, estimée à partir d'une tonométrie d'aplanation pour recueillir des courbes de pression couplée à du contraste de phase en IRM, est un indice mieux lié à fonction diastolique de patients atteints de sténose valvulaire aortique que les paramètres de sévérité usuels comme la surface valvulaire aortique. L'ajout d'une mesure de pression pulsée centrale, estimée directement lors des acquisitions l'IRM à partir d'un système Sphygmocor Xcel, dans le calcul de la distensibilité aortique permet une meilleure discrimination entre sujet jeunes et plus âgé sur une cohorte de 60 sujets sains. Cependant la prolongation du système pour être compatible IRM le rend impropre à la mesure d'autres indices estimés à partir des courbes temporelles de pression. Les mesures de débits estimés à partir des séquences de contraste de phase 4D sont conditionnées par l'expérience de l'utilisateur et la correction des erreurs de phase d'arrière-plan. Une méthode de correction automatique de ces erreurs en utilisant un model surfacique de 3ème ordre a été testée et validée. Avec ces précautions il est possible d'obtenir des données particulièrement robustes pour estimer les débits en tout point du volume. L'utilisation d'une séquence de flux 4D avec une bonne résolution temporelle permet le calcul de VOP segmentaire de l'aorte thoracique avec ses variations régionales liées à l'âge et au remodelage ventriculaire. La VOP de l'aorte ascendante est ainsi mieux liée à l'hypertrophie et au remodelage ventriculaire que la VOP de l'aorte descendante. Conclusions : L'utilisation simultanée des courbes de pression et de débit permet le calcul de l'impédance valvulo-artérielle dans le rétrécissement aortique, mais également l'amélioration de l'estimation de la distensibilité aortique. Après prise en compte des possibles erreurs de quantification des débits, la mesure de VOP en flux 4D apparait performante pour l'étude de la rigidité de l'aorte ascendante. Des travaux futurs seront nécessaires afin d'adapter cette technique sur des sujets porteurs de pathologies aortique.

Objectives : Left ventricular afterload is the result of pulsatile (impedance) and continuous (resistance) components secondary to systemic vascular resistance, aortic function or aortic valve disease. MRI offers precise tools for studying both aortic function such as aortic distensibility or pulse wave velocity (PWV) of the aortic arch as well as ventricular remodeling making it particularly suitable for the studying ventricular arterial coupling. We propose in our work two new approaches for better estimating aortic function: the use of pressure curves to calculate the valvulo-arterial impedance and to improve aortic distensibility estimates. We further validate a 4D phase contrast sequence (4D flow) to measure segmental and global pulse wave velocity of the thoracic aorta. Methods : Different populations were included: a cohort of subjects with aortic valve stenosis; two cohorts of healthy subjects and finally a cohort of patients with congenital heart disease for estimating the 4D flow reproducibility. Results Valvulo-arterial impedance estimated from applanation tonometry to collect pressure curves coupled with phase contrast in MRI is a better index related to diastolic function of patients with aortic valve stenosis than the usual severity parameters such as aortic valve surface. Simultaneous central pulse pressure measurement during MRI acquisition obtained by using the the SphygmoCor Xcel system was further included in the calculation of aortic distensibility to allows better discrimination between young and older subjects in the cohort of 60 healthy subjects. However, the long length of the brachial system to be MRI compatible makes it unsuitable to measure other index estimated from temporal curves. Flow measurements estimated from 4D flow are conditioned by the user's experience and the correction of background phase errors. We propose an automatic correction method for these errors using a 3rd order surface model. After this correction method, it is possible to obtain particularly robust data to estimate the flows at any point of the volume. The use of a 4D flow sequence with a good temporal resolution allowed the calculation of both global and segmented thoracic aorta PWV with regional changes related to age and ventricular remodeling. Thus, PWV of the ascending aorta was found better related to hypertrophy and ventricular remodeling that the PWV of the descending aorta. Conclusions : Simultaneous measurements of pressure and flow allow calculation of valvuloarterial impedance in patients wih aortic valve stenosis and improve the accuracy aortic distensibility estimates. After considering the possible errors of estimation of the flows, the measurement of PWV in 4D flow appears feasible and powerful for studying of the stiffness of the ascending aorta.Further works are necessary in order to adapt this technique in subjects with aortic diseases.