Modélisation in vitro de l'hémodynamique intraventriculaire gauche en cas d'insuffisance mitrale

In vitro modeling of left intraventricular hemodynamics in case of mitral insufficiency

• Auteur / Autrice : Chloé Papolla
• Direction : Régis Rieu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biomécanique
• Date : Soutenance le 22/09/2020
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences du mouvement humain (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Biomécanique Appliquée, UMR T24 INRETS (Aix-Marseille Université)
• Jury : Président / Présidente : Catherine Masson
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Odile Bonnefous, Damien Garcia, Gilbert Habib, Lyes Kadem
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Pibarot, Pascal Verdonck

Mots clés

Mots clés contrôlés

PISA (système informatique)

Vélocimétrie par images de particules

Annuloplastie mitrale

Insuffisance mitrale

Mots clés libres

Insuffisance mitrale

Dispositif mitral d'annuloplastie

In-Vitro

Vélocimétrie par images de particules

Méthode PISA

Mitral regurgitation

Mitral annuloplasty device

extit{In vitro} study

Particle image velocimetry

PISA method

Résumé

L'insuffisance mitrale (IM) est une valvulopathie fréquente nécessitant un diagnostic précis et fiable, car son traitement dépend de sa sévérité. Différentes méthodes permettent de la diagnostiquer, basées soit sur une observation directe de la valve, soit sur une évaluation des modifications de la dynamique du flux dans les cavités cardiaques. Dans ce travail expérimental, les deux approches sont explorées.La méthode échographique PISA (Proximal Isovelocity Surface Area) est couramment utilisée en clinique pour quantifier l'IM, mais reste discutée en cas d'IM complexe. Une amélioration de la méthode est proposée pour les IM fonctionnelles et à double-jets. Ces travaux in-vitro sont validés cliniquement.Dans un second temps, l'influence de l'IM sur la dynamique des fluides dans le ventricule gauche (VG) est évaluée. Différentes sévérités d'IM sont simulées sur un modèle physiologique de valve native ; les champs de vitesses sont acquis avec un système de vélocimétrie par images de particules. Nos résultats montrent que l'IM induit des perturbations du flux dans le VG caractérisées par une augmentation de la vitesse moyenne d'entrée du flux mitral et des valeurs élevées de pertes visqueuses d'énergie. Des modèles d'ordre réduit on été construit avec la méthode de décomposition orthogonale aux valeurs propres. Ces modèles, comparés aux données numériques et cliniques, devraient permettre un diagnostic précoce de la pathologie. Enfin, l'incidence du dispositif d'annuloplastie ajustable Kalios (Kephalios) est évaluée ; il permet de réduire voire d'éliminer l'IM sans affecter de manière significative la dynamique de l'écoulement dans le VG.

Mitral regurgitation (MR) is a frequent valvulopathy requiring a precise and reliable diagnosis because its treatment depends on its severity. It can be diagnosed using different methods, based either on direct observation of the valve or on an evaluation of changes in the flow dynamics in the heart chambers. In this experimental work, both approaches are explored.The echocardiographic Proximal Isovelocity Surface Area (PISA) method is commonly used in clinical practice to quantify MR, but is still discussed in the case of MR of complex geometry. An improvement of the method is proposed for functional and double-jet MR. This in-vitro work is clinically validated. In a second step, the influence of MR on fluid dynamics in the left ventricle (LV) is evaluated. Different MR severities are simulated on a native valve physiological model; velocity fields are acquired with a particle image velocimetry system. Our results show that MR induces flow perturbations in the LV characterized by an increase in the mean mitral inflow velocity and high values of viscous energy dissipation. Reduced order models were constructed using the proper orthogonal decomposition method. These models, when compared with numerical and clinical data, should allow an early diagnosis of the pathology. Finally, the impact of the Kalios adjustable annuloplasty device (Affluent Medical) is evaluated; it allows the reduction or even elimination of MR without significantly affecting the flow dynamics in the LV.