Thèse soutenue

Modélisation biomécanique cardiovasculaire personnalisée pour améliorer l'interprétation des données cliniques et aider à planifier les interventions chez les patients atteints de cardiopathie congénitale

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Auteur / Autrice : Maria Gusseva
Direction : Dominique ChapelleRadomir Chabiniok
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Biomécanique
Date : Soutenance le 24/03/2022
Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École polytechnique (Palaiseau, Essonne ; 1795-....)
Laboratoire : Laboratoire de mécanique des solides (Palaiseau, Essonne)
Jury : Président / Présidente : Abdul I. Barakat
Examinateurs / Examinatrices : Dominique Chapelle, Radomir Chabiniok, Alistair Young, Jan Janousek, Vicky Y. Wang, Eva Sammut, Joost Lumens
Rapporteurs / Rapporteuses : Alistair Young, Jan Janousek

Résumé

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Cette thèse de doctorat est une recherche interdisciplinaire qui porte sur la modélisation biomécanique appliquée du système cardiovasculaire chez les patients atteints de cardiopathies congénitales. L'objectif est d'explorer le potentiel de la modélisation biomécanique pour aider à la prise de décision clinique.Tout d'abord, nous avons exploré la capacité d'un modèle biomécanique précédemment développé à améliorer l'interprétation des données cliniques pour les patients atteints de tétralogie de Fallot après réparation (TOFr) avant et après le remplacement de la valve pulmonaire (RVP). Des modèles personnalisés du ventricule droit (VD) et de la circulation pulmonaire ont été construits pour 20 sujets avant et après le RVP à l'aide de données obtenues par résonance magnétique cardiovasculaire (RMC) et par cathéter de pression. Ces modèles ont été soumis aux effets de la régurgitation de la valve pulmonaire (VP) et/ou de l'obstruction du canal de sortie du VD (RVOT). Les modèles ont fourni des indices de contractilité myocardique personnalisés avant et après la RPV. Les résultats ont montré une diminution de la contractilité chez tous les patients après la RVP. Les patients présentant une obstruction prédominante de l'RVOT ont connu une diminution plus importante de la contractilité, alors que l'arrêt de la régurgitation elle-même n'a pas entraîné de réduction significative de la contractilité. Après cette étude détaillée de la pathophysiologie des VD surchargés avant et après la RVP, nous avons exploré la capacité du modèle à prédire la réponse de la mécanique ventriculaire lors de la diminution progressive de la post-charge des VD chez les patients atteints de TOFr. Des modèles pré-PVR personnalisés ont été utilisés et l'arrêt de la régurgitation PV et la diminution progressive de la résistance RVOT ont été supposés. Les relations in silico résultantes entre la contractilité et la résistance de l'RVOT après la RVP sont apparues linéaires et cohérentes avec celles données par les modèles post-RVP spécifiques aux patients.Pour les patients dont le cœur est constitué d'un seul ventricule et qui subissent une RMC combinée à un cathéter de pression (dans le cadre de la planification d'une chirurgie complexe), le modèle a été utilisé pour synchroniser dans le temps les données de pression du cathéter et les volumes ventriculaires obtenus par RMC. Cette synchronisation temporelle assistée par le modèle produit des boucles P-V de haute qualité qui donnent des indices plus précis de l'énergétique cardiaque (valeur maximale de l'élastance variable dans le temps (E_max) et du travail systémique) et qui pourraient donc être utilisés pour améliorer l'interprétation clinique.Enfin, nous avons comparé les indices de E_max et de la dérivée temporelle maximale de la pression ventriculaire, max(dP/dt), obtenus directement à partir des mesures cliniques, avec la contractilité et le max(dP/dt) dérivés du modèle. Tous les indices dérivés des données et du modèle ont montré une bonne concordance. De plus, une application potentielle du max(dP/dt) dérivé du modèle comme filtre de données basé sur le modèle a été soulignée.Dans l'ensemble, cette thèse a démontré (1) la capacité de la modélisation biomécanique à fournir des indices mécaniques supplémentaires de la fonction ventriculaire et leur évolution dans différentes conditions de charge, ce qui pourrait contribuer à la planification d'une thérapie optimale ; (2) une application du modèle pour fournir un traitement robuste des données cliniques d'une variété de protocoles d'acquisition de données ; et (3) une correspondance des indices dérivés du modèle avec des mesures de substitution de la contractilité acceptées cliniquement. En conclusion, cette thèse a montré que la modélisation biomécanique pouvait être déployée dans un environnement clinique pour résoudre divers types de problèmes en médecine personnalisée.