Nouvelles applications des ultrasons en cardiologie : quantifier la rigidité des structures cardiaques et la modifier
New applications of ultrasound in cardiology : quantifying the rigidity of cardiac structures and modifying it
par Villemain Olivier sous la direction de Pernot Mathieu et de Messas Emmanuel
Thèse de doctorat en Interdisciplinaire
École doctorale Interdisciplinaire Européenne Frontières du Vivant

Soutenue le Wednesday 08 November 2017 à Sorbonne Paris Cité

Sujets
  • Cardiologie
  • Ultrasons en médecine
  • Élastographie ultrasonore

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Mots clés
Interdisciplinaire
Resumé
Cette thèse avait pour but d'élargir le champ d'application des ultrasons en cardiologie, dans le domaine de l'imagerie et dans le domaine de la thérapie. Concernant l'imagerie, ce sont les capacités, les atouts et les limites des ultrasons à hautes cadences d'image (ultrafast echo) qui ont été explorés. Dans un premier temps, nous avons montré la possibilité et l'intérêt d'estimer la rigidité du myocarde par ultrason en pratique clinique, chez l'enfant et chez l'adulte. La technique de l'élastographie par onde de cisaillement, utilisant une nouvelle approche de l'imagerie par sommation cohérente harmonique ultrarapide (imagerie non-linéaire), a été appliquée pour la première fois chez l'humain en cardiologie. De plus, nous avons montré que la rigidité du foie, également estimée grâce à l'élastographie par onde de cisaillement, était directement corrélée aux pressions de remplissage du cœur droit, qui sont difficiles à évaluer de manière quantitative en pratique clinique. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés à caractériser l'orientation des fibres myocardiques durant le cycle cardiaque en développant l'imagerie du tenseur de rétrodiffusion ultrasonore en trois dimensions. Le but était de réaliser la preuve de concept sur un cœur battant afin d'ouvrir sur les possibilités d'applications. Dans un troisième temps, le doppler de puissance en ultrafast echo nous a permis d'estimer les capacités des ultrasons à visualiser et analyser les flux (et donc les débits) intra coronariens. C'est à l'heure actuelle la seule technique d'imagerie clinique ayant une résolution spatiale (et temporelle) suffisante pour voir les flux dans des vaisseaux ayant un diamètre inférieur à 500 micromètres. Enfin, l'ultrafast echo nous a permis de visualiser les micro déplacements du myocarde, qui sont eux-mêmes initiés par l'activité électrique intra-myocardique, dans un intervalle de temps très réduit. Ceci est le couplage électromécanique, et y avoir accès par ultrason ouvrirait de multiples perspectives. Nous avons commencé à l'appliquer chez le fœtus humain et chez l'adulte en transthoracique. Concernant la thérapie, nous avons exclusivement utilisé les effets mécaniques des ultrasons focalisés à hautes intensités (phénomène de cavitation). Plusieurs équipes avaient déjà montré que cela était applicable en médecine cardiovasculaire, notamment pour perforer le septum inter-atrial (zone musculaire séparant les deux oreillettes cardiaques) ou pour détruire un thrombus intravasculaire. Nous avons décidé de montrer que le phénomène de cavitation peut avoir deux autres applications distinctes : 1) la section de cordage valvulaire mitral, qui est une technique utilisée actuellement en chirurgie (donc à cœur ouvert et en circulation extra-corporelle) visant à diminuer une fuite valvulaire à cause de cordage restrictif ; 2) l'assouplissement des feuillets valvulaires calcifiés, qui est une maladie représentant un enjeu de santé publique touchant des millions de personnes, et n'ayant à ce jour aucune stratégie non invasive disponible et applicable en pratique clinique. Pour ces deux applications, nous avons réalisé des preuves de concept in vitro puis in vivo à cœur battant, sur modèle animal (ovin). L'application humaine sera la prochaine étape. C'est donc la translation de nouvelles technologies ultrasonores vers des applications cliniques en cardiologie qui a motivé et guidé ce travail de thèse.