Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Contexte : Les maladies valvulaires dégénératives (MVD) représentent la pathologie cardiaque acquise la plus fréquente chez le chien. Malgré une recherche active, à l’heure actuelle aucun traitement étudié ne s’est avéré efficace dans le traitement du stade asymptomatique de la condition. Le pimobendane est un nouvel agent inodilatateur, qui s’est montré prometteur dans le traitement des stades avancés des MVD, mais peu est connu sur ses effets hémodynamiques et son impact sur le volume de régurgitation dans les MVD naturelles asymptomatiques. Hypothèses : L’introduction du pimobendane réduit la fraction de régurgitation (FR) chez les chiens atteints de MVD asymptomatiques. Sujets étudiés : Vingt-quatre chiens de compagnie, appartenant à la clientèle du Centre Hospitalier Universitaire Vétérinaire (CHUV) de l’université de Montréal et affectés par une MVD de classe ISACHC 1b. Méthode: Étude prospective, contrôlée et conduite à l’aveugle. Les chiens ont été assignés à un groupe traitement (n=19) recevant du pimobendane (0,2-0,3 mg/Kg q12h) ou à un groupe contrôle (n=5). Les évaluations échocardiographiques ont été effectuées sur une période de 6 mois. Résultats : L’introduction du pimobendane n’a pas été associée à une diminution de la FR chez les chiens affectés par une MVD asymptomatique de classe ISACHC 1b au cours de l’étude (p=0,85). Une augmentation significative de la fraction d’éjection (80,8 +/- 1,42 vs. 69,0 +/- 2,76, p=0,0064) ainsi qu’une baisse du diamètre ventriculaire gauche télé systolique (p=0.011) ont été observées chez le groupe pimobendane au jour 30. Toutefois, cet effet sur la fonction systolique n’a pas persisté au cours des 6 mois d’évaluation. / Background: Mitral Valve disease (MVD) is the most common acquired cardiac affectation of the dog, and is therefore associated with an undeniable clinical and economical importance for veterinarians and pet owners. Despite active research, at this time no known treatment has been proven to delay the onset of congestive heart failure. Pimobendan is a novel inodilator that has shown promising results in the treatment of advanced MVD, but little is known about its hemodynamic effects, especially regarding the mitral regurgitant volume in naturally occurring asymptomatic MVD. Hypothesis: Administration of pimobendan decreases the regurgitant fraction (RF) of dogs with asymptomatic MVD. Animals: Twenty-four client-owned dogs affected by ISACHC class Ib MVD. Methods: Prospective, blinded, controlled clinical trial. Dogs were assigned to a pimobendan (0.2-0.3 mg/Kg q12h) treatment group (n=19) or a control group (n=5). Echocardiographic evaluations were performed over a 6 month study period. Results: Administration of pimobendan to treatment did not decrease the RF of dogs affected by asymptomatic class 1b MVD over the study period (p=0.85). There was a significant increase in the ejection fraction of the pimobendan treated dogs at day (80.8 +/- 1.42 vs. 69.0 +/- 2.76, p=0.0064), and a decrease in systolic left ventricular diameter (p=0.011). However, this improvement in systolic function was not sustained over the 6 month trial period.

Lors de la systole, le ventricule gauche (VG) se déforme suite à la contraction des cardiomyocytes. De part l’orientation en spirale des fibres myocardiques, ces déformations incluent un mouvement de torsion, la base et l’apex du VG tournant dans des sens opposés. L’emmagasinement d’énergie élastique par ce mécanisme et surtout sa restitution très précoce en début de diastole jouent un rôle clé dans le remplissage ventriculaire gauche. Les objectifs de ce travail ont été d’étudier les adaptations mécaniques ventriculaires gauche en se focalisant sur le rôle de la torsion 1) lors d’un exercice d’intensité croissante chez le sujet sédentaire jeune, 2) suite à l’entrainement aérobie au repos et lors d’un exercice d’intensité croissante et, 3) concomitantes aux dysfonctions cardiaques observées après un exercice épuisant de longue durée. Pour cela, nous avons effectué des échocardiographies au repos et/ou lors d’épreuves d’effort d’intensité croissante en incluant l’utilisation d’un nouvel outil échocardiographique basé sur le "speckle tracking" (STE). Nos résultats soulignent le rôle clé de la torsion dans le couplage systole – diastole à l’effort. De plus, nos résultats montrent une modification des adaptations mécaniques ventriculaires gauche à l’effort en parallèle à l’amélioration de la fonction diastolique chez les sportifs entrainés en endurance aérobie. Enfin, la dysfonction ventriculaire gauche transitoire observée après un exercice épuisant de longue durée est caractérisée par une diminution et un décalage dans le temps de la torsion, limitant probablement la diminution précoce des pressions intraventriculaires gauche et donc le remplissage. L’ensemble de ces résultats mettent en évidence, d’une part, l’intérêt de l’évaluation par STE de la mécanique ventriculaire gauche au repos et à l’effort, et d’autre part le rôle clé du mécanisme de torsion – détorsion dans l’explication de fonctions diastoliques améliorées ou altérées / During systole, contraction of cardiomyocytes induces left ventricular (LV) strains. Moreover, the helical orientation of myofibers induces LV torsion consequently to LV basal and apical rotations. LV torsion stores energy in elastic component that is released very early in diastole and constitutes a key factor of LV filling. The aims of this thesis were to characterize LV mechanicals adaptations focussing on the role of LV torsion 1) during a progressive exercise test in healthy sedentary subjects, 2) induced by aerobic training at rest and during a progressive exercise test and, 3) concomitant with cardiac dysfunctions after prolonged and strenuous exercise. We used a novel echocardiographic tool, based on Speckle Tracking (STE), in order to evaluate LV function at rest and/or during a progressive exercise test. Our results underlined the key role of LV torsion in systolic – diastolic coupling during exercise. Moreover, our results showed an alteration of LV mechanical adaptation paralleling the enhancement of diastolic function during effort in aerobic trained subjects. At last, transient LV dysfunction after prolonged and strenuous exercise was associated with decreased and delayed LV torsion, probably limiting the early drop of LV intraventricular pressures and thus LV filling. All together, these results underlined the usefulness to evaluate LV mechanics at rest and during effort by STE, and point out the key role of twisting – untwisting mechanism in improved or depressed LV diastolic function

L’objectif de cette thèse de doctorat était de développer l’échographie ultrarapide 3D du cœur, plus particulièrement dans le but de caractériser le muscle cardiaque. A cet effet, un échographe ultrarapide assemblé dans notre laboratoire a été utilisé. Dans la première partie de cette thèse, un mode d’imagerie temps-réel a été développé pour faciliter l’imagerie in-vivo en utilisant ce scanner, ainsi que des outils de visualisation 3D et 4D. Par la suite, l’imagerie 3D du tenseur de rétrodiffusion a été développée pour analyser l’orientation des fibres musculaires du cœur de manière non-invasive au cours du cycle cardiaque. Des résultats obtenus sur un volontaire avant et après la contraction cardiaque ont été obtenus. De plus, les effets indésirables du mouvement axial ont été étudiés, et une méthode d’estimation de la vitesse axiale et de correction des aberrations induites a été proposée et appliquée sur l’homme. Cette technique pourrait devenir un outil intéressant de diagnostic et quantification de la désorganisation des fibres musculaires dans le cadre de cardiomyopathies hypertrophiques. De plus, l’échographie ultrarapide 3D a été utilisée pour visualiser la propagation dans les parois du cœur d’ondes de cisaillement générées naturellement au cours du cycle cardiaque, et un algorithme pour déterminer leurs vitesses a été développé. Cette technique a été validée grâce à des simulations numériques puis appliquée sur deux volontaires sains, pendant les phases de contraction et relaxation du myocarde. Etant donné que la vitesse des ondes de cisaillement est directement reliée à la rigidité du cœur, cette méthode pourrait permettre d’estimer la capacité du cœur à de contracter et à se relâcher, qui sont des paramètres important pour son fonctionnement. Enfin, l’activation de la contraction cardiaque de cœurs de rats isolés a été imagée à haute cadence et en 3D dans le but d’analyser la synchronisation de la contraction. Les délais d’activation mécanique ont pu correctement être quantifiés lors du rythme naturel du cœur, de stimulations électriques extérieures ainsi qu’en hypothermie. Ensuite, la faisabilité de la technique en 2D sur des cœurs humains de manière non-invasive a été étudiée et appliquée sur des fœtus et des adultes. Cette technique d’imagerie pourrait aider la caractérisation d’arythmies et améliorer leur traitement. En conclusion, nous avons introduit dans ces travaux de thèse trois nouvelles modalités d’imagerie ultrarapide 3D permettant de quantifier des propriétés structurelles et fonctionnelles du myocarde qui jusqu’ici ne pouvaient pas être imagée en échocardiographie. L’imagerie 3D ultrarapide est une modalité très prometteuse, non ionisante, transportable et qui pourrait améliorer fortement dans le futur le diagnostic et la prise en charge des patients. / The objectives of this PhD thesis were to develop 3D ultrafast ultrasound imaging of the human heart toward the characterization of cardiac tissues. In order to do so, a customized, programmable, ultrafast scanner built in our group was used. In the first part of this thesis, a real-time imaging sequence was developed to facilitate in-vivo imaging using this scanner, as well as dedicated 3D and 4D visualization tools. Then, we developed 3D Backscatter Tensor Imaging (BTI), a technique to visualize the muscular fibres orientation within the heart wall non-invasively during the cardiac cycle. Applications on a healthy volunteer before and after cardiac contraction was shown. Moreover, the undesired effects of axial motion on BTI were studied, and a methodology to estimate motion velocity and reduce the undesired affects was introduced and applied on a healthy volunteer. This technique may become an interesting tool for the diagnosis and quantification of fibres disarrays in hypertrophic cardiomyopathies. Moreover, 3D ultrafast ultrasound was used to image the propagation of naturally generated shear waves in the heart walls, and an algorithm to determine their speed was developed. The technique was validated in silico and the in vivo feasibility was shown on two healthy volunteers, during cardiac contraction and relaxation. As the velocity of shear waves is directly related to the rigidity of the heart, this technique could be a way to assess the ability of the ventricle to contract and relax, which is an important parameter for cardiac function evaluation. Finally, the transient myocardial contraction was imaged in 3D on isolated rat hearts at high framerate in order to analyse the contraction sequence. Mechanical activation delays were successfully quantified during natural rhythm, pacing and hypothermia. Then, the feasibility of the technique in 2D on human hearts non-invasively was investigated. Applications on foetuses and adults hearts were shown. This imaging technique may help the characterization of cardiac arrhythmias and thus improve their treatment. In conclusion, we have introduced in this work three novel 3D ultrafast imaging modalities for the quantification of structural and functional myocardial properties. 3D ultrafast imaging may become an important non-ionizing, transportable diagnostic tool that may improve the patient care at the bed side.

Grâce à son accessibilité, sa polyvalence et sa sécurité, l'échocardiographie est devenue la technique d'imagerie la plus utilisée pour évaluer la fonction cardiaque. Au vu du succès de l'échographie ultrarapide par ondes planes des techniques similaires pour augmenter la résolution temporelle en échocardiographie ont été mise en oeuvre. L’augmentation de la résolution temporelle de l’échographie cardiaque au-delà des valeurs actuellement atteignables (~ 60 à 80 images par secondes), pourrait être utilisé pour améliorer d’autres caractéristiques de l'échocardiographie, comme par exemple élargir la plage de vitesses détectables en imagerie Doppler couleur limitées par la valeur de Nyquist. Nous avons étudié l'échocardiographie ultrarapide en utilisant des fronts d’ondes ultrasonores divergentes. La résolution temporelle atteinte par la méthode d'ondes divergentes a permis d’améliorer les capacités des modes d’échocardiographie en mode B et en Doppler couleur. La résolution temporelle de la méthode mode B a été augmentée jusqu'à 633 images par secondes, tout en gardant une qualité d'image comparable à celle de la méthode d’échocardiographie conventionnelle. La vitesse de Nyquist de la méthode Doppler couleur a été multipliée jusqu'à 6 fois au delà de la limite conventionnelle en utilisant une technique inspirée de l’imagerie radar; l’implémentation de cette méthode n’aurait pas été possible sans l’utilisation de fronts d’ondes divergentes. Les performances avantageuses de la méthode d'échocardiographie ultrarapide sont supportées par plusieurs résultats in vitro et in vivo inclus dans ce manuscrit. / Because of its low cost, versatility and safety, echocardiography has become the most common imaging technique to assess the cardiac function. The recent success of ultrafast ultrasound plane wave imaging has prompted the implementation of similar approaches to enhance the echocardiography temporal resolution. The ability to enhance the echocardiography frame rate beyond conventional values (~60 to 80 fps) would positively impact other echocardiography features, e.g. broaden the color Doppler unambiguous velocity range. We investigated the ultrafast echocardiography imaging approach using ultrasound diverging waves. The high frame rate offered by the diverging wave method was used to enhance the capabilities of both B-mode and color Doppler echocardiography. The B-mode temporal resolution was increased to 633 fps whilst the image quality was kept almost unchanged with reference to the conventional echocardiography technique. The color Doppler Nyquist velocity range was extended to up to 6 times the conventional limit using a weather radar imaging approach; such an approach could not have been implemented without using the ultrafast diverging wave imaging technique. The advantageous performance of the ultrafast diverging wave echocardiography approach is supported by multiple in vitro and in vivo results included in this manuscript.

Chaque année, environ 1 à 1,25 million d’individus subiront une chirurgie cardiaque. [1] Environ 36 000 chirurgies cardiaques sont effectuées au Canada et 8000 procédures au Québec (http://www.ccs.ca). Le vieillissement de la population aura pour conséquence que la chirurgie cardiaque sera offerte à des patients de plus en plus à risque de complications, principalement en raison d’une co-morbidité plus importante, d’un risque de maladie coronarienne plus élevée, [2] d’une réserve physiologique réduite et par conséquent un risque plus élevé de mortalité à la suite d’une chirurgie cardiaque. L’une des complications significatives à la suite d’une chirurgie cardiaque est le sevrage difficile de la circulation extracorporelle. Ce dernier inclut la période au début du sevrage de la circulation extracorporelle et s’étend jusqu’au départ du patient de la salle d’opération. Lorsque le sevrage de la circulation extracorporelle est associé à une défaillance ventriculaire droite, la mortalité sera de 44 % à 86 %. [3-7] Par conséquent le diagnostic, l’identification des facteurs de risque, la compréhension du mécanisme, la prévention et le traitement du sevrage difficile de la circulation extracorporelle seront d’une importance majeure dans la sélection et la prise en charge des patients devant subir une chirurgie cardiaque. Les hypothèses de cette thèse sont les suivantes : 1) le sevrage difficile de la circulation extracorporelle est un facteur indépendant de mortalité et de morbidité, 2) le mécanisme du sevrage difficile de la circulation extracorporelle peut être approché d’une façon systématique, 3) la milrinone administrée par inhalation représente une alternative préventive et thérapeutique chez le patient à risque d’un sevrage difficile de la circulation extracorporelle après la chirurgie cardiaque. / Every year, 1 million to 1.25 million patients worldwide undergo cardiac surgery. [1] Up to 36,000 cardiac surgeries are performed each year in Canada and close to 8000 in Quebec (http://www.ccs.ca). Because of the aging of the population, cardiac surgery will increasingly be offered to patients at a higher risk of complications. Indeed, elderly patients have increased co-morbidities, and aging is also a significant risk factor in the prevalence of coronary artery disease. [2] The consequence is a reduced physiologic reserve, hence an increased risk of mortality. These issues will have a significant impact on future healthcare costs, because our population undergoing cardiac surgery will be older and more likely to develop postoperative complications. One of the most dreaded complications in cardiac surgery is difficult separation from cardiopulmonary bypass (CPB). The definition of difficult separation from CPB includes the time period from when CPB is initiated and until the patient leaves the operating room. When separation from CPB is associated with right ventricular failure, the mortality rate will range from 44% to 86%. [3-7] Therefore the diagnosis, the preoperative prediction, the mechanism, prevention and treatment of difficult separation from CPB will be crucial in order to improve the selection and care of patients and to prevent complications for this high-risk patient population. The hypotheses of this thesis are the following: 1) difficult separation from CPB is an independent factor of morbidity and mortality, 2) the mechanism of difficult separation from CPB can be understood through a systematic approach, 3) inhaled milrinone is a preventive and therapeutic approach in the patient at risk for difficult weaning from CPB after cardiac surgery.

Le nombre d’adultes porteurs d’une tétralogie de Fallot opérée dans l’enfance est en constante augmentation. Initialement, ces patients étaient considérés comme guéris. A l’âge adulte, ils présentent en fait des complications d’ordre rythmique, responsables de morts subites, et des complications d’ordre mécanique : dilatation du ventricule droit (VD) liée à l’insuffisance pulmonaire chronique, séquellaire de la première chirurgie de réparation de la cardiopathie. Les mécanismes de l’arythmie ainsi qu’une éventuelle interaction entre la dysfonction VD et la survenue de ces arythmies ne restent que partiellement élucidés. Dans ce travail, en couplant les données d’études cliniques et les données expérimentales issues d’un modèle animal (MA) mimant une tétralogie de Fallot réparée, nous avons montré que 1) l’échocardiographie ne pouvait pas se substituer à l’IRM pour la surveillance des patients avec tétralogie de Fallot réparée 2) la valvulation pulmonaire restait une intervention à risque de mortalité 3) une bioprothèse non stentée était une bonne solution pour effectuer cette valvulation 4) en cas de fuite tricuspidienne sévère lors de cette valvulation, une plastie était indispensable 5) plusieurs gènes participaient au remodelage ventriculaire droit (analyse génétique effectuée sur le MA) 6) le remodelage électrophysiologique du VD (MA) s’accompagnait de propriétés pro-arythmogènes. Les mécanismes de décompensation sont intriqués : un lien entre dysfonction VD et arythmie paraît bien établi. D’autres analyses électrophysiologiques sont en cours au niveau du ventricule gauche (MA), pour rechercher d’autres mécanismes pro-arythmogènes. / The number of adults with a repaired tetralogy of Fallot is increasing. In the past, those patients were considered healed. Nonetheless, they present arrhythmogenic issues, with frequent sudden death, and mechanical complications: right ventricular dilation due to long lasting pulmonary valve regurgitation, secondary to surgical repair. The origin of arrhythmia and its interaction with right ventricular dysfunction is only partially understood. In this study, combining clinical with experimental data, we pointed out: 1) concerning the follow-up of this population, echocardiography is not a substitute to MRI 2) operative mortality of pulmonary valve replacement (PVR) still exists 3) a stentless bioprosthesis represents a valid solution for PVR 4) a valve repair is mandatory for severe tricuspid valve regurgitation at PVR 5) the genetic analysis carried out in an animal model of repaired tetralogy of Fallot, demonstrated the involvement of numerous genes in right ventricular remodeling 6) remodeling of the right ventricle in this animal model generates pro-arrhythmic substrate. Heart failure mechanisms in repaired tetralogy of Fallot are complex: a link between right ventricular dysfunction and arrhythmias is demonstrated. Further studies are needed to investigate other pro-arrhythmic mechanisms involving the left ventricle.

Les maladies cardiaques sont une cause majeure de mortalité dans le monde (la première cause en Amérique du nord [192]), et la prise en charge de ses maladies entraîne des coûts élevés pour la société. La prévalence de l’insuffisance cardiaque augmente fortement avec l’âge, et, avec une population vieillissante, elle va demeurer une préoccupation croissante dans le futur, non seulement pour les pays industrialisés mais aussi pour ceux en développement. Ainsi il est important d’avoir une bonne compréhension de son mécanisme pour obtenir des diagnostics précoces et un meilleur prognostic pour les patients. Parmi les différentes formes d’insuffisance cardiaque, on trouve la dysfonction diastolique qui se traduit par une déficience du remplissage du ventricule. Pour une meilleure compréhension de ce mécanisme, de nombreuses études se sont intéressées au mouvement du sang dans le ventricule. On sait notamment qu’au début de la diastole le flux entrant prend la forme d’un anneau vortical (ou vortex ring). La formation d’un vortex ring par le flux sanguin après le passage d’une valve a été décrite pour la première fois en 1513 par Léonard de Vinci (Fig. 0.1). En effet après avoir moulé l’aorte dans du verre et ajouter des graines pour observer le flux se déplaçant dans son fantôme, il a décrit l’apparition du vortex au passage de la valve aortique. Ces travaux ont pu être confirmés 500 ans plus tard avec l’apparition de l’IRM [66]. Dans le ventricule, le même phénomène se produit après la valve mitrale, c’est ce qu’on appelle le vortex diastolique. Or, le mouvement d’un fluide (ici le sang) est directement relié a son environnement : la forme du ventricule, la forme de la valve, la rigidité des parois... L’intérêt est donc grandissant pour étudier de manière plus approfondie ce vortex diastolique qui pourrait apporter de précieuses informations sur la fonction diastolique. Les modalités d’imagerie permettant de le visualiser sont l’IRM et l’échographie. Cette thèse présente l’ensemble des travaux effectués pour permettre une meilleure caractérisation du vortex diastolique dans le ventricule gauche par imagerie ultrasonore Doppler. Pour suivre la dynamique de ce vortex dans le temps, il est important d’obtenir une bonne résolution temporelle. En effet, la diastole ventriculaire dure en moyenne 0.5 s pour un coeur humain au repos, une cadence élevée est donc essentielle pour suivre les différentes étapes de la diastole. La qualité des signaux Doppler est également primordiale pour obtenir une bonne estimation des vitesses du flux sanguin dans le ventricule. Pour étudier ce vortex, nous nous sommes intéressés à la mesure de sa vorticité en son centre v et à l’évolution de cette dernière dans le temps. Le travail se divise ainsi en trois parties, pour chaque un article a été rédigé : 1. Développement d’une séquence Doppler ultrarapide : La séquence se base sur l’utilisation d’ondes divergentes qui permettent d’atteindre une cadence d’image élevée. Associée à la vortographie, une méthode pour localiser le centre du vortex diastolique et en déduire sa vorticité, nous avons pu suivre la dynamique de la vorticité dans le temps. Cette séquence a permis d’établir une preuve de concept grâce à des acquisitions in vitro et in vivo sur des sujets humains volontaires. 2. Développement d’une séquence triplex : En se basant sur la séquence ultrarapide Doppler, on cherche ici à ajouter des informations supplémentaires, notamment sur le mouvement des parois. La séquence triplex permet non seulement de récupérer le mouvement sanguin avec une haute cadence d’images mais aussi le Doppler tissulaire. Au final, nous avons pu déduire les Doppler couleur, tissulaire, et spectral, en plus d’un Bmode de qualité grâce à la compensation de mouvement. On peut alors observer l’interdépendance entre la dynamique du vortex et celle des parois, en récupérant tous les indices nécessaires sur le même cycle cardiaque avec une acquisition unique. 3. Développement d’un filtre automatique : La quantification de la vorticité dépend directement des vitesses estimées par le Doppler. Or, en raison de leur faible amplitude, les signaux sanguins doivent être filtrés. En effet lors de l’acquisition les signaux sont en fait une addition des signaux sanguins et tissulaires. Le filtrage est une étape essentielle pour une estimation précise et non biaisée de la vitesse. La dernière partie de ce doctorat s’est donc concentrée sur la mise au point d’un filtre performant qui se base sur les dimensions spatiales et temporelles des acquisitions. On effectue ainsi un filtrage du tissu mais aussi du bruit. Une attention particulière a été portée à l’automatisation de ce filtre avec l’utilisation de critères d’information qui se basent sur la théorie de l’information. / Heart disease is one of the leading causes of death in the world (first cause in North America [192]), and causes high health care costs for society. The prevalence of heart failure increases dramatically with age and, due to the ageing of the population, will remain a major concern in the future, not only for developed countries, but also for developing countries. It is therefore crucial to have a good understanding of its mechanism to obtain an early diagnosis and a better prognosis for patients. Diastolic dysfunction is one of the variations of heart failure and leads to insufficient filling of the ventricle. To better understand the dysfunction, several studies have examined the blood motion in the ventricle. It is known that at the beginning of diastole, the filling flow creates a vortex pattern known as a vortex ring. This development of the ring by blood flow after passage through a valve was first described in 1513 by Leonardo Da Vinci (Fig. 0.1). After molding a glass phantom in an aorta and adding seeds to visually observe the flow through the phantom, he could describe the vortex ring development of the blood coming out of the aortic valve. His work was confirmed 500 years later with the emergence of MRI [66]. The same pattern can be observed in the left ventricle when the flow emerges from the mitral valve, referred to as the diastolic vortex. The flow motion (in our case the blood) is directly related to its environment : shape of the ventricle, shape of the valve, stiffness of the walls... There is therefore a growing interest in further studies on this diastolic vortex that could lead to valuable information on diastolic function. The imaging modalities which can be used to visualize the vortex are MRI and ultrasound. This thesis presents the work carried out to allow a better characterization of the diastolic vortex in the left ventricle by Doppler ultrasound imaging. For temporal monitoring of vortex dynamics, a high temporal resolution is required, since the ventricular diastole is about 0.5 s on average for a resting human heart. The quality of Doppler signals is also of utmost importance to get an accurate estimate of the blood flow velocity in the ventricle. To study this vortex, we focused on evaluating the core vorticity evaluation and especially on its evolution in time. The work is divided in three parts, and for each of them an article has been written : 1. Ultrafast Doppler sequence : The sequence is based on diverging waves, which resulted in a high frame rate. In combination with vortography, a method to locate the vortex core and derive its vorticity, the vortex dynamics could be tracked over time. This ix sequence could establish a proof of concept based on in vitro and in vivo acquisitions on healthy human volunteers. 2. Triplex sequence : Based on the ultrafast sequence, we were interested in adding information on the wall motion. The triplex sequence is able to recover not only the blood motion with a high framerate but also tissue Doppler. In the end, we could derive color, tissue, and spectral Doppler, along with a high quality Bmode by using motion compensation. The interdependence between vortex and walls dynamics could be highlighted by acquiring all the required parameters over a single cardiac cycle. 3. Automatic clutter filter : Vorticity quantification depends directly on the estimation of Doppler velocity. However, due to their low amplitude, blood signals must be filtered. Indeed, acquired signals are actually an addition of tissue and blood signals. Filtering is a critical step for an unbiased and accurate velocity estimation. The last part of this doctoral thesis has focused on the design of an efficient filter that takes advantage of the temporal and spatial dimensions of the acquisitions. Thus the tissue alongside the noise is removed. Particular care was taken to automatize the filter by applying information criteria based on information theory.

Le retrait du Mediator®, médicament des Laboratoires Servier en vente de 1976 à 2009, s’effectue après l’identification de pathologies spécifiques des valves cardiaques : les valvulopathies médicamenteuses. Depuis, l’évènement est abordé sous l’angle du scandale médico-sanitaire, des défaillances du système de régulation et des méthodes d’influence d’un industriel sur des décideurs (politiques ou prescripteurs). Une procédure juridique pour établir des probables infractions aux lois pénales est en cours. Pour comprendre les origines et les conséquences de l’affaire du benfluorex – au-delà des champs de compétence juridiques et politiques – ce travail de thèse propose une analyse du processus de non-reconnaissance d’un effet indésirable grave d’un médicament pendant plus de 30 ans et surtout les effets de ce non-repérage sur ceux qui sont directement concernés : les personnes l’ayant consommé. À partir des données issues de deux enquêtes par questionnaire distinctes adressées l’une à des usagers du Mediator® et l’autre à des cardiologues notre travail établit six différentes « figures » théoriques et analytiques des personnes exposées à la molécule se trouvant au centre de notre enquête. / The withdrawal of Mediator®, a drug sold by Laboratoires Servier between 1976 and 2009, occurred after specific pathologies of cardiac valves were identified: the drug induced valvular heart disease. Since then, the incident has been approached from the angle of health and medical scandal, regulation failure and the influence of an industrial company on decision makers (political figures or prescribers). A legal procedure to establish probable violations of criminal laws is under way. To understand the origins and consequences of the benfluorex affair - beyond the fields of legal and political jurisdiction - this thesis proposes an analysis of the process of non-recognition of a serious adverse side effect of a drug for over 30 years and, above all, the effects of this non-recognition on those directly concerned: the people having taken it. Using data from two separate surveys, one of Mediator® users and the other of French cardiologists, this study establishes six different theoretical and analytical "figures" of people exposed to the molecule at the center of the investigation.

L’hyperthyroïdie représente la maladie endocrinienne la plus commune chez les chats gériatriques. Ses répercussions systémiques sont similaires chez l’espèce féline et l’humain. L’hypertension pulmonaire se développe chez plus du deux tiers des humains hyperthyroïdiens. L’objectif de cette étude est d’évaluer si l’hyperthyroïdie féline affecte les paramètres hémodynamiques pulmonaires mesurés à l’échocardiographie (volet rétrospectif) ainsi que leur évolution dans le temps (volet prospectif). L’étude rétrospective a été réalisée à partir des examens échocardiographiques révisés de 26 chats hyperthyroïdiens non traités. Pour l’étude prospective, 7 chats hyperthyroïdiens non traités ont été recrutés et des échocardiographies ont été réalisées au moment du diagnostic, puis un mois et six mois suivant le retour à l’état euthyroïdien. Les groupes hyperthyroïdiens de chacun des volets ont été comparés à un groupe de chats sains (n = 15). Les chats hyperthyroïdiens présentent 1) une hyperdynamie ventriculaire droite, 2) un ratio du temps d’accélération sur le temps d’éjection du flux pulmonaire et une vitesse pulmonaire maximale augmentés et 3) un débit ou une fréquence cardiaque augmentés. L’évolution de ces changements dans le temps n’a montré aucune différence significative. Cette étude montre pour la première fois la présence d’altérations hémodynamiques pulmonaires à l’échocardiographie chez les chats hyperthyroïdiens. Les changements observés sont en partie différents de ceux décrits chez les humains hyperthyroïdiens, suggérant des mécanismes d’adaptation particuliers à l’espèce féline. Une importante variation à même la population féline dans la réponse métabolique aux hormones thyroïdiennes est soupçonnée. Des études supplémentaires sont nécessaires pour corréler les changements échocardiographiques observés au développement d’hypertension pulmonaire chez les chats hyperthyroïdiens. / Hyperthyroidism represents the most common endocrine disease in cats >10-years-old. Several of its multisystemic repercussions are similar between feline species and humans, including an increased basal metabolic rate and an activation of the sympathetic nervous system. Pulmonary hypertension has been reported in more than two third of humans with hyperthyroidism. This study aims to determine whether feline hyperthyroidism affects pulmonary arterial hemodynamics (retrospective study) and their progression in time (prospective study) with echocardiography. A bi-center retrospective study was realized from reviewed echocardiographic examinations of 26 untreated hyperthyroid cats. For the prospective study, 7 untreated hyperthyroid cats were recruited, and echocardiographic examinations were performed initially, followed by one and six months after treatment of hyperthyroidism. Hyperthyroid groups of each study were compared to a group of healthy cats (n = 15). Hyperthyroid cats presented 1) an hyperdynamic right ventricle, 2) elevated acceleration to ejection time ratio of the pulmonary flow and maximal pulmonary velocity and 3) a higher cardiac output or heart rate than healthy cats. The magnitude of these changes did not vary significantly over time. This study shows for the first time the presence of pulmonary hemodynamic alterations in hyperthyroid cats using echocardiography. These changes are partially different from those described in hyperthyroid humans, suggesting adaptation mechanisms specific to the feline species. Significant variation within the feline population in the metabolic response to thyroid hormones is suspected. Further studies are needed to correlate echocardiographic changes with the development of pulmonary hypertension in hyperthyroid cats.