Ce projet illustre cinq études, mettant l'emphase sur le développement d'une nouvelle approche diagnostique cardiovasculaire afin d'évaluer le niveau d’oxygène contenu dans le myocarde ainsi que sa fonction microvasculaire. En combinant une séquence de résonance magnétique cardiovasculaire (RMC) pouvant détecter le niveau d’oxygène (OS), des manœuvres respiratoires ainsi que des analyses de gaz artériels peuvent être utilisés comme procédure non invasive destinée à induire une réponse vasoactive afin d’évaluer la réserve d'oxygénation, une mesure clé de la fonction vasculaire. Le nombre de tests diagnostiques cardiaques prescrits ainsi que les interventions, sont en pleine expansion. L'imagerie et tests non invasifs sont souvent effectués avant l’utilisation de procédures invasives. L'imagerie cardiaque permet d’évaluer la présence ou absence de sténoses coronaires, un important facteur économique dans notre système de soins de santé. Les techniques d'imagerie non invasives fournissent de l’information précise afin d’identifier la présence et l’emplacement du déficit de perfusion chez les patients présentant des symptômes d'ischémie myocardique. Néanmoins, plusieurs techniques actuelles requièrent la nécessité de radiation, d’agents de contraste ou traceurs, sans oublier des protocoles de stress pharmacologiques ou physiques. L’imagerie RMC peut identifier une sténose coronaire significative sans radiation. De nouvelles tendances d’utilisation de RMC visent à développer des techniques diagnostiques qui ne requièrent aucun facteur de stress pharmacologiques ou d’agents de contraste. L'objectif principal de ce projet était de développer et tester une nouvelle technique diagnostique afin d’évaluer la fonction vasculaire coronarienne en utilisant l' OS-RMC, en combinaison avec des manœuvres respiratoires comme stimulus vasoactif. Ensuite, les objectifs, secondaires étaient d’utilisés l’OS-RMC pour évaluer l'oxygénation du myocarde et la réponse coronaire en présence de gaz artériels altérés. Suite aux manœuvres respiratoires la réponse vasculaire a été validée chez un modèle animal pour ensuite être utilisé chez deux volontaires sains et finalement dans une population de patients atteints de maladies cardiovasculaires. Chez le modèle animal, les manœuvres respiratoires ont pu induire un changement significatif, mesuré intrusivement par débit sanguin coronaire. Il a été démontré qu’en présence d'une sténose coronarienne hémodynamiquement significative, l’OS-RMC pouvait détecter un déficit en oxygène du myocarde. Chez l’homme sain, l'application de cette technique en comparaison avec l'adénosine (l’agent standard) pour induire une vasodilatation coronarienne et les manœuvres respiratoires ont pu induire une réponse plus significative en oxygénation dans un myocarde sain. Finalement, nous avons utilisé les manœuvres respiratoires parmi un groupe de patients atteint de maladies coronariennes. Leurs myocardes étant altérées par une sténose coronaire, en conséquence modifiant ainsi leur réponse en oxygénation. Par la suite nous avons évalué les effets des gaz artériels sanguins sur l'oxygénation du myocarde. Ils démontrent que la réponse coronarienne est atténuée au cours de l’hyperoxie, suite à un stimuli d’apnée. Ce phénomène provoque une réduction globale du débit sanguin coronaire et un déficit d'oxygénation dans le modèle animal ayant une sténose lorsqu’un supplément en oxygène est donné. En conclusion, ce travail a permis d'améliorer notre compréhension des nouvelles techniques diagnostiques en imagerie cardiovasculaire. Par ailleurs, nous avons démontré que la combinaison de manœuvres respiratoires et l’imagerie OS-RMC peut fournir une méthode non-invasive et rentable pour évaluer la fonction vasculaire coronarienne régionale et globale. / This project encompasses five studies, which focus on developing a new cardiovascular diagnostic approach for assessing myocardial oxygenation and microvascular function. In combination with oxygenation-sensitive cardiovascular magnetic resonance (OS-CMR) imaging, breathing maneuvers and altered arterial blood gases can be used as a non-invasive method for inducing a vasoactive response to test the oxygenation reserve, a key measurement in vascular function. The number of prescribed cardiac diagnostic tests and interventions is rapidly growing. In particular, imaging and other non-invasive tests are frequently performed prior to invasive procedures. One of the most common uses of cardiac imaging is for the diagnosis of significant coronary artery stenosis, a critical cost factor in today’s health care system. Non-invasive imaging techniques provide the most reliable information for the presence and location of perfusion or oxygenation deficits in patients with symptoms suggestive of myocardial ischemia, yet many current techniques suffer from the need for radiation, contrast agents or tracers, and pharmacological or physical stress protocols. CMR imaging can identify significant coronary artery stenosis without radiation and new trends in CMR research aim to develop diagnostic techniques that do not require any pharmacological stressors or contrast agents. For this project, the primary aim was to develop and test a new diagnostic technique to assess coronary vascular function using OS-CMR in combination with breathing maneuvers as the vasoactive stimulus. Secondary aims then used OS-CMR to assess myocardial oxygenation and the coronary response in the presence of altered arterial blood gases. An animal model was used to validate the vascular response to breathing maneuvers before translating the technique to human subjects into both healthy volunteers, and a patient population with cardiac disease. In the animal models, breathing maneuvers could induce a significant change in invasively measured coronary blood flow and it was demonstrated that in the presence of a haemodynamically significant coronary stenosis, OS-CMR could detect a myocardial oxygen deficit. This technique was then applied in a human model, with healthy participants. In a direct comparison to the infusion of the coronary vasodilator adenosine, which is considered a standard agent for inducing vasodilation in cardiac imaging, breathing maneuvers induced a stronger response in oxygenation of healthy myocardium. The final study then implemented the breathing maneuvers in a patient population with coronary artery disease; in which myocardium compromised by a coronary stenosis had a compromised oxygenation response. Furthermore, the observed effects of arterial blood gases on myocardial oxygenation were assessed. This demonstrated that the coronary response to breath-hold stimuli is attenuated during hyperoxia, and this causes an overall reduction in coronary blood flow, and consequently an oxygenation deficit in a coronary stenosis animal model when supplemental oxygen is provided. In conclusion, this work has improved our understanding of potential new diagnostic techniques for cardiovascular imaging. In particular, it demonstrated that combining breathing maneuvers with oxygenation-sensitive CMR can provide a non-invasive and cost-effective method for assessing global and regional coronary vascular function.

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Blood oxygen level-dependent (BOLD) magnetic resonance (MR) imaging enables non-invasive spatial mapping of changes in cerebral blood flow (CBF). By applying a vasodilatory stimulus (such as inhaled CO2) during BOLD MR imaging, one can measure cerebral vasodilatory capacity. "Cerebrovascular reactivity" (CVR) is defined as the change in CBF per unit of vasodilatory stimulus. Vasodilatory capacity is clinically important as vasodilatation is a mechanism by which the brain maintains constant CBF despite reductions in cerebral perfusion pressure.ii Patients with arterial narrowing commonly demonstrate a paradoxical response: vasodilatory stimulus-induced reduction of BOLD MR signal. BOLD MR depends on CBF but on other factors too. Does a reduction of BOLD MR signal indicate a decrease in flow? Does BOLD MR CVR correlate with CVR measured using arterial spin labeling (ASL) MR? I studied thirty-eight patients with stenosis of brain-supplying arteries and found that the BOLD CVR and ASL CVR results correlate strongly (R=0.83, P<0.0001 for cerebral hemispheric gray matter). The second study aimed to determine whether preoperative CVR predicts the hemodynamic effect of extracranial-intracranial bypass surgery. Whereas prior studies relied on right-left interhemispheric CVR asymmetry indices, this study used “absolute” CVR from each hemisphere. I studied twenty-five patients with intracranial arterial stenosis. I found that the group with normal pre-operative CVR showed no change in CVR following bypass surgery (0.22% ± 0.05% to 0.22% ± 0.01% (mean ± SD)(P=0.881)), the group with reduced pre-operative CVR demonstrated an improvement (0.08% ± 0.05% to 0.21 ± 0.08% (mean ± SD)(P<0.001)), and the group with paradoxical pre-operative CVR demonstrated the greatest improvement (-0.04% ± 0.03% to 0.27% ± 0.03% (P=0.028)). ii Patients with arterial narrowing commonly demonstrate a paradoxical response: vasodilatory stimulus-induced reduction of BOLD MR signal. BOLD MR depends on CBF but on other factors too. Does a reduction of BOLD MR signal indicate a decrease in flow? Does BOLD MR CVR correlate with CVR measured using arterial spin labeling (ASL) MR? I studied thirty-eight patients with stenosis of brain-supplying arteries and found that the BOLD CVR and ASL CVR results correlate strongly (R=0.83, P<0.0001 for cerebral hemispheric gray matter). The second study aimed to determine whether preoperative CVR predicts the hemodynamic effect of extracranial-intracranial bypass surgery. Whereas prior studies relied on right-left interhemispheric CVR asymmetry indices, this study used “absolute” CVR from each hemisphere. I studied twenty-five patients with intracranial arterial stenosis. I found that the group with normal pre-operative CVR showed no change in CVR following bypass surgery (0.22% ± 0.05% to 0.22% ± 0.01% (mean ± SD)(P=0.881)), the group with reduced pre-operative CVR demonstrated an improvement (0.08% ± 0.05% to 0.21 ± 0.08% (mean ± SD)(P<0.001)), and the group with paradoxical pre-operative CVR demonstrated the greatest improvement (-0.04% ± 0.03% to 0.27% ± 0.03% (P=0.028)). The third study arose from an unexpected observation: paradoxical reactivity in the white matter of young healthy subjects. I evaluated healthy subjects using BOLD CVR and ASL CVR, transformed all CVR maps into a common brain space, and generated composite maps of CVR. Composite maps confirmed regions of significant paradoxical iii reactivity in the white matter. These regions may represent the physiological correlate of previously anatomically defined border-zones (watershed zones). The regions match the locations where elderly patients develop white matter rarefaction, so-called leukoaraiosis.

Blood oxygen level-dependent (BOLD) magnetic resonance (MR) imaging enables non-invasive spatial mapping of changes in cerebral blood flow (CBF). By applying a vasodilatory stimulus (such as inhaled CO2) during BOLD MR imaging, one can measure cerebral vasodilatory capacity. "Cerebrovascular reactivity" (CVR) is defined as the change in CBF per unit of vasodilatory stimulus. Vasodilatory capacity is clinically important as vasodilatation is a mechanism by which the brain maintains constant CBF despite reductions in cerebral perfusion pressure.ii Patients with arterial narrowing commonly demonstrate a paradoxical response: vasodilatory stimulus-induced reduction of BOLD MR signal. BOLD MR depends on CBF but on other factors too. Does a reduction of BOLD MR signal indicate a decrease in flow? Does BOLD MR CVR correlate with CVR measured using arterial spin labeling (ASL) MR? I studied thirty-eight patients with stenosis of brain-supplying arteries and found that the BOLD CVR and ASL CVR results correlate strongly (R=0.83, P<0.0001 for cerebral hemispheric gray matter). The second study aimed to determine whether preoperative CVR predicts the hemodynamic effect of extracranial-intracranial bypass surgery. Whereas prior studies relied on right-left interhemispheric CVR asymmetry indices, this study used “absolute” CVR from each hemisphere. I studied twenty-five patients with intracranial arterial stenosis. I found that the group with normal pre-operative CVR showed no change in CVR following bypass surgery (0.22% ± 0.05% to 0.22% ± 0.01% (mean ± SD)(P=0.881)), the group with reduced pre-operative CVR demonstrated an improvement (0.08% ± 0.05% to 0.21 ± 0.08% (mean ± SD)(P<0.001)), and the group with paradoxical pre-operative CVR demonstrated the greatest improvement (-0.04% ± 0.03% to 0.27% ± 0.03% (P=0.028)). ii Patients with arterial narrowing commonly demonstrate a paradoxical response: vasodilatory stimulus-induced reduction of BOLD MR signal. BOLD MR depends on CBF but on other factors too. Does a reduction of BOLD MR signal indicate a decrease in flow? Does BOLD MR CVR correlate with CVR measured using arterial spin labeling (ASL) MR? I studied thirty-eight patients with stenosis of brain-supplying arteries and found that the BOLD CVR and ASL CVR results correlate strongly (R=0.83, P<0.0001 for cerebral hemispheric gray matter). The second study aimed to determine whether preoperative CVR predicts the hemodynamic effect of extracranial-intracranial bypass surgery. Whereas prior studies relied on right-left interhemispheric CVR asymmetry indices, this study used “absolute” CVR from each hemisphere. I studied twenty-five patients with intracranial arterial stenosis. I found that the group with normal pre-operative CVR showed no change in CVR following bypass surgery (0.22% ± 0.05% to 0.22% ± 0.01% (mean ± SD)(P=0.881)), the group with reduced pre-operative CVR demonstrated an improvement (0.08% ± 0.05% to 0.21 ± 0.08% (mean ± SD)(P<0.001)), and the group with paradoxical pre-operative CVR demonstrated the greatest improvement (-0.04% ± 0.03% to 0.27% ± 0.03% (P=0.028)). The third study arose from an unexpected observation: paradoxical reactivity in the white matter of young healthy subjects. I evaluated healthy subjects using BOLD CVR and ASL CVR, transformed all CVR maps into a common brain space, and generated composite maps of CVR. Composite maps confirmed regions of significant paradoxical iii reactivity in the white matter. These regions may represent the physiological correlate of previously anatomically defined border-zones (watershed zones). The regions match the locations where elderly patients develop white matter rarefaction, so-called leukoaraiosis.

Le manuscrit suivant porte sur le développement d’une méthodologie de cartographie de la susceptibilité magnétique. Cette méthodologie a été appliquée au niveau des seins à des fins de détection de microcalcifications. Afin de valider ces algorithmes, un fantôme numérique ainsi qu’un fantôme réel ont été créés. À l’aide de ces images, les paramètres modifiables de notre méthodologie ont été ajustés. Par la suite, les problèmes reliés à l’imagerie du sein ont été explorés, tel la présence de gras ainsi que la proximité des poumons. Finalement, des images in vivo, acquises à 1.5 et 7.0 Tesla ont été analysées par notre méthodologie. Sur ces images 1.5T, nous avons réussi à observer la présence de microcalcifications. D’un autre côté, les images 7.0T nous ont permis de présenter un meilleur contraste que les images standards de magnitude. / The following manuscript is about the development of a methodology called quantitative susceptibility mapping. This methodology was applied to the breast with the purpose of detecting microcalcifications. To validate these algorithms, a digital phantom and a water phantom were created. Using these images, adjustable parameters were adjusted on our methodology. Thereafter, problems related to breast imaging, like the presence of fat and the proximity of the lungs, were explored. Finally, in vivo images, acquired at 1.5 and 7.0 Tesla were analyzed by our methodology. On these 1.5T images, we successfully observed the presence of microcalcifications. On the other hand, the 7.0T images allowed us to provide a better contrast than the standard magnitude images.

Sachant que l’Athérosclérose commence durant l’enfance par des marqueurs subcliniques, cette étude explore l’association entre l’indice de masse corporelle (IMC) et l’élastographie vasculaire non-invasive (NIVE) des artères carotides communes chez les enfants. On compare aussi les techniques de mesure de l’intima-média (IMT) des artères carotides en se basant sur le mode-B et la radiofréquence (RF) chez les enfants avec IMC normal et élevé. Il s’agit d’une étude prospective effectuée entre 2005 et 2011. Les paramètres de « NIVE » ont été comparés pour deux groupes d’IMC (normal et élevé) de 60 enfants respectivement, faisant tous partie de la cohorte de l’étude QUebec Adipose and Lifestyle Investigation in Youth (QUALITY). Les paramètres de NIVE incluent la contrainte axiale cumulative (CAS) en %, la translation axiale cumulative (CAT) en mm. L’épaisseur de l’intima-média est calculée selon trois méthodes : logiciel «M’ath-Std» (mode-B), « echotracking » des signaux de RF et probabilité de distribution des signaux de RF sur la plateforme NIVE. Une analyse ANOVA et corrélation Pearson ont été effectuées sur le logiciel SAS version 9.3. Une corrélation intra-class (ICC) a été effectuée sur un logiciel MedCalc version 17.2. L’âge moyen était 11,4 ans pour le groupe IMC normal et 12 pour le groupe IMC élevé. Cinquante-huit pourcent étaient des garçons dans le groupe IMC normal et 63% dans le groupe IMC élevé. Les deux groupes étaient différents selon l’âge, stade de Tanner, tension artérielle (systolique et diastolique), et LDL mais similaire pour le sexe. En contrôlant pour les variables confondantes, la CAS n’est pas différente entre les deux groupes. La CAT est plus basse chez les enfants avec IMC normal (CAT=0.51 +/-0.17 mm pour le groupe « IMC normal » et 0.67+/-0.24 mm pour le groupe « IMC élevé » (p<0.001)). Il y a une très faible corrélation entre les trois techniques de mesure d’IMT ICC=0,34 (95% intervalle de confiance 0,27-0,39). L’IMT est significativement plus élevé dans le groupe d’enfants « IMC élevé ». Mode-B (0.55 mm « IMC normal » vs. 0.57 mm « IMC élevé »; p=0.02); IMT RF (0.45 mm « IMC normal » vs. 0.48 mm « IMC élevé »; p=0.03) et IMT probabilité de distribution des signaux RF (0.32 mm « IMC normal » vs. 0.35 mm « IMC élevé »; p=0.010). La NIVE montre une différence significative dans la CAT de l'artère carotide commune des enfants avec un IMC normal par rapport à l'IMC élevé. Des variations significatives de la mesure des IMT ont été observées entre les différentes techniques. Cependant, les enfants avec IMC élevé ont des valeurs IMT plus élevées, indépendamment de la méthode utilisée. Les deux marqueurs subcliniques peuvent être utilisés pour la stratification des enfants à risque de maladies cardiovasculaires. La même méthode devrait toujours être utilisée. / Knowing that cardiovascular disease risk factors are present in asymptomatic children, this study explores the association between non-invasive vascular elastography (NIVE) as a subclinical marker of atherosclerosis and obesity in children. In the absence of a gold standard, we also compare B-mode and Radiofrequency (RF) based ultrasound measurements of intima-media thickness (IMT) in children with normal and increased body mass index (BMI). This is a prospective study between 2005 and 2011. NIVE parameters and IMT of the common carotid artery were compared between 60 children with normal BMI and 60 children with increased BMI enrolled in the QUebec Adipose and Lifestyle Investigation in Youth cohort (QUALITY). NIVE parameters included cumulated axial strain (CAS) (%) and cumulated axial translation (CAT) in mm. The three methods of IMT measurements included M’ath Std (B-mode), RF echotracking system and RF probability distribution using NIVE platform. ANOVA analysis and Pearson correlation were calculated using SAS version 9.3. Intra-class correlation coefficient (ICC) and regression analysis was done on MedCalc software version 17.2. The mean age was 11.4 years for the normal BMI group and 12 years for the increased BMI group. Fifty-eight percent were boys in the normal BMI group and 63% in the increased BMI group. The two groups were significantly different with respect to age, Tanner stage, systolic and diastolic blood pressure and were similar with respect to sex. After controlling for confounders, the results show no difference in CAS between the two groups and a significantly lower CAT in the normal BMI group (CAT=0.51+/-0.17 mm for the normal BMI group and 0.67+/-0.24 mm for the increased BMI group (p<0.001)). There is a weak correlation among the three techniques. ICC=0.34 (95% confidence interval (CI): 0.27-0.39). There is however significantly increased IMT in children with increased BMI according to all three techniques. The results were as follow: for B-mode IMT (0.55 mm (normal BMI group) vs. 0.57 mm (increased BMI group); p=0.02); for RF echotracking IMT (0.45 mm (normal BMI group) vs. 0.48 mm (increased BMI group); p=0.03) and for RF probability distribution IMT (0.32 mm (normal BMI group) vs. 0.35 mm (increased BMI group); p=0.010).NIVE is a one-step technique for IMT and CAT measurement in children at risk. Significant IMT measurement variation is observed between the three techniques. However, children with increased BMI tend to have higher IMT values regardless of the technique. Both subclinical markers can be used for optimal stratification of children with cardiovascular disease risk factors. The same technique should be used throughout.

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INTRODUCTION Les anévrismes cérébraux représentent une condition potentiellement mortelle. Ils sont traités par voie chirurgicale (« clipping ») ou endovasculaire (dont le « coiling »), et plusieurs essais cliniques randomisés comparant ces traitements utilisent les résultats angiographiques comme mesure du succès du traitement. Le développement d'une classification standardisée et applicable aux deux traitements et aux trois modalités angiographiques (conventionnelle, angioscan et angio-IRM) est nécessaire. Nos objectifs furent de revoir systématiquement les classifications existantes, d’évaluer la fiabilité inter/intra-observateur d’une nouvelle classification angiographique commune, et d’en vérifier la pertinence clinique. MÉTHODES Deux revues systématiques furent effectuées dans 5 bases de données pour recenser les classifications (et leur fiabilité, lorsque rapportée) pour chaque traitement. Les résultats d’angiographie conventionnelle post-clipping (n=30) ou coiling (n=30) de 60 patients furent évalués de manière indépendante, à l’aide d’une nouvelle classification à 3 catégories, par 19 cliniciens ayant diverses pratiques et expériences. Les observateurs devaient également indiquer la prise en charge clinique appropriée pour chaque cas: un suivi espacé, étroit, ou un retraitement. Quinze lecteurs ont procédé à une 2e évaluation des cas (présentée selon un ordre permuté) à 1 mois d’écart. Le même travail fut reconduit, dans un deuxième temps, par 24 observateurs avec 60 cas évalués par angioscan (n=30) ou angio-IRM (n=30). Les accords inter/intra-observateurs furent estimés avec la statistique Alpha de Krippendorff (aK); la corrélation entre le choix de classe et la prise en charge fut calculée avec un test V de Cramer. RÉSULTATS Soixante-dix classifications (44 post-clipping, 26 post-coiling) furent recensées dans la littérature. La fiabilité variait de 0.12 à 1.00, avec une hétérogénéité significative en termes d’observateurs et de patients. L’accord inter-observateur pour la classification retenue était substantiel pour les résultats d’angiographie conventionnelle (aK=0.76; 0.67–0.83) et des autres modalités (aK=0.63; 0.55–0.70); peu importe le traitement, la spécialité ou l’expérience des évaluateurs. La classe est fortement corrélée à la prise en charge (V de Cramer de 0,77 à 0,80 selon la modalité angiographique; p<0,001). CONCLUSION La classification proposée est fiable et pertinente cliniquement. Elle servira d’outil valide pour évaluer les résultats angiographiques d’anévrismes dans les futurs essais cliniques comparant les deux traitements, peu importe la modalité d’imagerie utilisée. / INTRODUCTION Intracranial aneurysms are a medical condition associated with serious morbidity and mortality when ruptured. They are mainly treated with surgical clipping or endovascular coiling, and randomized clinical trials comparing both treatments often use angiographic results as a surrogate outcome of treatment success. The development of a standardized, reliable method to report angiographic results, applicable to both treatments using any angiographic modality (Conventional [CA], Computed tomography [CTA], or magnetic resonance [MRA] angiography) is needed. We sought to systematically review existing methods of classifying treated aneurysms and to assess the inter-/intra-rater reliability of a new angiographic grading scale, as well as its clinical relevance. METHODS We conducted two separate systematic reviews in 5 databases to collect post-clipping and post-coiling grading scales, along with their reliability when reported. The CA of 60 cases of clipped (n=30) and coiled (n=30) aneurysms were independently evaluated by 19 raters of various backgrounds and experiences using a new 3-grade scale. Raters were also asked how they would manage each case (delayed, close follow-up, or retreatment). Fifteen raters performed a 2nd evaluation of the same cases (in a permuted order) at least one month apart. The same methodology was used to study the reliability of the scale when 60 noninvasive angiography cases of clipped (30 CTA) or coiled (30 MRA) aneurysms were evaluated by 24 raters. Inter and intra-rater agreements were assessed using Krippendorff’s Alpha statistics (aK), and the relationship between occlusion grade and clinical management using Cramer’s V test. RESULTS The systematic reviews found 70 grading scales (44 post-clipping, 26 post-coiling) with significant heterogeneity in terms of reliability (kappa values from 0.12 to 1.00), raters, and patients. Overall inter-rater agreement for the grading scale was substantial for CA results (aK=0.76; 0.67–0.83) as well as for noninvasive results (aK=0.63; 0.55–0.70); regardless of background, experience, or treatment used. A strong relationship was found between angiographic grades and management decisions (V=0.80±0.12 for CA; V=0.77±0.14 for CTA/MRA [p<0.001]). CONCLUSION A standardized 3-grade scale was found to be a reliable and clinically meaningful tool to compare the results of clipping and coiling of aneurysms using any angiographic modality. It could be used as a valid tool to adjudicate results of comparative randomized trials, and to standardize the reporting of aneurysm treatments.

Objectif : Déterminer la capacité de la séquence IRM 4D flow à mesurer la forme et le flot (débit, vélocité) de l’artère hépatique et de ses branches en trois dimensions. Méthodologie : Un fantôme de l’artère hépatique réaliste qui imite le flux sanguin et les mouvements respiratoires ainsi que 20 volontaires ont été imagés. La précision du 4D flow Cartésien avec navigateur et remplissage de l’espace-k selon la position respiratoire était déterminée in-vitro à quatre résolutions spatiales (0,5 à 1,0 mm isotropique) et fenêtres d’acceptation du navigateur (± 8 et ± 2 mm) avec un scanner IRM à 3T. Deux séquences centrées sur les branches hépatiques et gastroduodénales étaient évaluées in-vivo et comparés au contraste de phase 2D. Résultats : In vitro, l’augmentation de la résolution spatiale diminuait plus l’erreur qu’une fenêtre d’acceptation plus étroite (30.5 à -4.67% vs -6.64 à -4.67% pour le débit). In vivo, les artèreshépatiques et gastroduodénales étaient mieux visualisées avec la séquence de haute résolution (90 vs 71%). Malgré un accord interobservateur similaire (κ = 0.660 et 0.704), la séquence à plus haute résolution avait moins de variabilité pour l’aire, le débit, et la vélocité moyenne. Le 4D flow avait une meilleure cohérence interne entre l’afflux et l’efflux à la bifurcation de l’artère hépatique (1.03 ± 5.05% et 15.69 ± 6.14%) que le contraste de phase 2D (28.77 ± 21.01%). Conclusion : Le 4D flow à haute résolution peut évaluer l’anatomie et l’hémodynamie de l’artère hépatique avec une meilleure précision, visibilité, moindre variabilité et meilleure concordance interne. / Objectives: To assess the ability of four-dimensional (4D) flow, an MRI sequence that captures the form and flow of vessels in three dimensions, to measure hepatic arterial hemodynamics. Methods: A dynamic hepatic artery phantom and 20 consecutive volunteers were scanned. The accuracies of Cartesian 4D flow sequences with k-space reordering and navigator gating at four spatial resolutions (0.5- to 1-mm isotropic) and navigator acceptance windows (± 8 to ± 2 mm) were assessed in vitro at 3 T. Two sequences centered on gastroduodenal and hepatic artery branches were assessed in vivo for intra - and interobserver agreement and compared to 2D phase-contrast (0.5-mm in -plane). Results In vitro, higher spatial resolution led to a greater decrease in error than narrower navigator window (30.5 to −4.67% vs−6.64 to −4.67% for flow). In vivo, hepatic and gastroduodenal arteries were visualized more frequently with the higher resolution sequence (90 vs 71%). Despite similar interobserver agreement (κ = 0.660 and 0.704), the higher resolution sequence had lower variability for area, flow, and average velocity. 4D flow had lower differences between inflow and outflow at the hepatic artery bifurcation (11.03 ± 5.05% and 15.69 ± 6.14%) than 2D phase-contrast (28.77 ± 21.01%). Conclusion: High-resolution 4D flow can assess hepatic artery anatomy and hemodynamics with improved accuracy, greater vessel visibility, better interobserver reliability, and internal consistency.

Introduction: Le cancer colorectal demeure un grave problème de santé publique au Canada. Les programmes de dépistage pourraient réduire l'incidence du cancer colorectal et la mortalité qui lui est associée. Une coloscopie de haute qualité est considérée comme un moyen rentable de prévenir le cancer en identifiant et en éliminant les lésions précurseurs du cancer. Bien que la coloscopie puisse servir de mesure préventive contre le cancer, la procédure peut imposer un fardeau supplémentaire à la santé publique par l'enlèvement et l'évaluation histologique de polypes colorectaux diminutifs et insignifiants, qui présentent un risque minime d'histologie avancée ou de cancer. La technologie de l'amélioration de l'image permettrait aux médecins de réséquer et de rejeter les polypes diminutifs ou de diagnostiquer et de laisser les polypes rectosigmoïdiens diminutifs sans examen histopathologique. Malgré la disponibilité de systèmes informatiques de caractérisation des polypes, la pratique du diagnostic optique reste limitée en raison de la crainte d'un mauvais diagnostic de cancer, d'une mauvaise surveillance des patients et des problèmes médico-légaux correspondants. Il est donc indispensable d'élaborer des stratégies alternatives de résection et d'élimination non optiques pour améliorer la précision et la sécurité du diagnostic optique et l'adapter à la pratique clinique. Ces stratégies doivent répondre à des critères cliniques simples et ne nécessitent pas de formation supplémentaire ni de dispositifs d'amélioration de l'image. De plus, la pratique sûre du diagnostic optique, la prise de décision appropriée concernant la technique de polypectomie ou l'intervalle de surveillance dépendent de l'estimation précise de la taille des polypes. La variabilité inter-endoscopistes dans la mesure de la taille des polypes exige le développement de méthodes fiables et validées pour augmenter la précision de la mesure de la taille. Une balance virtuelle intégrée à un endoscope haute définition est actuellement disponible pour le calcul automatique de la taille des polypes, mais sa faisabilité clinique n'a pas encore été établie. En dehors des points susmentionnés, une coloscopie de haute qualité nécessite l'examen complet de la muqueuse colique, ainsi que la visualisation de la valve iléocæcale et de l'orifice appendiculaire. À ce jour, aucune solution informatique n'a été capable d'assister les endoscopistes pendant les coloscopies en temps réel en détectant et en différenciant les points de repère cæcaux de façon automatique. Objectifs: Les objectifs de cette thèse sont : 1) d'étudier l'effet de la limitation du diagnostic optique aux polypes de 1 à 3 mm sur la sécurité du diagnostic optique pour le traitement des polypes diminutifs et l'acceptation par les endoscopistes de son utilisation dans les pratiques en temps réel tout en préservant ses potentiels de temps et de rentabilité ; 2) élaborer et examiner des stratégies non optiques de résection et d'élimination qui peuvent remplacer le diagnostic optique tout en offrant les mêmes possibilités d'économie de temps et d'argent ; 3) examiner la précision relative d'un endoscope à échelle virtuelle pour mesurer la taille des polypes ; 4) former, valider et tester un modèle d'intelligence artificielle qui peut prédire la complétude d'une procédure de coloscopie en identifiant les points de repère anatomiques du cæcum (c'est-à-dire la valve iléo-cæcale et l'orifice appendiculaire) et en les différenciant les uns des autres, des polypes et de la muqueuse normale. Méthodes: Pour atteindre le premier objectif de cette thèse, une analyse post-hoc de trois études prospectives a été réalisée pour évaluer la proportion de patients chez lesquels des adénomes avancés ont été découverts et le diagnostic optique a entraîné une surveillance retardée dans trois groupes de taille de polypes : 1–3, 1–5, et 1–10 mm. Pour atteindre le second objectif de cette thèse, deux stratégies non optiques ont été développées et testées dans deux études prospectives: une stratégie de résection et d'élimination basée sur la localisation qui utilise la localisation anatomique des polypes pour classer les polypes du côlon en non-néoplasiques ou néoplasiques à faible risque et une stratégie de résection et d'élimination basée sur les polypes qui attribue des intervalles de surveillance en fonction du nombre et de la taille des polypes. Dans les trois études, la concordance de l'attribution d'intervalles de surveillance basée sur un diagnostic optique à haute confiance ou sur des stratégies non optiques avec les recommandations basées sur la pathologie, ainsi que la proportion d'examens pathologiques évités et la proportion de communications immédiates d'intervalles de surveillance, ont été évaluées. Le troisième objectif de cette thèse a été abordé par le biais d'une étude de faisabilité pilote prospective qui a utilisé la mesure de spécimens de polypes immédiatement après leur prélèvement, suite à une polypectomie par un pied à coulisse Vernier comme référence pour comparer la précision relative des mesures de la taille des polypes entre les endoscopistes et un endoscope à échelle virtuelle. Enfin, le quatrième objectif de cette thèse a été évalué par l'enregistrement et l'annotation prospective de vidéos de coloscopie. Des images non modifiées de polype, de valve iléo-caecale, d'orifice appendiculaire et de muqueuse normale ont été extraites et utilisées pour développer et tester un modèle de réseau neuronal convolutionnel profond pour classer les images pour les points de repère qu'elles contiennent. Résultats: La réduction du seuil du diagnostic optique favoriserait la sécurité du diagnostic optique en diminuant de manière significative le risque d'écarter un polype avec une histologie avancée ou la mauvaise surveillance d'un patient avec de tels polypes. En outre, les stratégies non optiques de résection et d'élimination pourraient dépasser le critère de référence d'au moins 90% de concordance dans l'attribution des intervalles de surveillance post-polypectomie par rapport aux décisions basées sur l'évaluation pathologique. De plus, il a été démontré que l'endoscope à échelle virtuelle est plus précis que l'estimation visuelle de la taille des polypes en temps réel. Enfin, un modèle d'apprentissage profond s'est révélé très efficace pour détecter les repères cæcaux, les polypes et la muqueuse normale, à la fois individuellement et en combinaison. Discussion: La prédiction histologique optique des polypes de 1 à 3 mm est une approche efficace pour améliorer la sécurité et la faisabilité de la stratégie de résection et d'écartement dans la pratique. Les approches non optiques de résection et d'élimination offrent également des alternatives viables au diagnostic optique lorsque les endoscopistes ne sont pas en mesure de répondre aux conditions de mise en œuvre systématique du diagnostic optique, ou lorsque la technologie d'amélioration de l'image n'est pas accessible. Les stratégies de résection et de rejet, qu'elles soient optiques ou non, pourraient réduire les coûts supplémentaires liés aux examens histopathologiques et faciliter la communication du prochain intervalle de surveillance le même jour que la coloscopie de référence. Un endoscope virtuel à échelle réduite faciliterait l'utilisation du diagnostic optique pour la détection des polypes diminutifs et permet une prise de décision appropriée pendant et après la coloscopie. Enfin, le modèle d'apprentissage profond peut être utile pour promouvoir et contrôler la qualité des coloscopies par la prédiction d'une coloscopie complète. Cette technologie peut être intégrée dans le cadre d'une plateforme de vérification et de génération de rapports qui élimine le besoin d'intervention humaine. Conclusion: Les résultats présentés dans cette thèse contribueront à l'état actuel des connaissances dans la pratique de la coloscopie concernant les stratégies pour améliorer l'efficacité de la coloscopie dans la prévention du cancer colorectal. Cette étude fournira des indications précieuses pour les futurs chercheurs intéressés par le développement de méthodes efficaces de traitement des polypes colorectaux diminutifs. Le diagnostic optique nécessite une formation complémentaire et une mise en œuvre à l'aide de modules de caractérisation informatisés. En outre, malgré la lenteur de l'adoption des solutions informatiques dans la pratique clinique, la coloscopie assistée par l'IA ouvrira la voie à la détection automatique, à la caractérisation et à la rédaction semi-automatique des rapports de procédure. / Introduction: Colorectal cancer remains a critical public health concern in Canada. Screening programs could reduce the incidence of colorectal cancer and its associated mortality. A high-quality colonoscopy is appraised to be a cost-effective means of cancer prevention through identifying and removing cancer precursor lesions. Although colonoscopy can serve as a preventative measure against cancer, the procedure can impose an additional burden on the public health by removing and histologically evaluating insignificant diminutive colorectal polyps, which pose a minimal risk of advanced histology or cancer. The image-enhance technology would enable physicians to resect and discard diminutive polyps or diagnose and leave diminutive rectosigmoid polyps without histopathology examination. Despite the availability of computer-based polyp characterization systems, the practice of optical diagnosis remains limited due to the fear of cancer misdiagnosis, patient mismanagement, and the related medicolegal issues. Thus, alternative non-optical resection and discard strategies are imperative for improving the accuracy and safety of optical diagnosis for adaptation to clinical practice. These strategies should follow simple clinical criteria and do not require additional education or image enhanced devices. Furthermore, the safe practice of optical diagnosis, adequate decision-making regarding polypectomy technique, or surveillance interval depends on accurate polyp size estimation. The inter-endoscopist variability in polyp sizing necessitates the development of reliable and validated methods to enhance the accuracy of size measurement. A virtual scale integrated into a high-definition endoscope is currently available for automated polyp sizing, but its clinical feasibility has not yet been demonstrated. In addition to the points mentioned above, a high-quality colonoscopy requires the complete examination of the entire colonic mucosa, as well as the visualization of the ileocecal valve and appendiceal orifice. To date, no computer-based solution has been able to support endoscopists during live colonoscopies by automatically detecting and differentiating cecal landmarks. Aims: The aims of this thesis are: 1) to investigate the effect of limiting optical diagnosis to polyps 1–3mm on the safety of optical diagnosis for the management of diminutive polyps and the acceptance of endoscopists for its use in real-time practices while preserving its time- and cost-effectiveness potentials; 2) to develop and examine non-optical resect and discard strategies that can replace optical diagnosis while offering the same time- and cost-saving potentials; 3) to examine the relative accuracy of a virtual scale endoscope for measuring polyp size; 4) to train, validate, and test an artificial intelligence-empower model that can predict the completeness of a colonoscopy procedure by identifying cecal anatomical landmarks (i.e., ileocecal valve and appendiceal orifice) and differentiating them from one another, polyps, and normal mucosa. Methods: To achieve the first aim of this thesis, a post-hoc analysis of three prospective studies was performed to evaluate the proportion of patients in which advanced adenomas were found and optical diagnosis resulted in delayed surveillance in three polyp size groups: 1‒3, 1‒5, and 1‒10 mm. To achieve the second aim of this thesis, two non-optical strategies were developed and tested in two prospective studies: a location-based resect and discard strategy that uses anatomical polyp location to classify colon polyps into non-neoplastic or low-risk neoplastic and a polyp-based resect and discard strategy that assigns surveillance intervals based on polyp number and size. In all three studies, the agreement of assigning surveillance intervals based on high-confidence optical diagnosis or non-optical strategies with pathology-based recommendations, as well as the proportion of avoided pathology examinations and the proportion of immediate surveillance interval communications, was evaluated. The third aim of this thesis was addressed through a prospective pilot feasibility study that used the measurement of polyp specimens immediately after retrieving, following a polypectomy by a Vernier caliper as a reference to compare the relative accuracy of polyp size measurements between endoscopists and a virtual scale endoscope. Finally, the fourth aim of this thesis was assessed through prospective recording and annotation of colonoscopy videos. Unaltered images of polyp, ileocecal valve, appendiceal orifice and normal mucosa were extracted and used to develop and test a deep convolutional neural network model for classifying images for the containing landmarks. Results: Reducing the threshold of optical diagnosis would promote the safety of optical diagnosis by significantly decreasing the risk of discarding a polyp with advanced histology or the mismanagement of a patient with such polyps. Additionally, the non-optical resect and discard strategies could surpass the benchmark of at least 90% agreement in the assignment of post-polypectomy surveillance intervals compared with decisions based on pathologic assessment. Moreover, the virtual scale endoscope was demonstrated to be more accurate than visual estimation of polyp size in real-time. Finally, a deep learning model proved to be highly effective in detecting cecal landmarks, polyps, and normal mucosa, both individually and in combination. Discussion: Optical histology prediction of polyps 1‒3 mm in size is an effective approach to enhance the safety and feasibility of resect and discard strategy in practice. Non-optical resect and discard approaches also offer feasible alternatives to optical diagnosis when endoscopists are unable to meet the conditions for routine implementation of optical diagnosis, or when image-enhanced technology is not accessible. Both optical and non-optical resect and discard strategies could reduce additional costs related to histopathology examinations and facilitate the communication of the next surveillance interval in the same day as the index colonoscopy. A virtual scale endoscope would facilitate the use of optical diagnosis for the detection of diminutive polyps and allows for appropriate decision-making during and after colonoscopy. Additionally, the deep learning model may be useful in promoting and monitoring the quality of colonoscopies through the prediction of a complete colonoscopy. This technology may be incorporated as part of a platform for auditing and report generation that eliminates the need for human intervention. Conclusion: The results presented in this thesis will contribute to the current state of knowledge in colonoscopy practice regarding strategies for improving the efficacy of colonoscopy in the prevention of colorectal cancer. This study will provide valuable insights for future researchers interested in developing effective methods for treating diminutive colorectal polyps. Optical diagnosis requires further training and implementation using computer-based characterization modules. Furthermore, despite the slow adoption of computer-based solutions in clinical practice, AI-empowered colonoscopy will eventually pave the way for automatic detection, characterization, and semi-automated completion of procedure reports in the future.