Le ventricule droit (VD) fut longtemps oublié par les cardiologues mais l'expérience a montré qu'il conditionne le pronostic des patients dans de nombreuses situations cliniques et que l'évaluation de sa fonction est un élément diagnostique majeur lorsqu'une pathologie du VD est suspectée. Après une revue des différentes méthodes d'évaluation de la fonction ventriculaire droite, cette thèse explore tout d'abord les limites des deux méthodes d'évaluation du VD les plus répandues (IRM et échographie) : Premièrement, les indices de contraction longitudinale en échographie ne permettent pas de dépister correctement les altérations de la fraction d'éjection dans la situation d'une surcharge volumétrique notamment. Deuxièmement, l'IRM en coupes petit-axe présente des difficultés importantes de délinéation de l'endocarde. Les principaux écarts de contours entre deux observateurs concernent l'infundibulum pour 40% et la valve tricuspide pour 40% également. Dans une troisième partie, nous proposons un indice géométrique simple à calculer lors d'un examen IRM et permettant de pré-sélectionner les patients nécessitant une étude précise du VD. Cet indice validé sur 340 patients réduit le temps opérateur de 35% sans entrainer d'erreur diagnostique. La dernière partie de cette thèse s'intéresse à la mesure de la vitesse tissulaire du myocarde et aux indices fonctionnels qui en dérivent. Cette mesure nécessite une haute résolution temporelle qui peut être atteinte en IRM en respiration libre au prix d'une augmentation de la durée d'acquisition / The right ventricle (RV) has been neglected for a long time by cardiologists. Only recently, it has been pointed out as yielding pronostic or diagnostic value in numerous clinical situations. This thesis, after a review of the different methods used to assess the right ventricular function, stresses the limitations of the two most used methods to assess RV function: 1) Long-axis contraction indices fail to predict ejection fraction in a volumetric overload situation. 2) Short-axis MRI relies upon a rather difficult manual contouring of the endocardium. The main variation in this contouring occurs in the infundibulum (40%) and in the basal part around the tricuspid valve (40%). Then, we propose a novel geometric indice, easy to compute during a MRI examination and aimed to select the patients needing an accurate RV study. This index was validated within 340 patients and reduced the operator time of 35% without inducing any diagnostic error. The last part of this thesis concerns tissue phase-mapping. High temporal resolution is the key point for the accuracy of myocardial velocities and can be achieved by a simple averaging during free-breathing at the expense of longer acquisitions

An increasingly important research area within the field of cardiac modelling is the development and study of methods of model-based parameter estimation from clinical measurements of cardiac function. This provides a powerful approach for the quantification of cardiac function, with the potential to ultimately lead to the improved stratification and treatment of individuals with pathological myocardial mechanics. In particular, the diastolic function (i.e., blood filling) of left ventricle (LV) is affected by its capacity for relaxation, or the decay in residual active tension (AT) whose inhibition limits the relaxation of the LV chamber, which in turn affects its compliance (or its reciprocal, stiffness). The clinical determination of these two factors, corresponding to the diastolic residual AT and passive constitutive parameters (stiffness) in the cardiac mechanical model, is thus essential for assessing LV diastolic function. However these parameters are difficult to be assessed in vivo, and the traditional criterion to diagnose diastolic dysfunction is subject to many limitations and controversies. In this context, the objective of this study is to develop model-based applicable methodologies to estimate in vivo, from 4D imaging measurements and LV cavity pressure recordings, these clinically relevant parameters (passive stiffness and active diastolic residual tension) in computational cardiac mechanical models, which enable the quantification of key clinical indices characterising cardiac diastolic dysfunction. Firstly, a sequential data assimilation framework has been developed, covering various types of existing Kalman filters, outlined in chapter 3. Based on these developments, chapter 4 demonstrates that the novel reduced-order unscented Kalman filter can accurately retrieve the homogeneous and regionally varying constitutive parameters from the synthetic noisy motion measurements. This work has been published in Xi et al. 2011a. Secondly, this thesis has investigated the development of methods that can be applied to clinical practise, which has, in turn, introduced additional difficulties and opportunities. This thesis has presented the first study, to our best knowledge, in literature estimating human constitutive parameters using clinical data, and demonstrated, for the first time, that while an end-diastolic MR measurement does not constrain the mechanical parameters uniquely, it does provide a potentially robust indicator of myocardial stiffness. This work has been published in Xi et al. 2011b. However, an unresolved issue in patients with diastolic dysfunction is that the estimation of myocardial stiffness cannot be decoupled from diastolic residual AT because of the impaired ventricular relaxation during diastole. To further address this problem, chapter 6 presents the first study to estimate diastolic parameters of the left ventricle (LV) from cine and tagged MRI measurements and LV cavity pressure recordings, separating the passive myocardial constitutive properties and diastolic residual AT. We apply this framework to three clinical cases, and the results show that the estimated constitutive parameters and residual active tension appear to be a promising candidate to delineate healthy and pathological cases. This work has been published in Xi et al. 2012a. Nevertheless, the need to invasively acquire LV pressure measurement limits the wide application of this approach. Chapter 7 addresses this issue by analysing the feasibility of using two kinds of non-invasively available pressure measurements for the purpose of inverse parameter estimation. The work has been submitted for publication in Xi et al. 2012b.

Στην εργασία χρησιμοποιούνται σήματα καρδιακού ρυθμού, τα οποία αντιστοιχούν σε φυσιολογικές και οξαιμικές περιπτώσεις.Στην συνέχεια αυτά τα σήματα τα επεξεργαζόμαστε με διάφορες τεχνικές. Στόχος της εργασίας αυτής είναι ο διαχωρισμός των δυο αυτών ομάδων. / In this thesis are used signals of cardiac rythm, that correspond in physiologic and oxidemic cases.Then we processed these signals with various techniques.Target of this thesis is the segregation of this two teams.

Partie I : Objectifs. Ce travail propose une étude anatomique du coeur de porc afin d’élaborer des recommandations pour la réalisation d’une chirurgie cardiaque expérimentale. Matériels et méthodes. 16 porcs ont été étudiés. Le réseau coronaire artériel a été étudié chirurgicalement (n=13) et angiographiquement (n=10). Le réseau veineux coronaire a été analysé par dissections anatomiques (n=13) et injections rétrogrades de bleu de méthylène via le sinus coronaire (n=8). Résultats. Le positionnement intrapéricardique spécifique du coeur de porc, limite l’accès à l’aorte ascendante et à l’oreillette droite et nécessite des précautions particulières pour la réalisation d’une sternotomie et d’une canulation de l’aorte ascendante avec cardioplégie antérograde par la racine de l’aorte. Le réseau coronaire artériel est comparable au réseau humain (réseau droit dominant: 70%). Le sinus coronaire reçoit 4 afférences contre 3 chez l’homme. L’étude de la distribution de surface du réseau veineux nécessite la ligature préalable de la veine azygos gauche et confirme une asymétrie de perfusion au détriment du VD. La paroi antérieure du VD étant drainée par des petites veines cardiaques indépendantes du sinus coronaire. Conclusions. La connaissance des spécificités anatomiques cardiaques du porc a permis d’établir des recommandations pour la réalisation du modèle d’autorétroperfusion myocardique et plus largement de procédures chirurgicales cardiaques expérimentales sécurisées. Partie II : Objectifs. La perfusion rétrograde dans le sinus coronaire est utilisée pour la diffusion d’une solution de cardioplégie. Nous avons développé un modèle porcin d’autorétroperfusion myocardique à coeur battant (SMR) utilisant le réseau veineux coronaire pour assurer l’oxygénation du myocarde ventriculaire gauche. Ce modèle nous a permis d’évaluer les réponses hémodynamiques et cardiaques induites par SMR avant et après occlusion de l’artère IVA. Matériels et Méthodes. Une dérivation entre l’aorte ascendante et le sinus coronaire a été mise en place pour assurer une perfusion rétrograde sélective de la grande veine coronaire en sang oxygéné (SMR). Un groupe Contrôle (n=6) a permis de collecter des données physiologiques de référence et un groupe SMR (n=6) a été spécifiquement dédié à l’évaluation du concept d’autorétroperfusion myocardique après occlusion de l’artère IVA pendant au moins 240 minutes. Le débit cardiaque (CO), la pression maximale intra-VG (Pmax in-LV), le volume éjecté (SV), la fraction d’éjection ventriculaire gauche (FEVG), la durée diastolique (DD), la fréquence cardiaque (HR) et la pression artérielle systémique ont été monitorés en continu durant la période d’autorétroperfusion au moyen d’un cathéter de conductance type Millar® avant et après occlusion de l’IVA. La qualité de la perfusion systémique périphérique a été évaluée par l’analyse de la microcirculation sublinguale. En fin de procédure, les coeurs étaient prélevés pour une analyse histologique. Résultats. L’évaluation échographique de la FEVG était biaisée par la sternotomie alors que celle réalisée par le cathéter de conductance ne l’était pas. Le débit cardiaque après sternotomie a chuté en moyenne de 7.51% (P < 0.05). L’autorétroperfusion avec artère IVA perméable a généré des effets inotropes positifs, caractérisés par une augmentation du CO, du SV, de la Pmax in-LV et de la FEVG (P <0.0001). Après occlusion de l’IVA, l’autorétroperfusion a assuré, durant 240 minutes, une oxygénation myocardique et une compensation hémodynamique garantissant la préservation de la perfusion périphérique. L’analyse histologique a confirmé l’absence d’infarctus myocardique. Conclusions. L’autorétroperfusion myocardique a confirmé des propriétés inotropes positives et protectrices contre l’ischémie ouvrant des perspectives d’applications intéressantes / Part I: Objectives. This work reports an anatomic study of swine heart in order to produce technical recommendations and achieve successful experimental cardiac surgical procedures. Methods. 16 swines were studied. Coronary artery vessels were surgically (n=13) and angiographically (n=10) assessed. Coronary venous vessels were studied by anatomic dissections (n=13) and retrograde injection of methylene blue through the coronary sinus (n=8). Results. Specific pericardial positioning of swine heart dramatically differs from human heart resulting in a limited access to ascending aorta and right atrium, requiring surgical precautions to perform a safe sternotomy and canulation of ascending aorta with an antegrade cardioplegia. Arterial coronary pattern is similar to that of humans (right dominant supply: 70%). Pig coronary sinus receives 4 main branches vs 3 in human sinus. Preliminary ligation of the left azygos vein is required to visualize the surface distribution of methylene blue within the venous vessels, thereby confirming an optimized perfusion of the left ventricle whereas the right ventricle remains poorly perfused. This asymmetry of perfusion results from a specific venous drainage of the right ventricle through small cardiac veins disconnected from coronary sinus. Conclusions. Anatomic knowledge of swine heart validated surgical guidelines for designing the model of self-myocardial retroperfusion and safely performing experimental cardiac surgical procedures. Part II: Background. Retrograde perfusion into the coronary sinus is used to deliver cardioplegia. We developed an in-vivo porcine beating-heart model of self-myocardial retroperfusion (SMR) using the venous route to supply myocardial oxygenation and sought to assess hemodynamic and cardiac responses triggered by SMR before and after a prolonged occlusion of the LAD.Methods. A bypass-line between the ascending aorta and the coronary sinus was made to perform a selective retrograde perfusion of the great cardiac vein with oxygenated blood (SMR). A Control group (n=6) was assigned to collect baseline data, and an SMR group (n=6) was dedicated to undergo SMR with occlusion of LAD for 240 minutes. Cardiac output (CO), maximal pressure in the LV (Pmax in-LV), stroke volume (SV), left ventricular ejection fraction (LVEF), diastolic durations, heart rate, and arterial systemic pressure were evaluated with conductance catheters for the following periods: basal (before SMR), SMR with patent LAD, and SMR with occluded LAD. In order to assess peripheral perfusion, patterns of sublingual microcirculation were analyzed. At the end of the procedures, the hearts were harvested for histology. Results. Echographic LVEF evaluation was affected by sternotomy, but conductance catheter evaluation was not. Following pericardiotomy, CO decreased by 7.51% (P < 0.05). SMR with patent LAD showed inotropic properties with improvements in CO, SV, Pmax in-LV and LVEF (P < 0.0001). Following LAD occlusion, SMR supplied myocardial oxygenation with hemodynamic compensation and preserved the peripheral perfusion. Histology confirmed no signs of infarct. Conclusions. SMR showed capacities to produce inotropic effects and protect against ischemia, opening interesting potential applications