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Les maladies cardiovasculaires sont une des principales causes de décès dans le monde. L'athérosclérose est une maladie évolutive cardiovasculaire par laquelle les artères s'obstruent partiellement ou totalement. L'angioplastie est une technique cliniquement validée pour traiter l’athérosclérose bien que, le taux de resténose élevé soit un facteur limitant. L’implantation d’endoprothèses coronariennes (stents) lors de l’angioplastie a permis une diminution de 15 à 30% du taux de resténose, mais le risque reste encore relativement élevé. De plus, la corrosion des stents métalliques et la libération d’éléments potentiellement toxiques sont d’autres problèmes liés à leur application dans l’organisme. L’utilisation d’une couche polymérique à la surface des stents métalliques présente une voie intéressante pour prévenir le stent de la corrosion et diminuer le taux de resténose. Dans le cadre de ce mémoire, deux différents types de revêtements polymériques seront présentés. Tout d’abord, cette étude a porté sur les couches minces fluorocarbonées (CFx) déposées par plasma froid sur la surface en acier inoxydable. Ce recouvrement pourrait être chimiquement inerte, hydrophobe et biocompatible. Grâce à la méthode de dépôt par plasma froid associée à la modulation de la composition chimique et de la morphologie de l’interface, cette couche mince fluorocarbonée présente une bonne adhérence interfaciale (polymère-métal). Cependant des études de vieillissement effectuées sur ces échantillons ont montré une dégradation chimique et morphologique du revêtement et une oxydation du substrat après seulement 2 semaines de vieillissement dans l’eau déionisée. Afin de pallier ce problème, l’effet du post-traitement a été étudié. Dans, le chapitre II l’influence de ces traitements sur la composition chimique, la structure morphologie et la résistance au vieillissement sera présentée. La deuxième partie de ces travaux porte sur l’étude des recouvrements en copolymère dextrane-graft-polybutylméthacrylate (dextane-graft-PBMA). Le dextrane est un polysaccharide avec des propriétés biologiques intéressantes. Les dérivés du dextrane stimulent la prolifération des cellules endothéliales et inhibent celle des cellules musculaires lisses ainsi que la coagulation sanguine. L’utilisation des dérivés du dextrane en tant que recouvrement des stents métalliques permettrait de diminuer le taux de resténose et d’améliorer leur hémocompatibilité à long terme. Le dextrane a une très grande solubilité en milieu aqueux et ne peut donc pas former directement des films stables. De plus, il présente de très faibles propriétés mécaniques. La copolymérisation du dextrane avec un polymère synthétique hydrophobe est une voie intéressante afin de former un recouvrement plus stable en milieu aqueux et conférer des propriétés mécaniques plus importantes. Dans cette optique, la synthèse du copolymère dextrane-graft-PBMA peut s’avérer intéressante. Cette approche permettrait de combiner les propriétés biologiques du dextrane et les propriétés mécaniques du poly (butylméthacrylate). Le projet est partagé entre le Laboratoire de Bio-ingénierie de Polymères Cardiovasculaires (LBPC) à l’université Paris 13 et le Laboratoire de Biomatériaux et de Bioingénierie (LBB) à Québec. Des échantillons modèles d’acier inoxydable 316L ont été préparés au LBB, recouverts au LBPC et caractérisés au LBB au niveau de la composition chimique, de la structure morphologique et des propriétés mécaniques des recouvrements de dextrane-graft-PBMA. / Cardiovascular diseases are a major cause of death in the world. Atherosclerosis is a progressive disease in which the arteries partially or completely clog. Angioplasty is a clinically validated technique for treatment of atherosclerosis; however, a high restenosis rate remains the limiting factor for angioplasty. The implantation of a stent during angioplasty reduces the rate of restenosis between 15-30%, but the risk of restenosis remains relatively high. Moreover, corrosion and the release of potentially toxic elements are further drawbacks associated with metallic stents. The use of a polymer coating on the metallic stent surfaces can prevent stent corrosion and reduce the restenosis rate. In this study two different types of polymeric stent coatings will be presented. The first part of this research deals with the thin fluorocarbon (CFx) polymeric film deposited by cold plasma on the surface of stainless steel. This coating is assumed to be chemically inert, hydrophobic, and bio-compatible. Use of cold plasma deposition method modulates chemical composition and changes the morphology of the interface in the way that the polymeric film shows a good interfacial adhesion (polymer-metal). However, the aging studies performed on the samples submerged in deionised water show evidence of morphological and chemical degradation of the coating besides demonstrating the substrate oxidation, after only two weeks. To overcome this problem, the influence of a post-treatment was studied. In chapter II, The influence of these treatments on the chemical composition, morphological structure and resistance to aging will be presented. The second part of this research involves the study of dextran-graf-polybutylmethacrylate (dextran-graft-PBMA); dextran is a polysaccharide with interesting biological properties. The dextran derivatives stimulate the proliferation of endothelial cells and inhibit the smooth muscle cells proliferation and blood clotting. It was assumed that the dextran derivative coatings may decrease the rate of restenosis and improve long-term hemocompatibility of the stents. Unfortunately, dextran is highly soluble in aqueous media, therefore cannot directly form a stable film. Furthermore, dextran has poor mechanical properties. A solution to form a more stable coating in aqueous media, while improving its mechanical properties, is the copolymerization of dextran with a synthetic hydrophobic polymer. In this context, the synthesis of copolymer dextran-graf-polybutylmethacrylate seemed to offer a promising alternative. The synthesis of copolymer dextran-graf-polybutylmethacrylate that combines the biological properties of dextran and mechanical properties of poly(butylmethacrylate), might be a potential solution. The project is shared between Laboratoire de Bio-ingénierie de Polymères Cardiovasculaires (LBPC) at Paris 13 University and Laboratoire de Biomatériaux et de Bioingénierie (LBB) in Quebec City. Model samples of 316L stainless steel are prepared at LBB and covered in LBPC and characterized at LBB for the analysis of chemical composition, morphological structure, and mechanical properties of dextan-graft-PBMA coatings.

Une fistule artérioveineuse (FAV) est un accès vasculaire permanent créé par voie chirurgicale en connectant une veine et une artère chez le patient en hémodialyse. Cet accès vasculaire permet de mettre en place une circulation extracorporelle partielle afin de remplacer les fonctions exocrines des reins. En France, environ 36000 patients sont atteint d’insuffisance rénale chronique en phase terminale, stade de la maladie le plus grave qui nécessite la mise en place d’un traitement de suppléance des reins : l’hémodialyse. La création et présence de la FAV modifient significativement l’hémodynamique dans les vaisseaux sanguins, au niveau local et systémique ainsi qu’à court et à plus long terme. Ces modifications de l’hémodynamiques peuvent induire différents pathologies vasculaires, comme la formation d’anévrysmes et de sténoses. L’objectif de cette étude est de mieux comprendre le comportement mécanique et l’hémodynamique dans les vaisseaux de la FAV. Nous avons étudié numériquement les interactions fluide-structure (IFS) au sein d’une FAV patient-spécifique, dont la géométrie a été reconstruite à partir d’images médicales acquises lors d’un précédent doctorat. Cette FAV a été créée chez le patient en connectant la veine céphalique du patient à l’artère radiale et présente une sténose artérielle réduisant de 80% la lumière du vaisseau. Nous avons imposé le profil de vitesse mesuré sur le patient comme conditions aux limites en entrée et un modèle de Windkessel au niveau des sorties artérielle et veineuse. Nous avons considéré des propriétés mécaniques différentes pour l’artère et la veine et pris en compte le comportement non-Newtonien du sang. Les simulations IFS permettent de calculer l’évolution temporelle des contraintes hémodynamiques et des contraintes internes à la paroi des vaisseaux. Nous nous sommes demandées aussi si des simulations non couplées des équations fluides et solides permettaient d’obtenir des résultats suffisamment précis tout en réduisant significativement le temps de calcul, afin d’envisager son utilisation par les chirurgiens. Dans la deuxième partie de l’étude, nous nous sommes intéressés à l’effet de la présence d’une sténose artérielle sur l’hémodynamique et en particulier à ses traitements endovasculaires. Nous avons dans un premier temps simulé numériquement le traitement de la sténose par angioplastie. En clinique, les sténoses résiduelles après angioplastie sont considérées comme acceptables si elles obstruent moins de 30% de la lumière du vaisseau. Nous avons donc gonflé le ballonnet pour angioplastie avec différentes pressions de manière à obtenir des degrés de sténoses résiduelles compris entre 0 et 30%. Une autre possibilité pour traiter la sténose est de placer un stent après l’angioplastie. Nous avons donc dans un deuxième temps simulé ce traitement numériquement et résolu le problème d’IFS dans la fistule après la pose du stent. Dans ces simulations, la présence du stent a été prise en compte en imposant les propriétés mécaniques équivalentes du vaisseau après la pose du stent à une portion de l’artère. Dans la dernière partie de l’étude nous avons mis en place un dispositif de mesure par PIV (Particle Image Velocimetry). Un moule rigide et transparent de la géométrie a été obtenu par prototypage rapide. Les résultats expérimentaux ont été validés par comparaison avec les résultats des simulations numériques. / An arteriovenous fistula (AVF) is a permanent vascular access created surgically connecting a vein onto an artery. It enables to circulate blood extra-corporeally in order to clean it from metabolic waste products and excess of water for patients with end-stage renal disease undergoing hemodialysis. The hemodynamics results to be significantly altered within the arteriovenous fistula compared to the physiological situation. Several studies have been carried out in order to better understand the consequences of AVF creation, maturation and frequent use, but many clinical questions still lie unanswered. The aim of the present study is to better understand the hemodynamics within the AVF, when the compliance of the vascularwall is taken into account. We also propose to quantify the effect of a stenosis at the afferent artery, the incidence of which has been underestimated for many years. The fluid-structure interactions (FSI) within a patient-specific radio-cephalic arteriovenous fistula are investigated numerically. The considered AVF presents an 80% stenosis at the afferent artery. The patient-specific velocity profile is imposed at the boundary inlet, and a Windkessel model is set at the arterial and venous outlets. The mechanical properties of the vein and the artery are differentiated. The non-Newtonian blood behavior has been taken into account. The FSI simulation advantageously provides the time-evolution of both the hemodynamic and structural stresses, and guarantees the equilibrium of the solution at the interface between the fluid and solid domains. The FSI results show the presence of large zones of blood flow recirculation within the cephalic vein, which might promote neointima formation. Large internal stresses are also observed at the venous wall, which may lead to wall remodeling. The fully-coupled FSI simulation results to be costly in computational time, which can so far limit its clinical use. We have investigated whether uncoupled fluid and structure simulations can provide accurate results and significantly reduce the computational time. The uncoupled simulations have the advantage to run 5 times faster than the fully-coupled FSI. We show that an uncoupled fluid simulation provides informative qualitative maps of the hemodynamic conditions in the AVF. Quantitatively, the maximum error on the hemodynamic parameters is 20%. The uncoupled structural simulation with non-uniform wall properties along the vasculature provides the accurate distribution of internal wall stresses, but only at one instant of time within the cardiac cycle. Although partially inaccurate or incomplete, the results of the uncoupled simulations could still be informative enough to guide clinicians in their decision-making. In the second part of the study we have investigated the effects of the arterial stenosis on the hemodynamics, and simulated its treatment by balloon-angioplasty. Clinically, balloon-angioplasty rarely corrects the stenosis fully and a degree of stenosis remains after treatment. Residual degrees of stenosis below 30% are considered as successful. We have inflated the balloon with different pressures to simulate residual stenoses ranging from 0 to 30%. The arterial stenosis has little impact on the blood flow distribution: the venous flow rate remains unchanged before and after the treatment and thus permits hemodialysis. But an increase in the pressure difference across the stenosis is observed, which could cause the heart work load to increase. To guarantee a pressure drop below 5 mmHg, which is considered as the threshold stenosis pressure difference clinically, we find that the residual stenosis degree must be 20% maximum.

Objectifs. L'infarctus aigu du myocarde (IDM) touche chaque année plus de 120 000 personnes en France. Nous nous sommes intéressés à la prise en charge du SCA avec sus-décalage du segment ST (ST+). Deux stratégies de revascularisation coronaires s'offrent à nous : la thrombolyse intraveineuse et l'angioplastie primaire. Notre travail a évalué l'impact du choix de ces stratégies dans la phase aiguë de l'infarctus du myocarde, à travers la mise en place d'un réseau associant la médecine d'urgence et la cardiologie interventionnelle autour d'un référentiel partagé. Méthode. Nous avons mis en place un réseau cardiologie - urgence (RESCUe), qui a fédéré au sein d'une association 37 structures d'urgence (SU), 19 structures mobiles d'urgence et de réanimation (SMUR) et 10 centres de cardiologie interventionnelle (CCI) dans un bassin géographique de 3 millions d'habitants. Notre méthode de travail s'articulait autour de trois axes : édition de référentiels partagés, formation et évaluation. Résultats. Dès la mise en place de RESCUe, nous avons lancé un essai multicentrique, contrôlé et randomisé, l'étude AGIR². En douze mois 320 SCA ST+ ont été inclus. Dès la prise en charge en SMUR tous les patients ont reçu 250 mg d'aspirine, 600 mg de clopidogrel, un bolus intraveineux de 60 IU/kg d'héparine avant d'être transférés en CCI pour une angioplastie primaire. Si le bénéfice d'une administration de tirofiban en SMUR n'était pas supérieur à son administration en CCI, AGIR² a conforté les bases d'une collaboration en réseau entre médecine d'urgence et cardiologie interventionnelle autour d'un référentiel thérapeutique partagé. Depuis, l'angioplastie primaire est progressivement devenue la stratégie de reperfusion de référence du SCA ST+ sur notre bassin. Pour évaluer son impact nous avons mis en place un registre observationnel couvrant l'ensemble des SU, SMUR et CCI du réseau. Entre 2009 et 2013 nous avons pris en charge 2418 patients en SMUR avec un diagnostic d'infarctus aigu du myocarde. Parmi eux, 2119 (87.6%) ont bénéficié d'une angioplastie primaire et 299 (12.4%) d'une thrombolyse intraveineuse. Nous avons observé une augmentation du recours à l'angioplastie primaire de 78.4% en 2009 à 95.9% en 2013 (P<0.001). Le délai médian ECG - arrivée en CCI était de 48 min, ECG - angioplastie 94 min et arrivée – angioplastie 43 min. Les délais symptôme – ECG et ECG – thrombolyse sont restés stables de 2009 à 2013, mais les délais symptôme – angioplastie et ECG – arrivée en CCI – angioplastie ont diminué (P<0.001). Au total 2146 (89.2%) patients avaient un délai ECG – arrivée en CCI ≤90 min, un délai confortant le choix d'une angioplastie primaire chez 97.7% d'entre eux en 2013, conformément aux recommandations. De 2009 à 2013, la mortalité hospitalière (4-6%) et celle à 30 jours (6-8%) est restée stable. Nous avons complété notre travail par une analyse de la conformité des mesures de prévention secondaire aux recommandations. A un an post-IDM, l'association bétabloquants – aspirine – statines – inhibiteurs de l'enzyme de conversion et la correction des facteurs de risque était liée à une meilleure survie. Parmi les 5161 patients pris en charge dans nos SU et en SMUR et sortis vivant de CCI, 2991 (58%) ont bénéficié de cette stratégie optimale avec un HR de 0.12 (95% CI 0.07–0.22; P<0.001). Les patients les plus graves étaient ceux les moins bien traités, à cause des contre-indications aux traitements (insuffisance rénale, risque hémorragique). Conclusion. Dans notre bassin géographique, la mise en place d'un réseau cardiologie urgence a abouti à l'augmentation du recours à l'angioplastie primaire, conformément aux recommandations. Il n'y a pas eu d'effet sur la mortalité précoce. Un bénéfice sur la mortalité à un an est observé chez les patients qui ont bénéficié de mesures de prévention secondaire optimales / Objective. Acute myocardial infarction (AMI) annually affects more than 120 000 people in France. We studied the management of ST elevation MI (STEMI). Two reperfusion strategies are available: intravenous thrombolysis (TL) and primary percutaneous coronary intervention (PPCI). Our study aimed to evaluate the impact of these strategies in the acute phase of myocardial infarction through the establishment of an emergency network based on a shared protocol with interventional cardiology. Methods. We established a regional emergency cardiovascular network (RESCUe Network) that covers a population of 3 million inhabitants across five administrative counties, including urban and rural territories. All nineteen MICUs, thirty seven emergency departments and 10 catheterization laboratories participate in the network. We edited regularly updated guidelines, set up a doctors’ training program and implemented an evaluation registry. Results. We setup the AGIR-2 study, a multicenter, controlled, randomized study, to explore prehospital high-dose tirofiban in patients undergoing PPCI. Three hundred and twenty patients with STEMI were included over a period of 12 months. All of them received 250 mg of aspirin, 600 mg of clopidogrel and 60 IU/kg bolus of high molecular weight heparin before admission to the catheterization laboratory. If prehospital initiation of high-dose bolus of tirofiban did not improve outcome, AGIR-2 study reinforced the collaborative network between emergency medicine and interventional cardiology. Since then, PPCI has gradually become the reference reperfusion strategy for STEMI in our network. Using data from our registry, we studied STEMI patients treated in mobile intensive care units (MICUs) between 2009 and 2013. Among 2418 patients, 2119 (87.6%) underwent PPCI and 299 (12.4%) prehospital TL (94.0% of whom went on to undergo PPCI). Use of PPCI increased from 78.4% in 2009 to 95.9% in 2013 (Ptrend<0.001). Median delays included: first medical contact (FMC)–PCI centre 48 min, FMC–balloon inflation 94 min, and PCI centre– balloon inflation 43 min. Times from symptom onset to FMC and FMC to TL remained stable during 2009 to 2013, but times from symptom onset to first balloon inflation and FMC to PCI centre to first balloon inflation decreased (P<0.001). In total, 2146 (89.2%) had an FMC–PCI centre delay ≤90 min with PPCI use up to 97.7% in 2013 in accordance with guidelines. Inhospital (4–6%) and 30-day (6–8%) mortalities remained stable from 2009 to 2013. Finally, we sought to assess the effect of strict adherence to current international guidelines on 1-year all-cause mortality in a prospective cohort of patients with STEMI. After multivariable adjustment, the association between the optimal therapy (OT) group (Betablockers, Antiplatelet agents, Statins, angiotensin-converting enzyme [ACE] Inhibitors, and Correction of all risk factors) and survival remained significant, with a hazard ratio of 0.12 (95% CI 0.07–0.22; P<0.001). Of the 5161 patients discharged alive, 2991 (58%) were prescribed OT. Patients characteristics in the under treatment (UT) group were worse than those in the OT group because of contraindications to optimal treatment (renal failure, bleeding risk). Conclusion. The establishment of an emergency network in our area resulted in an increased use of PPCI in accordance with ESC guidelines with no effect on early mortality. Reduction of one year mortality was observed in patients who received optimal secondary prevention treatment

L'imagerie par tomographie en cohérence optique (OCT) est prometteuse comme support de la prise de décision au cours des procédures d'interventions coronariennes percutanées (PCI), pou évaluer les lésions athéromateuses, juger de la bonne implantation du stent, et dépister les lésions vasculaires dues au stent. L'OCT représente donc bien une aide potentielle pour le cardiologue interventionnel tout au long de la procédure de stenting, avec un impact certain sur la stratégie interventionnelle initialement programmée. De plus, l'OCT se révèle comme un nouvel outil pour prédire la dissection des bords de stent chez les patient avec ACS sans élévation du segment ST, rendant possible une stratification des patients quant à ce risque. Des essais cliniques randomisés sont maintenant nécessaires pour savoir si l'assistance par l'OCT pendant la procédure améliore le pronostic à long terme des patients après PCI / Optical Coherence Tomography (OCT) imaging is promising in decision making during Percutaneus Coronary Interventions {PCI) procedures, including evaluating controversial plaque lesions, assessing stent implantation, and surveying stent-related vascular injury. Thus, OCT has potential to guide interventional cardiologists throughout the stent implantation procedure, impacting on planned interventional strategy. In addition, OCT is the most novel image technology to predict stent edge dissection for patients with non-ST-segment elevation ACS, enabling risk stratification of patients who are at a higher risk of this complication. Large-scale randomized trials are now warranted to assess whether OCT results and guidance during de procedure improve long-term clinical outcomes of PCis.

L'objectif principal de ce travail est d’étudier en profondeur certaines techniques biostatistiques avancées en recherche évaluative en chirurgie cardiaque adulte. Les études ont été conçues pour intégrer les concepts d'analyse de survie, analyse de régression avec “propensity score”, et analyse de coûts. Le premier manuscrit évalue la survie après la réparation chirurgicale de la dissection aigüe de l’aorte ascendante. Les analyses statistiques utilisées comprennent : analyses de survie avec régression paramétrique des phases de risque et d'autres méthodes paramétriques (exponentielle, Weibull), semi-paramétriques (Cox) ou non-paramétriques (Kaplan-Meier) ; survie comparée à une cohorte appariée pour l’âge, le sexe et la race utilisant des tables de statistiques de survie gouvernementales ; modèles de régression avec “bootstrapping” et “multinomial logit model”. L'étude a démontrée que la survie s'est améliorée sur 25 ans en lien avec des changements dans les techniques chirurgicales et d’imagerie diagnostique. Le second manuscrit est axé sur les résultats des pontages coronariens isolés chez des patients ayant des antécédents d'intervention coronarienne percutanée. Les analyses statistiques utilisées comprennent : modèles de régression avec “propensity score” ; algorithme complexe d'appariement (1:3) ; analyses statistiques appropriées pour les groupes appariés (différences standardisées, “generalized estimating equations”, modèle de Cox stratifié). L'étude a démontrée que l’intervention coronarienne percutanée subie 14 jours ou plus avant la chirurgie de pontages coronariens n'est pas associée à des résultats négatifs à court ou long terme. Le troisième manuscrit évalue les conséquences financières et les changements démographiques survenant pour un centre hospitalier universitaire suite à la mise en place d'un programme de chirurgie cardiaque satellite. Les analyses statistiques utilisées comprennent : modèles de régression multivariée “two-way” ANOVA (logistique, linéaire ou ordinale) ; “propensity score” ; analyses de coûts avec modèles paramétriques Log-Normal. Des modèles d’analyse de « survie » ont également été explorés, utilisant les «coûts» au lieu du « temps » comme variable dépendante, et ont menés à des conclusions similaires. L'étude a démontrée que, après la mise en place du programme satellite, moins de patients de faible complexité étaient référés de la région du programme satellite au centre hospitalier universitaire, avec une augmentation de la charge de travail infirmier et des coûts. / The main objective of this work is to study in depth advanced biostatistical techniques in adult cardiac surgery outcome research. The studies were designed to incorporate the concepts of survival analysis, regression analysis with propensity score, and cost analysis. The first manuscript assessed survival, and cardiovascular specific mortality, following surgical repair of acute ascending aortic dissection. The statistical analyses included survival analyses with multiphase parametric hazard regression and other parametric (exponential, Weibull), semi-parametric (Cox) or non-parametric models (Kaplan Meier), comparison with the survival of a matched cohort for age, gender and race using State lifetables, and modelization with bootstrapping and multinomial logit models. The study showed that the early and late survival following surgical repair has improved progressively over 25 years in association with noticeable changes in surgical techniques and preoperative diagnostic testing. The second manuscript focused on outcomes following isolated coronary artery bypass grafting in patients with a history of percutaneous coronary intervention. The statistical analyses included multivariable regression models with propensity score, complex matching algorithm (1:3) and appropriate statistical analyses for matched groups (standardized differences, generalized estimating equations, and survival analyses with stratified proportional hazards models). The study showed that remote prior percutaneous coronary intervention more than 14 days before coronary artery bypass grafting surgery was not associated with adverse outcomes at short or long-term follow-up. The third manuscript evaluated the financial consequences and the changes in case mix that occurred at an academic medical center subsequent to the implementation of a satellite cardiac surgery program. The statistical analyses included two-way ANOVA multivariable regression models (logistic, linear or ordinal), propensity score, and cost analyses using Log-Normal parametric models. “Survival” analyses models were also explored, using “cost” instead of “time” as the outcome of interest, and led to similar conclusions. The study showed that, after implementation of the satellite cardiac surgery program, fewer patients of lower complexity came to the academic medical center from the satellite program area, with a significant increase in nursing workload and costs.

Dans le cadre général des interventions assistées par ordinateur, nos travaux, abordés essentiellement en terme d'imagerie virtuelle, se sont focalisés sur la phase préopératoire (analyse, modélisation, simulation) dans un objectif de planification réaliste de traitements mini-invasifs de lésions vasculaires (angioplastie transluminale, pose d'endoprothèse aortique, brachythérapie endovasculaire). De nouvelles fonctionnalités d'analyse locale et de description géométrique associées à un capteur virtuel sont proposées. A l'issue de cette exploration virtuelle analytique des données patient (imagerie TDM), la description géométrique de structures complexes ainsi que la détermination de paramètres caractérisant les structures vasculaires sont envisagées au regard du planning interventionnel et évaluées sur modèle animal et sur données patient. Une première approche de simulation spécifique patient d'interactions outils / tissus en angioplastie transluminale est finalement proposée.

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L'objectif principal de ce travail est d’étudier en profondeur certaines techniques biostatistiques avancées en recherche évaluative en chirurgie cardiaque adulte. Les études ont été conçues pour intégrer les concepts d'analyse de survie, analyse de régression avec “propensity score”, et analyse de coûts. Le premier manuscrit évalue la survie après la réparation chirurgicale de la dissection aigüe de l’aorte ascendante. Les analyses statistiques utilisées comprennent : analyses de survie avec régression paramétrique des phases de risque et d'autres méthodes paramétriques (exponentielle, Weibull), semi-paramétriques (Cox) ou non-paramétriques (Kaplan-Meier) ; survie comparée à une cohorte appariée pour l’âge, le sexe et la race utilisant des tables de statistiques de survie gouvernementales ; modèles de régression avec “bootstrapping” et “multinomial logit model”. L'étude a démontrée que la survie s'est améliorée sur 25 ans en lien avec des changements dans les techniques chirurgicales et d’imagerie diagnostique. Le second manuscrit est axé sur les résultats des pontages coronariens isolés chez des patients ayant des antécédents d'intervention coronarienne percutanée. Les analyses statistiques utilisées comprennent : modèles de régression avec “propensity score” ; algorithme complexe d'appariement (1:3) ; analyses statistiques appropriées pour les groupes appariés (différences standardisées, “generalized estimating equations”, modèle de Cox stratifié). L'étude a démontrée que l’intervention coronarienne percutanée subie 14 jours ou plus avant la chirurgie de pontages coronariens n'est pas associée à des résultats négatifs à court ou long terme. Le troisième manuscrit évalue les conséquences financières et les changements démographiques survenant pour un centre hospitalier universitaire suite à la mise en place d'un programme de chirurgie cardiaque satellite. Les analyses statistiques utilisées comprennent : modèles de régression multivariée “two-way” ANOVA (logistique, linéaire ou ordinale) ; “propensity score” ; analyses de coûts avec modèles paramétriques Log-Normal. Des modèles d’analyse de « survie » ont également été explorés, utilisant les «coûts» au lieu du « temps » comme variable dépendante, et ont menés à des conclusions similaires. L'étude a démontrée que, après la mise en place du programme satellite, moins de patients de faible complexité étaient référés de la région du programme satellite au centre hospitalier universitaire, avec une augmentation de la charge de travail infirmier et des coûts. / The main objective of this work is to study in depth advanced biostatistical techniques in adult cardiac surgery outcome research. The studies were designed to incorporate the concepts of survival analysis, regression analysis with propensity score, and cost analysis. The first manuscript assessed survival, and cardiovascular specific mortality, following surgical repair of acute ascending aortic dissection. The statistical analyses included survival analyses with multiphase parametric hazard regression and other parametric (exponential, Weibull), semi-parametric (Cox) or non-parametric models (Kaplan Meier), comparison with the survival of a matched cohort for age, gender and race using State lifetables, and modelization with bootstrapping and multinomial logit models. The study showed that the early and late survival following surgical repair has improved progressively over 25 years in association with noticeable changes in surgical techniques and preoperative diagnostic testing. The second manuscript focused on outcomes following isolated coronary artery bypass grafting in patients with a history of percutaneous coronary intervention. The statistical analyses included multivariable regression models with propensity score, complex matching algorithm (1:3) and appropriate statistical analyses for matched groups (standardized differences, generalized estimating equations, and survival analyses with stratified proportional hazards models). The study showed that remote prior percutaneous coronary intervention more than 14 days before coronary artery bypass grafting surgery was not associated with adverse outcomes at short or long-term follow-up. The third manuscript evaluated the financial consequences and the changes in case mix that occurred at an academic medical center subsequent to the implementation of a satellite cardiac surgery program. The statistical analyses included two-way ANOVA multivariable regression models (logistic, linear or ordinal), propensity score, and cost analyses using Log-Normal parametric models. “Survival” analyses models were also explored, using “cost” instead of “time” as the outcome of interest, and led to similar conclusions. The study showed that, after implementation of the satellite cardiac surgery program, fewer patients of lower complexity came to the academic medical center from the satellite program area, with a significant increase in nursing workload and costs.

Les travaux de cette thèse s’inscrivent dans le cadre du planning de traitements minimalement invasifs des lésions des artères coronaires. Le cardiologue réalise un examen coronarographique, puis dans la continuité, une angioplastie transluminale. L’angiographie rotationnelle à rayons X permet de visualiser sous différentes incidences 2D la lumière des artères coronaires sur plusieurs cycles cardiaques et aussi d’obtenir une reconstruction 3D+T des arbres coronaires. A partir de cette séquence, notre objectif est de déterminer automatiquement une incidence optimale 2D du segment sténosé compatible avec les angles du C-arm afin d’aider le cardiologue lors de l’intervention.Différentes étapes sont considérées pour calculer la position angulaire optimale du C-arm. Afin de suivre la zone de lésion durant le cycle cardiaque, une première méthode est proposée pour mettre en correspondance tous les arbres de la séquence 3D+T. Tout d’abord, un appariement deux à deux des arbres successifs est réalisé afin de construire un arbre d’union. Ces derniers sont ensuite fusionnés afin d’obtenir un arbre mosaïque représentant l’arbre le plus complet de la séquence. L’utilisation de mesures de similarités géométriques et hiérarchiques ainsi que l’insertion de nœuds artificiels permet de prendre en compte les différents mouvements non-rigides des artères coronaires subits au cours du cycle cardiaque et les variations topologiques dû à leurs extractions. Cet appariement nous permet de proposer une deuxième méthode afin d’obtenir une vue angiographique 2D optimale de la zone de lésion tout le long du cycle cardiaque. Cette incidence est proposée spécifiquement pour trois types de région d’intérêt (segment unique, segment multiple ou bifurcation) et est calculée à partir de quatre critères (raccourcissement, chevauchement interne et externe ou angle d’ouverture de bifurcation). Une vue 2D déployée du segment projeté avec le moins de superposition avec les structures vasculaires avoisinantes est obtenue. Nous donnons également la possibilité au cardiologue d’avoir une incidence optimale privilégiant soit le déploiement du stent ou soit le guidage d’outils de la racine de l’arbre à la zone sténosée. Nos différents algorithmes ont été évalués sur une séquence réelle de 10 phases segmentées à partir d’un CT et de 41 séquences simulées. / The thesis work deals with the planning of minimally invasive surgery of coronary artery lesions. The physician performs a coronarography following by a percutaneous transluminal angioplasty. The X-ray rotational angiography permits to visualize the lumen artery under different projection angles in several cardiac cycles. From these 2D projections, a 3D+T reconstruction of coronary arteries can be obtained. Our goal is to determine automatically from this 3D+T sequence, the optimal angiographic viewing angle of the stenotic segment. Several steps are proposed to compute the optimal angular position of the C-arm. Firstly, a mosaic-based tree matching algorithm of the 3D+T sequence is proposed to follow the stenotic lesion in the whole cardiac cycle. A pair-wise inexact tree matching is performed to build a tree union between successive trees. Next, these union trees are merged to obtain the mosaic tree which represents the most complete tree of the sequence. To take into account the non-rigid movement of coronary arteries during the cardiac cycle and their topology variations due to the 3D reconstruction or segmentation, similarity measures based on hierarchical and geometrical features are used. Artificial nodes are also inserted. With this global tree sequence matching, we propose secondly a new method to determine the optimal viewing angle of the stenotic lesion throughout the cardiac cycle. This 2D angiographic view which is proposed for three regions of interest (single segment, multiple segment or bifurcation) is computed from four criteria: the foreshortening, the external and internal overlap and the bifurcation opening angle rates. The optimal view shows the segment in its most extended and unobstructed dimension. This 2D view can be optimal either for the deployment of the stent or for the catheter guidance (from the root to the lesion). Our different algorithms are evaluated on real sequence (CT segmentation) and 41 simulated sequences.