Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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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.

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.