La sténose aortique à bas débit et bas gradient (SA-BD-BG) peut s’accompagner d’une fraction d’éjection ventriculaire gauche altérée (SA-BD-BG classique) ou préservée (SA-BD-BG paradoxale). Elles constituent un sous-ensemble de patients très difficile à caractériser. En effet, le défi chez les patients avec une SA-BD-BGest de distinguer entre une SA sévère d’une SA pseudo-sévère. L’établissement de la sévérité exacte de la SA est importante, car les patients ayant une SA réellement sévère bénéficient généralement d’un remplacement valvulaire aortique, mais sans intervention, ceux-ci auront un très mauvais pronostic. Malheureusement, les critères mesurés à l’échocardiographie au repos et à l’effort, utilisés pour détecter la sévérité de la SA selon les guides de pratique actuels, ne sont pas optimaux et par conséquent, une certaine proportion de patients ne sont pas bien diagnostiqués et ne reçoivent pas la thérapie appropriée. Il a été démontré dans notre groupe que chez les patients atteints d’une SA-BD-BG, l’aire valvulaire aortique projetée (AVAProj), mesurée à l’aide d’une échocardiographie au repos et à l’effort, est un meilleur prédicteur de sévérité de la SA et de mortalité que les critères habituels mesurés lors de l’échocardiographie au repos et à l’effort. Par contre, l’échocardiographie à l’effort ne peut être faite chez tous les patients et parfois, elle conduit à des résultats qui sont non concluants.Le degré de calcification de la valve aortique, mesuré par tomodensitométrie, est un autre paramètre utilisé pour confirmer la sévérité de la SA, mais les seuils diagnostiques et pronostiques ne sont pas encore optimisés chez les patients atteints d’une SA-BD-BG. Les hypothèses sont que l’aire valvulaire aortique projetée est équivalent au degré de calcification de la valve aortique pour 1) évaluer la sévérité de la SA et 2) pour prédire la mortalité toute cause chez les patients atteints d’une SA-BD-BG. L’objectif général de ce projet de maîtrise est de comparer l’aire valvulaire aortique projetée et le degré de calcification de la valve aortique pour évaluer la sévérité de la SA et prédire le devenir des patients atteints d’une SA-BD-BG. / Low flow, low gradient aortic stenosis (LF-LG-AS) may occur with depressed (classical LF-LG-AS) or with preserved (paradoxical LF-LG-AS) left ventricular ejection fraction. This entity is really difficult to characterize. Indeed, the challenge in this subgroup is to discriminate between a true-severe versus a pseudo-severe AS. It is important to determine the exact severity of AS, because patients with a true-severe AS will benefit from anaortic valve replacement and without intervention, their prognostic will be extremely poor. Unfortunately, rest and stress echocardiographic criteria recommended by the actual guidelines for patients with LF-LG-AS to assess AS severity are far from being optimal, and consequently, a substantial proportion of these patients stays misevaluated and may thus not receive the optimal therapy. Our group found that in patients with LF-LG-AS,projected aortic valve area (AVAProj), measured under rest and stress echocardiography, better predicts underlying AS severity and survival compared to traditional echocardiographic parameters. However, stress echocardiography is not possible in some patients and AS severity often remains indeterminate. The degree of aortic valve calcification, calculated by multi-detector computed tomography may be useful to confirm AS severity, but the optimal cut off values are not well established in patients with LF-LG-AS. The hypotheses related to this study are that projected aortic valve area is equivalent to the degree of aortic valve calcification to 1) evaluate AS severity and 2) to predict all-cause mortality in patients with LF-LG-AS. The general objective is to compare the projected aortic valve area and the degree of aortic valve calcification to evaluate AS severity and to predict mortality in patients with LF-LG-AS.

La Sténose Aortique (SA) à bas débit (BD) peut être associée à une fraction d'éjection du ventricule gauche diminuée (BD Classique : BDC) ou conservée (BD Paradoxal : BDP) et ces deux situations sont parmi les plus difficiles rencontrées chez les patients souffrant d'une maladie valvulaire cardiaque. Bien que la SA BDC soit reconnue comme une entité clinique importante dans les guides de pratique de l'ACC/AHA et de l'ESC, ces mêmes guides ne fournissent pas de recommandations précises pour sa prise en charge, à cause d'un manque de données sur cette condition. La SA BDP est une nouvelle entité récemment décrite par notre groupe. Elle se caractérise par un remodelage concentrique du ventricule gauche plus prononcé, une cavité ventriculaire plus petite et une physiologie restrictive qui conduit à un remplissage du ventricule gauche altéré, une fonction myocardique déficiente et donc un état de bas débit. Jusqu'à récemment, cette entité n'était souvent pas diagnostiquée, la sévérité de la SA était sous-estimée ce qui entrainait un délai avant la chirurgie de remplacement valvulaire aortique. Les deux principaux défis posés par ces patients en BDC ou BDP sont de différentier une SA vraiment sévère d'une SA pseudosévère et de quantifier précisément les dommages myocardiques. Malheureusement, les paramètres traditionnels dérivés de l'échocardiographie de repos ou de stress qui sont utilisés pour évaluer la sévérité de la SA et la dysfonction du myocardique sont loin d'être optimaux. Par conséquent, la quantification de la sévérité de la maladie et la prise en charge thérapeutique peuvent ne pas être appropriées dans une proportion non négligeable de ces patients. De plus, le traitement optimal (remplacement valvulaire chirurgical, implantation transcathéter de valve aortique ou traitement médical) et le moment de son utilisation ne sont pas clairement définis pour ces différents groupes de SA BD.

Titre de l'écran-titre (visionné le 6 novembre 2023) / La sténose aortique calcifiante (SA), est également connue sous le nom de SA dégénérative. La SA est la maladie valvulaire cardiaque la plus répandue dans les pays industrialisés. Elle est la conséquence d'un remodelage fibro-calcique progressif survenant sur une valve aortique initialement normale (tricuspide) ou sur une valve aortique congénitalement anormale (bicuspide principalement). La prévalence de la SA augmente généralement avec l'âge, affectant jusqu'à 10 % des personnes de plus de 80 ans. Par conséquent, la SA est considérée comme un problème de santé publique en raison de sa prévalence croissante liée au vieillissement d'une population avec une espérance de vie accrue. La SA est une maladie complexe affectant non seulement la valve mais aussi le myocarde. L'échocardiographie-Doppler reste la pierre angulaire du diagnostic et de la prise en charge de la SA, mais une proportion importante (jusqu'à 35 %) des patients présentent des résultats discordants à l'échocardiographie, ce qui soulève des doutes sur la gravité réelle de la maladie. Des techniques d'imagerie avancées non invasives telles que la tomodensitométrie et la résonance magnétique cardiovasculaire (cardiac magnetic resonance- CMR) se sont progressivement intégrées à l'arsenal diagnostic de la SA. Cependant, de nombreux pièges techniques restent inexplorés et de nombreuses recommandations des guides de pratique sont basées sur des preuves rares ou des hypothèses théoriques. En outre, une grande quantité de preuves est basée sur des populations principalement masculines et caucasiennes, et les différences sexuelles et ethniques restent à élucider. Bien que plusieurs modalités d'imagerie existent, une approche centrée sur le patient doit être encouragée, dans laquelle la technique et l'approche doivent être adaptées aux besoins de chaque patient. L'objectif général de ce projet de thèse est donc d'optimiser l'approche diagnostique des patients atteints de SA par l'imagerie multimodalité. Plus précisément, nous visons à : i) optimiser l'évaluation du débit à l'aide de l'échocardiographie-Doppler et de l'IRM à contraste de phase; ii) améliorer l'évaluation anatomique de la gravité de la SA à l'aide de la tomographie, d'abord en abordant les aspects techniques de la mesure de la calcification de la valve aortique (aortic valve calcification- AVC) et ensuite, en évaluant les différences ethniques; et iii) améliorer l'évaluation de la réponse myocardique à la SA: d'abord en comparant l'évaluation de la masse et dure modelage du ventricule gauche (VG) par échocardiographie en utilisant la CMR comme étalon-or, puis en évaluant la réponse myocardique suite au remplacement de la valve aortique chez des patients atteints de diabète et/ou de syndrome métabolique. / Aortic stenosis (AS) is the most prevalent heart valve disease in industrialized countries. Calcific AS, also known as degenerative AS, is the by far the most frequent sub-type of AS. It is the consequence of progressive fibro-calcific remodeling occurring on an initially normal (tricuspid) aortic valve or a congenitally abnormal (mostly bicuspid) aortic valve. Prevalence of calcific AS increases steadily with age, affecting up to 10% of those > 80 years old. Therefore, AS is considered a public health problem due to its increasing prevalence because of an aging population with increased life expectancy. AS is a complex disease affecting not only the valve but also the myocardium. Doppler echocardiography remains the cornerstone of AS diagnosis and management, but a significant proportion (up to 35%) of patients present with discordant findings at echocardiography, which raise doubts about the actual severity of the disease. Advanced non-invasive imaging techniques such as multidetector computed tomography (MDCT) and cardiovascular magnetic resonance (CMR) are being progressively incorporated into the diagnostic arsenal for AS and each of them has their strengths and weaknesses. However, many technical pitfalls remain unexplored and numerous recommendations from practice guidelines are based on scarce evidence or theoretical assumptions. Furthermore, a vast amount of evidence is based on mostly male and Caucasian populations, and sex and ethnic differences remain to be elucidated. Finally, though multiple imaging modalities exist, a patient-centered approach should be encouraged, in which the precise technique and approach is tailored to fit the needs of the individual patient. The general objective of this PhD project is thus to optimize the diagnostic approach to patients with AS using multimodality imaging. Specifically, we aim to: i) optimize flow assessment using Doppler echocardiography and phase-contrast CMR; ii) improve anatomical assessment of AS severity using MDCT, first by addressing technical aspects of aortic valve calcification (AVC) measurement and secondly by evaluating ethnic differences; and iii) improve assessment of themyocardial response to AS: first by comparing LV mass and remodeling assessmentby echocardiography using CMR as a gold standard and then assessing the myocardial response to AVR in patients with diabetes mellitus and metabolic syndrome.

Parmi les patients avec sténose aortique (SA), 5% d'entre-eux ont une fonction ventriculaire gauche sévèrement réduite. Malgré ce faible pourcentage, ces patients représentent le sous-groupe qui suscite le plus de défis et de controverses. En plus d'avoir un mauvais pronostic à court terme, la présence d'un faible débit cardiaque et d'une faible fraction d'éjection peut fausser l'évaluation de la sévérité de la sténose et par conséquent conduire à une mauvaise décision thérapeutique. Afin de décider de l'éventuelle nécessité de remplacer la valve aortique, il est donc essentiel de pouvoir distinguer les patients ayant une sténose vraiment sévère de ceux ayant une sténose pseudo-sévère, c'est-à-dire un ventricule gauche défaillant qui est incapable d'ouvrir complètement une valve légèrement ou modérément sténosée. La distinction est cruciale car le remplacement valvulaire sera bénéfique seulement dans le cas des sténoses vraiment sévères. Parmi les nombreux indices utilisés pour évaluer le degré de sévérité de la SA, des doutes subsistaient sur la dépendance face au débit de la résistance valvulaire. Nous avons démontré de façon théorique puis pratique, sur modèle in vitro et chez des patients, que la résistance valvulaire est dépendante du débit transvalvulaire. Cet indice n'a donc pas d'avantage par rapport aux autres indices pour évaluer le degré d'obstruction valvulaire des patients avec SA à bas débit. Étant donné que tous les indices de sévérité ont la grande limitation d'être dépendants du débit transvalvulaire, nous avons proposé un nouvel indice, l'aire valvulaire projetée à débit normal. Cet indice permet une standardisation de l'évaluation de la sévérité de la sténose chez des patients ayant différents débits et améliore la précision pour différencier les patients ayant une sténose vraiment sévère de ceux ayant une sténose pseudo-sévère. Ces patients avec SA à bas débit présentent un risque opératoire élevé, variant de 5 à 33%. Le troisième article démontre que la disproportion patient-prothèse (DPP) est un facteur de risque important pour la mortalité opératoire, et particulièrement pour les patients avec SA et dysfonction ventriculaire gauche concomitante. La DPP est aussi le seul facteur de risque qui puisse être évité au moyen d'une stratégie de prévention lors de l'opération. / Although patients with severe aortic stenosis (AS) and severely reduced left ventricular (LV) ejection fraction represent approximately 5% of AS patients, they also represent the most controversial and challenging subset. In addition of having a bad prognosis, in the setting of a low cardiac output and a low ejection fraction, it is often difficult to evaluate the real severity of the stenosis and as a consequence, this can lead to erroneous therapeutic decision. In order to decide the possible need for aortic valve replacement (AVR), it is thus essential to separate patients with truly severe (TS) AS and concomitant LV systolic dysfunction from those with pseudo-severe (PS) AS, i.e., with a reduced aortic opening due to poor LV function in the setting of only mild to moderate aortic valve obstruction. The distinction between these 2 subgroups is crucial because the patients with TSAS will generally benefit of AVR, whereas the patients with PS AS will not. Among the indices used to evaluate the degree of AS severity, many doubts were present with the flow dependence of valve resistance. We demonstrated theoretically and practically, with an in vitro model and among patients, that valve resistance is dependent on the transvalvular flow. This index thus does not have any advantage compared with the other indices used to evaluate the degree of valvular obstruction of the patients with low flow AS. Since ail the indices of AS severity have the great limitation to be dependent on the transvalvular flow, we proposed a new index, the projected valve area at normal flow rate. This index provides a standardized evaluation of AS severity among patients having various flows and improves the diagnostic accuracy for distinguishing TS and PS AS. These patients with low flow AS present a high operative risk, from 5 to 33%. The third article shows that valve prosthesis-patient mismatch (PPM) is an important risk factor for short-term mortality, and particularly for the patients with AS and concomitant LV dysfunction. PPM is also the only risk factor which can be avoided with the use of a prospective strategy at the time of operation.

Le rétrécissement de la valve aortique est la maladie cardiovasculaire la plus fréquente après la maladie coronarienne et l’hypertension. Actuellement, l’échocardiographie Doppler (ED) est le principal outil clinique pour déterminer l’aire valvulaire effective (AVE); un des principaux critères pour évaluer la sévérité de la sténose aortique (SA). Dans certains cas, il existe une discordance entre différents résultats obtenus par ED chez un même patient. Il est difficile, alors, de déterminer si ces discordances sont liées à des erreurs de mesure ou bien si elles correspondent à une réelle variation de la sévérité de la SA. L’imagerie cardiovasculaire par résonance magnétique (IRM) peut être utilisée pour évaluer et confirmer la sévérité de la SA. Les principaux objectifs sont : 1) Comparer l’AVE estimée par ED et IRM en utilisant la méthode de l’équation de continuité (EC); 2) Développer de nouvelles méthodes pour estimer l’AVE par IRM, 3) Déterminer la capacité de l’IRM à évaluer la cinétique d’ouverture et de fermeture de la valve aortique et 4) Valider des nouvelles méthodes pour estimer la vorticité par IRM. Nos travaux ont montré une bonne concordance entre les AVEs calculées par ED et IRM en utilisant l’EC. Nous avons donc étudié une nouvelle approche en IRM pour l’estimation de l’AVE en utilisant une nouvelle méthode développée in vitro (AVE par terme source acoustique). Nos travaux ont montré que l’AVE par terme source acoustique calculée à partir du champ de vitesses mesuré par IRM est une méthode fiable pour calculer AVE et elle peut être utilisée pour confirmer la sévérité de la SA lorsque l’examen ED est non concluant. D’autre part, nos travaux ont montré le potentiel de l’IRM pour estimer les indices de cinétique d’ouverture et fermeture de la valve aortique sténosée. En particulier, la pente d’ouverture corrélait mieux avec le taux plasmatique de Peptide Natriuretique de type B et avec un score de risque que les indices conventionnels de SA. Néanmoins, l’utilisation de l’EC pour estimer l’AVE et les indices de cinétique d’ouverture est sujette aux erreurs de mesure et impose un temps d’analyse plus long. En plus on a validé des nouvelles méthodes pour estimer la vorticité in vivo par IRM. La vorticité et les structures tourbillonnaires jouent un rôle fondamental dans l’évaluation des aspects énergétiques de la fonction cardiovasculaire. En conclusion, nos travaux ont souligné le potentiel de l’IRM pour l’évaluation de la sévérité de la SA et ont permis le développement et la validation de nouvelles méthodes pour estimer in vivo la vorticité par IRM. / Aortic valve stenosis is the most common cardiovascular disease after coronary artery diseases and hypertension. Doppler-echocardiography (DE) is the standard method for the evaluation of the severity of aortic stenosis (AS). Valve effective orifice area (EOA) measured by the continuity equation is one of the most frequently used stenotic indices. However, TTE measurement of aortic valve EOA is not feasible or not reliable in a significant proportion of patients. Cardiovascular magnetic resonance (CMR) has emerged as a non-invasive alternative method to evaluate EOA using velocity measurements. The objectives of this thesis were: 1) To compare the DE-derived EOA and CMR-derived EOA using the continuity equation (CE) and 2) To propose new CMR methods to assess EOA and the AS severity; 3) To determine the feasibility of the measurement of the parameters of valve opening and closing kinetics by CMR and 4) To validate new CMR methods to estimate vorticity magnitude. Our work showed a good agreement between the DE-derived EOA and CMR-derived EOA using the CE. This agreement was, however, only due to error compensations. We therefore developed and validated a new CMR method based on the acoustical source term (AST) to estimate the valve EOA and then to introduce a simplified version not requiring vorticity field derivation. This study showed that AST-derived EOA calculated from CMR velocity field measurements is a reliable method to estimate valve EOA and can be useful to confirm AS severity when DE examination is inconclusive. Hence, CMR provides a non-invasive and reliable alternative to DE for the quantification of AS severity. Our work also demonstrated the excellent feasibility and reproducibility of CMR for the measurement of valve kinetic parameters in patients with AS. Furthermore, these parameters compare favorably with conventional indices of stenosis severity to predict risk of poor prognosis. However, the use of CE to estimate EOA may be subject to measurement errors. Furthermore, a validation of new CMR methods for estimate vorticity magnitude was presented. Vorticity and vortical structures play a fundamental role affecting the evaluation of energetic aspects of cardiovascular function. In conclusion, our work demonstrates the feasibility, reliability, and utility of new CMR methods and parameters to identify and quantify the dysfunction of native. New CMR methods estimating vorticity were validated in vivo.