Caractérisation des propriétés mécaniques de la plaque d'athérome à partir de données échographiques endovasculaires : La technique de palpographie revisitée. Ce travail de thèse a pour ambitions de créer des outils issus de la théorie de la mécanique des milieux continus dans le but de détecter et de caractériser les propriétés mécaniques des plaques d'athéromes vulnérables. Une première partie du travail a consisté à reformuler et à corriger une approche de palpographie permettant de détecter rapidement la présence de corps lipidiques au sein de la paroi vasculaire pathologique. Cette nouvelle technique, qui estime la compliance vasculaire, a été validée avec succès sur des données simulées ainsi que sur des images IVUS de modèles d'artère réalisés en PVA-c. Notons que cette technique a été brevetée. Le développement des nouvelles modalités d'imagerie telles que l'OCT, l'IVUS-HD ne permettent pas de mesurer les déformations sur la totalité d'une section d'artère. En effet, pour de telles techniques d'imagerie, le signal ne pénètre pas toute la paroi artérielle, mais simplement la couche endoluminale (appelée aussi domaine de palpographie). C'est pourquoi, dans la deuxième partie de mon travail, j'ai proposé une nouvelle approche - s'inspirant de travaux déjà effectués au laboratoire - permettant de reconstruire la cartographie du module d'Young du domaine de palpographie. De nombreux algorithmes tentent de déterminer les géométries ainsi que les propriétés mécaniques des plaques d'athéromes. Cependant, il reste difficile de valider les codes de calculs car il est rare de disposer à la fois: des images IVUS, des coupes anatomiques et des mesures de rigidité des différents constituants de la plaque. Afin d'obtenir ces jeux complets de données, j'ai créé un banc expérimental permettant la réalisation de mesures IVUS, AFM et histologiques ex-vivo. Les deux dernières parties de ce travail mettent en avant le nombre important de résultats expérimentaux obtenus sur des artères réalisées en PVA-c ainsi que sur des aortes pathologiques et saines de lapins Watanabe. La validation de mes deux techniques précédentes de caractérisation ont été effectuées à l'aide de ce banc expérimental mis en place en collaboration avec l'université de Montréal. / Estimation of mechanical properties of atherosclerosis plaque from endovascular echography data: Revisited palpography technic. The main aim of my works was to develop and propose biomechanical tools based on intravascular (IVUS) sequences to detect and characterize vulnerable coronary atherosclerosis plaques. In the first part of my PhD thesis, I revisited the palpography technique proposed by Céspedes et al. and initially published in Ultrasound in Medicine & Biology in 2000. Céspedes et al. developed the elasticity-palpography approach which allows a fast wall stiffness quantification based on the arterial strain and blood pressure measurements. However, this technique suffers of major limitations since it has been developed for homogeneous, isotropic, quasi incompressible, circular and concentric atherosclerotic plaques, only. Therefore in the current study, the native palpography technique was successfully revisited and improved to account for complex plaque and arbitrary palpography domain geometries. The revisited elasticity-palpography technique was successfully applied to six coronary lesions of patients imaged in vivo with intravascular ultrasound (IVUS). Validation of this method was conducted on simulated data and on IVUS sequences performed on PVA-c phantoms. This new IVUS technique, which successfully estimates the vessel compliance, has been patented. One major limitation of the elasticity reconstruction method proposed recently by our collaborative laboratories (Le Floch et al., Ultrasound Med Bio 2012) is the need to quantify accurately the strain field in the entire lesion. Such global strain-elastogram may be often difficult to extract when using intravascular imaging techniques (as OCT or HD-IVUS ) with limited depth penetration signals or due to the fact that the amplitude of the original signal becomes attenuated as the depth of penetration increases. Therefore, in the second part of my PhD manuscript I revisited and improved our previous approach to reconstruct the Young's modulus map (i.e. modulogram) from strain-elastogram estimated in the limited endoluminal plaque region. This improved approach was successfully tested on IVUS sequences obtained in patients with stable angina and scheduled to undergo percutaneous coronary intervention (PCI) at the Hôpital Cardiologique et Pneumologique of Lyon. The robustness and performance of the new approach was investigated with regard to noise which may affect prediction of plaque morphology and elasticity. This study demonstrates the potential of the new IVUS modulography technique based on the proposed elasticity reconstruction method to detect vulnerable plaques in vivo. In the last part of my PhD thesis I described the animal protocol developed in our laboratory to analyze the performance of the proposed new morphology and elasticity IVUS reconstruction techniques. A complete set of data (plaque morphology and elasticity) was acquired ex vivo using atherosclerotic aorta of Watanabe rabbits. Several IVUS, histology, AFM and µacoustic measurements were performed on such artery sections. This protocol is detailed and the preliminary data and elasticity reconstruction maps are presented.

L’imagerie moléculaire est un nouveau domaine de la recherche biomédicale qui peut être défini comme l’observation non invasive d’un processus biologique au sein d’organismes vivants. Cette technique nécessite l’utilisation d’un agent de contraste, une molécule composée d’un vecteur se liant spécifiquement à un marqueur du processus biologique étudié et d’un contrastophore permettant l’acquisition du signal. L’objectif de cette thèse est de développer un agent de contraste permettant de diagnostiquer la présence de plaques d’athérome. L’athérosclérose est une pathologie inflammatoire chronique, caractérisée par l’accumulation de cholestérol, sous forme de plaque appelée « athérome », dans la paroi des moyennes et grosses artères. Les complications majeures de l’athérosclérose surviennent lorsque ces plaques obstruent le flux sanguin, localement ou lors de leurs ruptures. Ces phénomènes de thrombose sont à l’origine des infarctus et des accidents cardio- ou neuro-vasculaire, premières causes de mortalité dans les pays développés. Nous avons choisi le peptide comme outils de vectorisation. Mon travail a consisté en l’étude et la caractérisation de l’interaction de peptides envers les bio-marqueurs de la plaque d’athérome. Dans un second temps, j’ai effectué un travail de pharmacomodulation afin d’améliorer les propriétés physico-chimiques de ces peptides. Ainsi, nous avons synthétisé le traceur Ga-P04087 qui répond à tous les critères du cahier des charges et qui est actuellement en phase pré-clinique. / Molecular imaging is a new domain of biomedical research which can be defined as the non-invasive observation of a biological process within the living body. This technique requires the use of a contrast agent, a molecule composed of a vector targeting a biomolecule specifically expressed during the studied biological process, and a contrastophore allowing the acquisition of the signal. The aim of this work is to develop a contrast agent to diagnose the presence of atheromatous plaques. Indeed, atherosclerosis is an inflammatory chronic disease, characterized by the accumulation of cholesterol, in the form of plaques called "atheroma", in the wall of the average and broad arteries. The major complications of atherosclerosis arise when these plaques block the blood flow, locally or after they break free and are released in the artery. These phenomena of thrombosis are at the origin of myocardial and cerebral infarctions, first causes of death in all developed countries. We chose the peptide as tool of vectorisation, and my work consisted of studying and characterizing the interaction of these peptides to three different biomarkers of atherosclerosis. Secondly, I used various tools developed in our lab to conduct a pharmacomodulation campaign based on these compounds, in order to improve their physicochemical properties. We also achieved the synthesis of the tracer Ga-P04087 who answers all the criteria of the specifications and who is now in preclinical phase.

Caractérisation des propriétés mécaniques de la plaque d'athérome à partir de données échographiques endovasculaires : La technique de palpographie revisitée. Ce travail de thèse a pour ambitions de créer des outils issus de la théorie de la mécanique des milieux continus dans le but de détecter et de caractériser les propriétés mécaniques des plaques d'athéromes vulnérables. Une première partie du travail a consisté à reformuler et à corriger une approche de palpographie permettant de détecter rapidement la présence de corps lipidiques au sein de la paroi vasculaire pathologique. Cette nouvelle technique, qui estime la compliance vasculaire, a été validée avec succès sur des données simulées ainsi que sur des images IVUS de modèles d'artère réalisés en PVA-c. Notons que cette technique a été brevetée. Le développement des nouvelles modalités d'imagerie telles que l'OCT, l'IVUS-HD ne permettent pas de mesurer les déformations sur la totalité d'une section d'artère. En effet, pour de telles techniques d'imagerie, le signal ne pénètre pas toute la paroi artérielle, mais simplement la couche endoluminale (appelée aussi domaine de palpographie). C'est pourquoi, dans la deuxième partie de mon travail, j'ai proposé une nouvelle approche - s'inspirant de travaux déjà effectués au laboratoire - permettant de reconstruire la cartographie du module d'Young du domaine de palpographie. De nombreux algorithmes tentent de déterminer les géométries ainsi que les propriétés mécaniques des plaques d'athéromes. Cependant, il reste difficile de valider les codes de calculs car il est rare de disposer à la fois: des images IVUS, des coupes anatomiques et des mesures de rigidité des différents constituants de la plaque. Afin d'obtenir ces jeux complets de données, j'ai créé un banc expérimental permettant la réalisation de mesures IVUS, AFM et histologiques ex-vivo. Les deux dernières parties de ce travail mettent en avant le nombre important de résultats expérimentaux obtenus sur des artères réalisées en PVA-c ainsi que sur des aortes pathologiques et saines de lapins Watanabe. La validation de mes deux techniques précédentes de caractérisation ont été effectuées à l'aide de ce banc expérimental mis en place en collaboration avec l'université de Montréal.

Le niveau de risque dans l'HTA est lié en partie au niveau de pression artérielle systolique (PAS) et diastolique (PAD) mais également aux atteintes d'organes cibles infracliniques. Les objectifs de ce travail sont de rechercher des facteurs pronostiques concernant le remodelage du ventricule gauche et de l'aorte dans le cadre des pathologies cardiovasculaires. Les résultats ont été obtenus à partir de la cohorte historique OLD-HTA constituée au début des années 1970 et des patients pris en charge actuellement dans le service de cardiologie. Concernant le remodelage ventriculaire gauche, nous démontrons que l'onde R aVL sur l'ECG est corrélé à l'hypertrophie ventriculaire gauche en s'appuyant sur l'IRM cardiaque comme gold standard et qu'elle permet de prédire la mortalité toute cause et cardiovasculaire dans l'HTA. D'autre part, nos résultats permettent de mieux appréhender la valeur pronostique de la PAD qui devient un élément protecteur pour une PAS donnée en cas d'athérome aortique. Enfin, nous démontrons que la présence d'athérome aortique ou de calcifications aortiques est un élément prédicteur d'événements cardiovasculaires dans les suites d'un remplacement valvulaire aortique percutané et lorsque la fréquence cardiaque est élevée chez le patient hypertendu. L'ensemble de ces éléments pronostiques permettra à l'avenir de mieux stratifier le risque cardiovasculaire de nos patients en évaluant afin de leur proposer les thérapeutiques les plus adaptées / Risk stratification in hypertension is related to the level of systolic blood pressure (SBP) and diastolic blood pressure (DBP) but also to the presence of subclinical target organ damages. The aims of the studies conducted were to determine the prognostic values of left ventricular and aortic remodeling in the clinical setting of cardiovascular disease. Results were obtained in our historic OLD-HTA cohort started in the 70’s and with patients currently treated in our cardiology department. Regarding left ventricular remodeling, we demonstrated that R wave in aVL lead from the electrocardiogram is a robust index of left ventricular hypertrophy using cardiac MRI and this index is also a powerful predictor of all-cause and cardiovascular mortality in hypertension. Moreover, our results indicated that at a specific level of SBP, a low DBP is harmful in the presence of aortic atheroma. Therefore, aortic atherosclerosis or aortic calcifications are a major predictor of cardiovascular events after transcutaneous aortic valve implantation and in hypertensive patients with high resting heart rate. Taken together these data emphasize the interplay between aorta and the heart and provide some new hints to improve risk stratification particularly in hypertension

Le but de ce travail est d’étudier le lien suspecté entre l’inflammation buccale et la survenue des AVC ischémiques. Dans les pays occidentaux, l’incidence des infarctus cérébraux est en augmentation malgré les campagnes de prévention visant à limiter l’exposition aux facteurs de risque classiques des pathologies ischémiques. Près de 9% des accidents vasculaires cérébraux sont sans étiologie connue. Le facteur déclenchant de l’AVC ischémique ou le « key trigger » reste inconnu. Des études récentes montrent qu’un AVC ischémique est plus susceptible de se déclencher dans la semaine qui suit un événement infectieux. De ce fait, l’inflammation buccale entraînant une élévation de différents biomarqueurs inflammatoires est susceptible de favoriser la survenue des AVC. Dans un premier temps, une méta-analyse a été effectuée afin de faire la synthèse des données étudiant la relation entre l’inflammation buccale et la survenue des AVC. Elle a montré que le risque d’avoir un AVC ischémique fatal augmente de 38% chez les sujets atteints de parodontite sévère. Dans un deuxième temps, deux études cliniques observationnelles ont été mises en place afin de renforcer la validité des liens épidémiologiques supposés et d’apporter de nouveaux éléments dans la compréhension des mécanismes physiopathologiques liant l’inflammation buccale et la survenue des AVCI. Les résultats montrent une relation entre le degré d’inflammation buccale et les marqueurs biologiques athéromateux et inflammatoires. En effet, nos résultats montrent une augmentation des taux de CRP, de VLDL, de triglycérides et une diminution des taux de HDL lors d’une atteinte parodontale sévère. C’est la perte osseuse parmi les marqueurs cliniques de l’inflammation buccale aisément évaluable sur un panoramique dentaire, qui est la plus significativement liée au risque de la survenue des AVC ischémiques. Les résultats de cette thèse suggèrent que la présence d’un contexte buccal inflammatoire favoriserait la survenue le développement d’un AVCI. En outre, nos résultats confirment la nécessité d’une coopération entre l’odontologue et le neurologue afin d’améliorer la prise en charge du risque vasculaire chez un patient ayant un AVCI avec une inflammation buccale. / The aim of this work is to investigate the suspected link between oral inflammation and the occurrence of ischemic stroke. In Western countries, the incidence of ischemic stroke is rising despite prevention campaigns aiming at limiting the exposure to common risk factors for ischemic diseases. Nearly 9% of strokes are of unknown etiology. The triggering factor for ischemic stroke or "trigger key" remains unknown. Recent studies have shown that ischemic stroke is more likely to occur in the week following an infectious event. Therefore, oral inflammation, that causes a rise in various inflammatory biomarkers is studied as potentially increasing the risk of stroke. Firstly, a meta-analysis was performed to synthesize data about the relationship between oral inflammation and the occurrence of stroke. It has shown that the risk of fatal ischemic stroke increases by 38% in patients with severe periodontitis. Secondly, two observational clinical studies have been implemented to strengthen the validity of the supposed epidemiological links and bring new elements in our understanding about the pathophysiological mechanisms linking oral inflammation and the occurrence of ischemic stroke. The results show a proportional relationship between the degree of oral-inflammation and biological assessments that demonstrate pro-atherosclerotic and pro-inflammatory state. Indeed, we observe an increase in CRP levels, VLDL triglycerides and a decrease in HDL in patients with severe periodontal disease. Bone loss, that is easily measurable on a dental panoramic radiograph, appears to be the main risk factor of the occurrence of ischemic stroke.The results of this thesis show that the presence of an inflammatory oral environment is an additional marker for the discovery of a cardiovascular risk in patients combining other conventional risk factors of ischemic stroke. In addition, our results suggest the need for cooperation between the neurologists and odontologists to improve the management of cardiovascular risk in patients with ischemic stroke and oral inflammation.