Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les symptômes dépressifs et anxieux, l'anxiété cardiaque, les perturbations du sommeil et les plaintes cognitives en contexte de maladie coronarienne athérosclérotique suscitent de plus en plus d'intérêt en raison de leurs répercussions sur le fonctionnement, la qualité de vie et le pronostic cardiovasculaire. Or, bien que leur prévalence élevée dans les jours suivant un événement cardiovasculaire soit bien documentée, l'évolution clinique et la concomitance de ces symptômes psychologiques demeurent peu étudiées. Ainsi, cette thèse doctorale avait pour premier objectif de décrire les trajectoires longitudinales des principaux symptômes psychologiques associés à la maladie coronarienne athérosclérotique. Le deuxième objectif était d'identifier des profils de patients en fonction de la sévérité de leurs symptômes psychologiques. Pour ce faire, des patients ayant subi une procédure de revascularisation en lien avec un diagnostic de maladie coronarienne athérosclérotique ont été recrutés à l'Institut universitaire de cardiologie et de pneumologie de Québec. Ils ont été évalués à l'aide de plusieurs questionnaires auto-rapportés à trois temps de mesure, soit pendant les 4 semaines suivant une procédure de revascularisation ainsi que 3 et 6 mois plus tard. Les résultats ont révélé un pronostic psychologique favorable chez la plupart des patients. En effet, plusieurs rapportaient des symptômes dépressifs et anxieux, de l'anxiété cardiaque et des plaintes cognitives initialement faibles qui diminuaient sur une période de 6 mois (34,9-83,6%). D'autres patients présentaient de l'anxiété cardiaque et des perturbations du sommeil initialement élevées qui se résorbaient à travers le temps (51,4% et 68,4%, respectivement). Cependant, une proportion importante de patients signalaient des symptômes dépressifs et anxieux, de l'anxiété cardiaque, des perturbations du sommeil et des plaintes cognitives sévères et persistants (13,7-36,9%). Par ailleurs, les résultats ont révélé deux profils de patients présentant des niveaux de sévérité similaires de symptômes psychologiques au temps de mesure initial. Le profil « Symptômes faibles » regroupait la majorité des patients (59,2%) et il était caractérisé par des niveaux faibles de symptômes dépressifs et anxieux, d'anxiété cardiaque et de plaintes cognitives, mais des perturbations du sommeil élevées. Le profil « Symptômes élevés » (40,8%) se distinguait par des niveaux élevés de symptômes psychologiques. Dans l'ensemble, les résultats obtenus ont permis de mieux comprendre l'évolution clinique et la concomitance des symptômes psychologiques associés à la maladie coronarienne athérosclérotique, en plus de dégager plusieurs implications cliniques et pistes de réflexion pour la recherche future. / In patients with coronary artery disease, depressive and anxiety symptoms, cardiac anxiety, sleep disturbances and cognitive complaints have received increasing interest due to their association with diminished quality of life, impaired functioning, and poor cardiovascular prognosis. While the significance of these psychological symptoms is well documented for the period following a cardiovascular event, knowledge on their course and co-occurrence remain limited. Thus, the present thesis first aimed at describing the longitudinal trajectories of common psychological symptoms in patients with coronary artery disease. Second, this thesis aimed at identifying clusters of patients based on the severity of their psychological symptoms. For those purposes, patients who had undergone a revascularization procedure for coronary artery disease at Québec Heart and Lung Institute were recruited. Patients completed questionnaires within four weeks post revascularization procedure with follow-ups 3 and 6 months later. The results revealed a favorable psychological prognosis for most patients. Indeed, many patients reported limited depressive symptoms and anxiety symptoms, cardiac anxiety and cognitive complaints at baseline that decreased over time (34.9-83.6%). Other patients presented initially elevated cardiac anxiety and sleep disturbances that were resolved naturally over time (51.4% and 68.4%, respectively). However, a significant proportion of patients experienced persistently elevated depressive and anxiety symptoms, cardiac anxiety, sleep disturbances and cognitive complaints (13.7-36.9%). The results also revealed two clusters of patients at baseline. The "Low symptoms" cluster accounted for most of the sample (59.2%) and was characterized by limited depressive and anxiety symptoms, cardiac anxiety, and cognitive complaints, but elevated sleep disturbances. The "High symptoms" cluster (40.8%) included patients with high levels of psychological symptoms. Overall, this thesis provided insight into the clinical evolution and the co-occurrence of psychological symptoms in patients with coronary artery disease and suggested several clinical implications and future research avenues.

Effet de l’atorvastatine sur la dysfonction endothéliale des artères coronaires épicardiques associée à l’hypertrophie ventriculaire gauche dans un modèle porcin Forcillo J, Aubin MC, Horn A, Shi YF, Carrier M, Tardif JC, Perrault LP Introduction: L’atorvastatine par ses effets pléiotropiques pourrait limiter la dysfonction endothéliale associée au développement de l’HVG. Méthodologie : Un cerclage de l’aorte ascendante pendant 2 mois entraîne le développement d’HVG et les groupes ont été traités avec atorvastatine 40 ou 80 mg de 60 à 90 jours. L’HVG est confirmée par échographie. La réactivité vasculaire est évaluée en chambres d’organe, la fonction endothéliale par la quantification de la GMPc et des nitrites/nitrates plasmatiques. Le stress oxydant est mesuré par les niveaux d’ANG II et de la carbonylation des protéines. Résultats : Après 60 et 90 j de cerclage, l’HVG est observée chez tous ces groupes. Les courbes concentrations-réponse des anneaux des artères coronaires épicardiques des groupes traités avec l’atorvastatine 40 et 80 mg pour 30 et 60 jours n’ont démontré aucune amélioration des relaxations dépendantes de l’endothélium. Une exacerbation significative de la dysfonction endothéliale a été observée. Les niveaux vasculaires de GMPc sont significativement diminués dans le groupe sans cerclage traité 60 d et ceux d’ANG II sont fortement augmentés chez ce dernier groupe ainsi que le groupe traité avec 80 mg pour 30 jours par rapport aux contrôles. L’expression de la carbonylation des protéines est augmentée dans le groupe témoin traité avec atorvastatine 80 mg, reflétant une augmentation du stress oxydant. Conclusion : L’administration d’atorvastatine ne prévient pas le développement de l’HVG ni la dysfonction endothéliale dans notre modèle. Au contraire l’atorvastatine à haute dose a un effet toxique sur les artères coronaires épicardiques en augmentant la dysfonction endothéliale. / Effect of atorvastatin on endothelial dysfunction of epicardial coronary arteries associated with left ventricular hypertrophy in a porcine model. Forcillo J, Aubin MC, Horn A, Shi YF, Carrier M, Tardif JC, Perrault LP Background: Atorvastatin, through pleiotropic effects, may prevent or reverse the endothelial dysfunction associated with LVH. Methods: After performing a banding of the ascending aorta for 2 months leading to the development of LVH, groups have been treated with atorvastatin 40 or 80 mg for 60 and 90 day periods. LVH was evaluated by echocardiographic studies. Vascular reactivity studies were performed in organ chambers. In vitro endothelial function was evaluated by plasmatic nitrites/nitrates, the degradations products of nitric oxide, and cGMP quantification. To quantify and qualify oxidative stress, protein carbonyl and angiotensin II levels were assessed. Results: Following 60 and 90 days of aortic banding, the development of LVH was observed in these groups. Concentration-response curves from rings of epicardial coronary arteries of groups treated with atorvastatin 40 and 80 mg for 30 and 60 days showed a significant decrease of endothelium-dependent relaxations with worsening of the endothelial dysfunction. Levels of cGMP were significantly decreased in the 60 days treated sham group and levels of ANG II were increased in the latter and also in the 90 days banded groups treated with 80 mg for 30 days compared to controls. The expression of protein carbonyl increased in the sham group treated with atorvastatin 80 mg compatible with an increase in oxidative stress. Conclusion: The administration of atorvastatin does not limit the development of LVH nor the endothelial dysfunction in our model. On the opposite, atorvastatin at a high dose has a toxic effect on epicardial coronary arteries by exacerbating the endothelial dysfunction.

De nos jours, les progrès de l’informatisation de l’imagerie médicale assistent au plus près les médecins dans leur soin au patient. Des modèles personnalisés computationnels sont utilisés pour le diagnostique, prognostique et planification du traitement, en diminuant lesrisques pour le patient, et potentiellement les frais médicaux.Heartflow est l’exemple même d’une compagnie qui réussit ce service dans le domaine cardiovasculaire. À partir d’un modèle extrait d’images tomographiques rayons X, les lésions avec impact fonctionnel sont identifiées dans les artères coronaires. Cette analyse qui combine l’anatomie à la fonction est néanmoins limitée par la résolution de l’image. En aval de ces larges vaisseaux, un examen fonctionnel dénommé Imagerie de Perfusion du Myocarde (IPM) met en évidence les régions du myocarde affectées par un déficit de flux sanguin. Cependant, l’IPM n’établie pas de relation fonctionnelle avec les larges vaisseaux coronaires lésés en amont.L’objectif de ce projet est de construire la connexion fonctionnelle entre les coronaires et le myocarde, en extrapolant l’analyse fonctionnelle depuis les larges vaisseaux vers le lit capillaire. À cette fin, il faut étendre le modèle vasculaire jusqu'aux microvaisseaux, et mener une analyse fonctionnelle en direction du comportement myocardique.Nous étendons une méthode de génération d’arbre vasculaire basée sur la satisfaction de principes fonctionnels, nommée Constrained Constructive Optimization (Optimization Constructive sous Contraintes), pour qu’elle s’applique à de multiples arbres vasculaires en compétition. L’algorithme simule l’angiogénèse avec minimisation du volume vasculaire sous contraintes de flux et de géométrie adaptant la croissance simultanée des arbres aux caractéristiques du patient. Cette méthode fournit un modèle hybride composé de coronaires épicardiales extraites d’images et de vaisseaux synthétiques jusqu’aux artérioles, emplissant le ventricule gauche du myocarde.Puis, nous construisons un pipeline d’analyse fonctionnelle multi-échelle pour étendre la simulation de flux depuis les coronaires vers le myocarde. Cela consiste en un modèle de flux coronaire 1D compatible avec la vasculature hybride, et l’analyse de la distribution spatiale des flux provenant des segments terminaux. Cette dernière est réalisée dans une nomenclature similaire à celle de l’IPM pour permettre la comparaison avec des données de vérité terrain fonctionnelles.Nous avons relié l’anatomie du réseau vasculaire à la distribution de flux dans le myocarde pour plusieurs patients. Cette analyse multi-échelle permet d’identifier des pistes pour affiner les méthodes de génération vasculaire et de simulation de flux. Cette extrapolation anatomique et fonctionnelle personnalisée est une première passerelle pour la simulation de perfusion du myocarde à partir d’imagerie tomographique scanner. La construction d’un tel modèle computationnel personnalisé pourrait aider à la compréhension de la physio-pathologie cardiovasculaire complexe et, enfin, à la santé du patient. / Recent advances in medical image computing have allowed automatedsystems to closely assist physicians in patient therapy. Computationaland personalized patient models benefit diagnosis, prognosisand treatment planning, with a decreased risk for the patient,as well as potentially lower cost. HeartFlow Inc. is a successfull exampleof a company providing such a service in the cardiovascularcontext. Based on patient-specific vascular model extracted from XrayCT images, they identify functionally significant disease in largecoronary arteries. Their combined anatomical and functional analysisis nonetheless limited by the image resolution. At the downstreamscale, a functional exam called Myocardium Perfusion Imaging (MPI)highlights myocardium regions with blood flow deficit. However,MPI does not functionally relate perfusion to the upstream coronarydisease.The goal of our project is to build the functional bridge betweencoronary and myocardium, by extrapolating the functional analysisfrom large coronary toward the capillary bed. This objective requiresextension from the coronary model down to the microvasculaturecombined with a functional analysis leading to the myocardium compartment.We expand a tree generation method subjected to functional principles,named Constrained Constructive Optimization, to generate multiplecompeting vascular trees. The algorithm simulates angiogenesisunder vascular volume minimization with flow-related and geometricalconstraints, adapting the simultaneous tree growths to patientpriors. This method provides a hybrid image-based and synthetic geometricmodel, starting from segmented epicardium coronary downto synthetic arterioles, filling the left ventricle myocardium.We then build a multiscale functional analysis pipeline to allowblood flow simulation from the coronaries to the myocardium. Thisis achieved with a 1D coronary model compatible with the hybridvasculature, and a spatial blood flow distribution analysis of the terminalsegments. The latter is performed using a similar nomenclatureto MPI, to enable patient-specific comparison with functional groundtruthdata.We connected the vascular anatomy to blood flow distribution inthe myocardium on several patient datasets. This multiscale frameworkpoints out several leads to refine the vascular network generationand fluid simulation methods. This patient-specific anatomicaland functional extrapolation is a first gateway toward myocardiumperfusion from X-ray CT data. Building such personalized computational model of patient could potentially help investigating cardiovascularcomplex physio-pathology, and, finally, improve the patientcare.

La chirurgie mini-invasive limite les incisions et le traumatisme pour le patient. Elle bénéficie de l'assistance robotisée qui améliore précision et confort du geste opératoire. Cependant des difficultés subsistent. Ainsi dans les opérations de pontage des artères coronaires, la localisation et l'identification des artères cibles de l'intervention posent problème. Nous proposons alors de guider le chirurgien en superposant le modèle des artères du patient dans les images endoscopiques intra-opératoires. L'une des contributions de cette thèse consiste à définir une approche basée sur l'analyse de l'intervention et du geste chirurgical: tout d'abord nous nous intéressons à la modélisation statique des artères coronaires à partir de moyens standards d'imagerie. Nous initialisons ensuite le recalage dans les images endoscopiques en calibrant l'endoscope stéréoscopique robotisé et en recalant l'enveloppe externe du patient au bloc opératoire. Nous affinons enfin ce résultat pour tenir compte du déplacement intra-opératoire du coeur et des erreurs successives. Un mécanisme multi-modèles robuste original, basé sur la traduction des indications données par le chirurgien en mesures, permet d'aboutir à la précision nécessaire au guidage. Cet outil novateur de chirurgie assistée par ordinateur est intégré au sein d'une architecture commune expérimentée avec le robot Da Vinci au cours de nombreux tests in-vivo.

Nos travaux ont été motivés par un problème pratique visant à étudier et à développer une méthode générale pour détecter les vaisseaux sanguins à partir de cinéangiographies. Il s'agit donc d'obtenir une bonne modélisation des vaisseaux, i.e. une caractér isation précise de leurs lignes centrales et de leurs diamètres. Une solution à cette problématique consiste à générer un espace multi-échelles qui grâce à ses différents niveaux de détails permet de traiter des artères de diamètres divers. Ces méthodes sont généralement mises en oeuvre en utilisant le formalisme des équations aux dérivées partielles (EDP) et celui de la géométrie différentielle. Les contributions de cette thèse sont multiples. Nous centrons tout d'abord nos travaux théoriques autour des traitements relatif s à la résolution des EDP en considérant ces traitements sous l'angle des méthodes itératives dites de recherche de point fixe. Ensuite, nous résolvons l'équation de la chaleur par une méthode de résolution à pas adaptatif originale, dite lambda-résolution. Ceci nous permet, en contrôlant la vitesse de convergence du processus, d'obtenir un filtre de diffusion isotrope, qui a la particularité de préserver les contours. Nous utilisons alors ce processus à des fins de débruitage et de segmentation d'images en niveaux de gris et couleur. Par ailleurs, nous introduisons une nouvelle EDP de rehaussement d'images, inspirée des filtres de choc et de la morphologie mathématique que nous couplons à l'analyse multi-échelles précédente de manière à obtenir un filtre de restauration d'images. Par la suite, la définition de courbures d'images vectorielles nous permet de proposer à la fois, une nouvelle {sc EDP} de lissage par courbure moyenne et une nouvelle méthode de détection des lignes centrales que nous appliquons sur des images couleur. Finalement, nous présentons une stratégie de détection multi-échelles des lignes centrales et des contours de l'arbre coronarien.

Effet de l’atorvastatine sur la dysfonction endothéliale des artères coronaires épicardiques associée à l’hypertrophie ventriculaire gauche dans un modèle porcin Forcillo J, Aubin MC, Horn A, Shi YF, Carrier M, Tardif JC, Perrault LP Introduction: L’atorvastatine par ses effets pléiotropiques pourrait limiter la dysfonction endothéliale associée au développement de l’HVG. Méthodologie : Un cerclage de l’aorte ascendante pendant 2 mois entraîne le développement d’HVG et les groupes ont été traités avec atorvastatine 40 ou 80 mg de 60 à 90 jours. L’HVG est confirmée par échographie. La réactivité vasculaire est évaluée en chambres d’organe, la fonction endothéliale par la quantification de la GMPc et des nitrites/nitrates plasmatiques. Le stress oxydant est mesuré par les niveaux d’ANG II et de la carbonylation des protéines. Résultats : Après 60 et 90 j de cerclage, l’HVG est observée chez tous ces groupes. Les courbes concentrations-réponse des anneaux des artères coronaires épicardiques des groupes traités avec l’atorvastatine 40 et 80 mg pour 30 et 60 jours n’ont démontré aucune amélioration des relaxations dépendantes de l’endothélium. Une exacerbation significative de la dysfonction endothéliale a été observée. Les niveaux vasculaires de GMPc sont significativement diminués dans le groupe sans cerclage traité 60 d et ceux d’ANG II sont fortement augmentés chez ce dernier groupe ainsi que le groupe traité avec 80 mg pour 30 jours par rapport aux contrôles. L’expression de la carbonylation des protéines est augmentée dans le groupe témoin traité avec atorvastatine 80 mg, reflétant une augmentation du stress oxydant. Conclusion : L’administration d’atorvastatine ne prévient pas le développement de l’HVG ni la dysfonction endothéliale dans notre modèle. Au contraire l’atorvastatine à haute dose a un effet toxique sur les artères coronaires épicardiques en augmentant la dysfonction endothéliale. / Effect of atorvastatin on endothelial dysfunction of epicardial coronary arteries associated with left ventricular hypertrophy in a porcine model. Forcillo J, Aubin MC, Horn A, Shi YF, Carrier M, Tardif JC, Perrault LP Background: Atorvastatin, through pleiotropic effects, may prevent or reverse the endothelial dysfunction associated with LVH. Methods: After performing a banding of the ascending aorta for 2 months leading to the development of LVH, groups have been treated with atorvastatin 40 or 80 mg for 60 and 90 day periods. LVH was evaluated by echocardiographic studies. Vascular reactivity studies were performed in organ chambers. In vitro endothelial function was evaluated by plasmatic nitrites/nitrates, the degradations products of nitric oxide, and cGMP quantification. To quantify and qualify oxidative stress, protein carbonyl and angiotensin II levels were assessed. Results: Following 60 and 90 days of aortic banding, the development of LVH was observed in these groups. Concentration-response curves from rings of epicardial coronary arteries of groups treated with atorvastatin 40 and 80 mg for 30 and 60 days showed a significant decrease of endothelium-dependent relaxations with worsening of the endothelial dysfunction. Levels of cGMP were significantly decreased in the 60 days treated sham group and levels of ANG II were increased in the latter and also in the 90 days banded groups treated with 80 mg for 30 days compared to controls. The expression of protein carbonyl increased in the sham group treated with atorvastatin 80 mg compatible with an increase in oxidative stress. Conclusion: The administration of atorvastatin does not limit the development of LVH nor the endothelial dysfunction in our model. On the opposite, atorvastatin at a high dose has a toxic effect on epicardial coronary arteries by exacerbating the endothelial dysfunction.

Les maladies coronariennes constituent l'ensemble des troubles affectant les artères coronaires. Elles sont la première cause mondiale de mortalité. Par conséquent, la détection précoce de ces maladies en utilisant des techniques peu invasives fournit un meilleur résultat thérapeutique, et permet de réduire les coûts et les risques liés à une approche interventionniste. Des études récentes ont montré que la tomodensitométrie peut être utilisée comme une alternative non invasive et fiable pour localiser et quantifier ces lésions. Cependant, l'analyse de ces examens, basée sur l'inspection des sections du vaisseau, reste une tâche longue et fastidieuse. Une haute précision est nécessaire, et donc seulement les cliniciens hautement expérimentés sont en mesure d'analyser et d'interpréter de telles données pour établir un diagnostic. Les outils informatiques sont essentiels pour réduire les temps de traitement et assurer la qualité du diagnostic. L'objectif de cette thèse est de fournir des outils automatisés de traitement d'angiographie CT, pour la visualisation et l'analyse des artères coronaires d'une manière non invasive. Ces outils permettent aux pathologistes de diagnostiquer et évaluer efficacement les risques associés aux maladies cardio-vasculaires tout en améliorant la qualité de l'évaluation d'un niveau purement qualitatif à un niveau quantitatif. Le premier objectif de ce travail est de concevoir, analyser et valider un ensemble d'algorithmes automatisés utiles pour la détection et la quantification de sténoses des artères coronaires. Nous proposons un nombre de techniques couvrant les différentes étapes de la chaîne de traitement vers une analyse entièrement automatisée des artères coronaires. Premièrement, nous présentons un algorithme dédié à l'extraction du cœur. L'approche extrait le cœur comme un seul objet, qui peut être utilisé comme un masque d'entrée pour l'extraction automatisée des coronaires. Ce travail élimine l'étape longue et fastidieuse de la segmentation manuelle du cœur et offre rapidement une vue claire des coronaires. Cette approche utilise un modèle géométrique du cœur ajusté aux données de l'image. La validation de l'approche sur un ensemble de 133 examens montre l'efficacité et la précision de cette approche. Deuxièmement, nous nous sommes intéressés au problème de la segmentation des coronaires. Dans ce contexte, nous avons conçu une nouvelle approche pour l'extraction de ces vaisseaux, qui combine ouvertures par chemin robustes et filtrage sur l'arbre des composantes connexes. L'approche a montré des résultats prometteurs sur un ensemble de 11 examens CT. Pour une détection et quantification robuste de la sténose, une segmentation précise de la lumière du vaisseau est cruciale. Par conséquent, nous avons consacré une partie de notre travail à l'amélioration de l'étape de segmentation de la lumière, basée sur des statistiques propres au vaisseau. La validation avec l'outil d'évaluation en ligne du challenge de Rotterdam sur la segmentation des coronaires, a montré que cette approche présente les mêmes performances que les techniques de l'état de l'art. Enfin, le cœur de cette thèse est consacré à la problématique de la détection et la quantification des sténoses. Deux approches sont conçues et évaluées en utilisant l'outil d'évaluation en ligne de l'équipe de Rotterdam. La première approche se base sur l'utilisation de la segmentation de la lumière avec des caractéristiques géométriques et d'intensité pour extraire les sténoses coronaires. La seconde utilise une approche basée sur l'apprentissage. Durant cette thèse, un prototype pour l'analyse automatisée des artères coronaires et la détection et quantification des sténoses a été développé. L'évaluation qualitative et quantitative sur différents bases d'examens cardiaques montre qu'il atteint le niveau de performances requis pour une utilisation clinique / Coronary heart diseases are the group of disorders that affect the coronary artery vessels. They are the world's leading cause of mortality. Therefore, early detection of these diseases using less invasive techniques provides better therapeutic outcome, as well as reduces costs and risks, compared to an interventionist approach. Recent studies showed that X-ray computed tomography (CT) may be used as an alternative to accurately locate and grade heart lesions in a non invasive way. However, analysis of cardiac CT exam for coronaries lesions inspection remains a tedious and time consuming task, as it is based on the manual analysis of the vessel cross sections. High accuracy is required, and thus only highly experienced clinicians are able to analyze and interpret the data for diagnosis. Computerized tools are critical to reduce processing time and ensure quality of diagnostics. The goal of this thesis is to provide automated coronaries analysis tools to help in non-invasive CT angiography examination. Such tools allow pathologists to efficiently diagnose and evaluate risks associated with CVDs, and to raise the quality of the assessment from a purely qualitative level to a quantitative level. The first objective of our work is to design, analyze and validate a set of automated algorithms for coronary arteries analysis with the final purpose of automated stenoses detection and quantification. We propose different algorithms covering different processing steps towards a fully automated analysis of the coronary arteries. Our contribution covers the three major blocks of the whole processing chain and deals with different image processing fields. First, we present an algorithm dedicated to heart volume extraction. The approach extracts the heart as one single object that can be used as an input masque for automated coronary arteries segmentation. This work eliminates the tedious and time consuming step of manual removing obscuring structures around the heart (lungs, ribs, sternum, liver...) and quickly provides a clear and well defined view of the coronaries. This approach uses a geometric model of the heart that is fitted and adapted to the image data. Quantitative and qualitative analysis of results obtained on a 114 exam database shows the efficiency and the accuracy of this approach. Second, we were interested to the problem of coronary arteries enhancement and segmentation. In this context, we first designed a novel approach for coronaries enhancement that combines robust path openings and component tree filtering. The approach showed promising results on a set of 11 CT exam compared to a Hessian based approach. For a robust stenoses detection and quantification, a precise and accurate lumen segmentation is crucial. Therefore, we have dedicated a part of our work to the improvement of lumen segmentation step based on vessel statistics. Validation on the Rotterdam Coronary Challenge showed that this approach provides state of the art performances. Finally, the major core of this thesis is dedicated to the issue of stenosis detection and quantification. Two different approaches are designed and evaluated using the Rotterdam online evaluation framework. The first approach get uses of the lumen segmentation with some geometric and intensity features to extract the coronary stenosis. The second is using a learning based approach for stenosis detection and stenosis. The second approach outperforms some of the state of the art works with reference to some metrics. This thesis results in a prototype for automated coronary arteries analysis and stenosis detection and quantification that meets the level of required performances for a clinical use. The prototype was qualitatively and quantitatively validated on different sets of cardiac CT exams

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2024 / Cette thèse vise à estimer la contribution des stresseurs psychosociaux au travail des modèles demande-latitude (DL) et déséquilibre effort-reconnaissance (DER) à l'incidence des maladies cardiovasculaires, avec une attention particulière aux différences entre les sexes. Elle s'appuie sur les données de la cohorte PROspective Québec sur le travail et la santé, une étude de cohorte prospective menée dans la région de la capitale nationale du Québec. Les objectifs spécifiques de cette thèse sont : 1) Estimer l'effet de l'exposition séparée et combinée aux stresseurs psychosociaux au travail des modèles DL et DER sur l'incidence des maladies coronariennes; 2) Estimer la fraction des cas de maladies coronariennes attribuables à ces stresseurs psychosociaux au travail; et 3) Estimer et comparer la fraction des cas de maladies cardiovasculaires attribuable à l'exposition ponctuelle et cumulée à ces stresseurs psychosociaux au travail, aux longues heures de travail, au tabagisme et à l'inactivité physique. Ces objectifs ont été atteints séparément pour les femmes et les hommes, en tenant compte des variations temporelles de l'exposition et du risque. La population, recrutée entre 1991 et 1993, comprend 9 188 travailleurs de col blanc âgés de 18 à 65 ans, employés dans 19 organisations publiques et parapubliques. Les stresseurs psychosociaux au travail des modèles DL et DER ont été mesurés à l'aide de questionnaires en 1999-2001 auprès de 6 465 individus sans antécédents de maladies cardiovasculaires. L'incidence des maladies cardiovasculaires jusqu'au 31 décembre 2018 a été mesurée en utilisant les données médico-administratives québécoises et des algorithmes validés. Des modèles de Cox marginaux ont permis d'évaluer les rapports de taux instantané, stratifiés par sexe, tandis que l'estimation des fractions attribuables a été réalisée avec la méthode de Kaplan-Meier. L'utilisation de l'imputation multiple et des poids de probabilité inverse ont permis de contrôler les facteurs de confusion et de minimiser les menaces potentielles à la validité interne. L'exposition aux stresseurs psychosociaux du modèle DL ou au DER était associée à une augmentation ajustée du risque de maladies coronariennes de 49% chez les hommes. L'exposition combinée aux stresseurs psychosociaux au travail des modèles DL et DER est associée à un risque accru de développer une maladie coronarienne de l'ordre de 103%. Ces stresseurs psychosociaux au travail notamment les emplois passifs, actifs et à haute tension professionnelle, contribuent de façon importante au fardeau des maladies cardiovasculaires, représentant jusqu'à 33,7% des évènements cardiovasculaires incidents chez les femmes. Chez les hommes, l'exposition au DER contribue à 7,2% des évènements cardiovasculaires incidents. Lorsque combiné, ces stresseurs psychosociaux au travail contribuent de façon importante au fardeau des maladies cardiovasculaires, étant impliqués dans environ un cinquième des évènements cardiovasculaires incidents. En comparaison, le tabagisme et l'inactivité physique contribuent jusqu'à 15% des évènements cardiovasculaires incidents. Les stresseurs psychosociaux au travail des modèles sont associés à une incidence plus élevée de maladies cardiovasculaires et qu'une proportion importante de cas de MCV pourrait être évitée si ces expositions étaient réduites ou éliminées dans la population. Les résultats de cette thèse appui la pertinence des interventions préventives en milieu de travail ciblant ces facteurs pour améliorer la prévention primaire des maladies cardiovasculaires. / This thesis aims to measure the contribution of psychosocial stressors at work from the demand-control and effort-reward imbalance models to the incidence of cardiovascular diseases, with a particular attention to sex differences. It draws on the PROspective Quebec cohort on work and health, a prospective study carried out in the national capital region of Quebec. The specific objectives of this thesis are to: 1) estimate the separate and combined effect of exposure to psychosocial stressors at work on the incidence of coronary heart disease; 2) estimate the fraction of coronary heart disease events attributable to exposure to psychosocial stressors at work; and 3) estimate and compare the fraction of cardiovascular diseases events attributable to both one-time and cumulative exposure to psychosocial stressors at work, long working hours, smoking, and physical inactivity. These objectives were achieved by separately analyzing data for women and men and considering temporal variations in exposure and risk. The initial cohort, recruited between 1991 and 1993, comprised 9,188 white-collar workers aged 18 to 65 years, employed in 19 public and parapublic organizations. Psychosocial stressors at work were measured in 1999-2001 among 6,465 individuals with no history of cardiovascular diseases. Cardiovascular disease events were tracked until December 31, 2018, using validated algorithms and a universal medical-administrative database. Marginal Cox models were used to assess hazard ratios, stratified by sex, while the estimation of attributable fractions was carried out using the Kaplan-Meier method. The use of multiple imputation and inverse probability weights allowed for control of confounding factors and minimized potential threats to internal validity. Exposure to psychosocial stressors from the DC model or ERI was associated with a 49% adjusted increase in the risk of coronary heart diseases in men. Combined exposure to psychosocial work stressors from the DC and ERI models is associated with a 103% increased risk of developing coronary disease. Specifically, passive, active, and high-strain jobs, significant psychosocial work stressors, contribute significantly to the burden of cardiovascular diseases, accounting for up to 33.7% of incident cardiovascular events in women. In men, exposure to ERI contributes to 7.2% of incident cardiovascular events. Combined, these psychosocial work stressors significantly contribute to the burden of cardiovascular diseases, being involved in about one-fifth of incident cardiovascular events. Psychosocial work stressors have an important contribution to the burden of cardiovascular diseases, being linked to one fifth of incident cardiovascular events. In comparison, smoking and physical inactivity contribute to up to 15% of incident cardiovascular events. In summary, this thesis suggests that psychosocial work stressors are risk factors for cardiovascular diseases and highlights the importance of addressing these risks with sensitivity to gender differences to obtain estimates that reflect these differences. The results of this thesis support the relevance of workplace preventive interventions targeting these factors to improve the primary prevention of cardiovascular diseases.

Ce travail est une application de la théorie des problèmes inverses à la reconstruction 3-D des artères coronaires avec compensation du mouvement à partir de données Rot-X. Dans un premier temps nous étudions le problème inverse en dimension finie et infinie. En dimension finie nous nous concentrons sur la modélisation du problème inverse en tomographie en définissant la notion de base de voxels et de matrice de projection, en vue de pouvoir se ramener à une formulation matricielle du problème inverse. Nous étudions aussi la notion de tomographie dynamique et les problèmes qui lui sont liés. Notre formulation discrète permet grâce aux bases de voxels d'inclure n'importe quelle déformation de support étant un difféorphisme dans le problème inverse matriciel, dès lors que cette déformation est connue a priori. Dans le dernier chapitre, nous présentons une méthode d'estimation du mouvement utilisant les projections Rot-X synchronisées par rapport à l'ECG, basée sur un modèle déformable 3-D des artères coronaires. Le mouvement est modélisé par des fonctions B-splines.<br />Une fois le mouvement estimé, la reconstruction tomographique à un instant de référence est effectuée par une optimisation aux moindres-carrés qui inclut le mouvement ainsi qu'un terme de pénalité qui favorise les valeurs d'intensités fortes pour les voxels au voisinage de la ligne centrale 3-D, et les faibles valeurs pour les autres. Cette méthode a été testée sur des données simulées basées sur des lignes centrales 3-D préalablement extraites de données MSCT.