Les troubles cognitifs postopératoires sont fréquents après une chirurgie cardiaque, variant entre 26 % à 70 %. Bien que diverses hypothèses expliquent leur pathogenèse, la congestion veineuse représente une hypothèse prometteuse. Des études ont associé le délirium à des signes échographiques de congestion veineuse tels que la pulsatilité du Doppler de la veine porte et rénale. Détecter la congestion veineuse pourrait potentiellement prédire le trouble cognitif, facilitant ainsi sa gestion. Une technique prometteuse, mais peu explorée, est l’évaluation de la congestion veineuse par le Doppler de la veine fémorale. Les objectifs de ce mémoire sont : (1) synthétiser les évidences sur la relation entre le Doppler de la veine fémorale et la congestion veineuse chez les adultes ; et (2) caractériser l’existence d’une association entre les trouble cognitifs et le Doppler pulsatile de la veine fémorale après une chirurgie cardiaque. Afin d’atteindre ces objectifs, nous avons effectué une revue rapide de littérature portant sur la corrélation entre le Doppler de la veine fémorale et la congestion veineuse. De plus, nous avons complété une étude (NCT05038267) dont l’objectif secondaire était de déterminer la corrélation entre un Doppler anormal de la veine fémorale et le délirium. Les résultats ont montré une association entre la congestion veineuse et Doppler pulsatile de la veine fémorale, ainsi qu’entre les troubles cognitifs et le Doppler anormal de la veine fémorale. Toutefois, des études approfondies sont nécessaires. En conclusion, un lien entre le Doppler de la veine fémorale, la congestion veineuse, et les troubles cognitifs après une chirurgie cardiaque a été démontré. Ces observations ouvrent la voie à des recherches approfondies sur ce lien et à de potentielles applications cliniques et thérapeutiques. / Postoperative cognitive disorders are common after cardiac surgery, ranging from 26% to 70%. While various hypotheses explain their pathogenesis, venous congestion emerges as a promising hypothesis. Studies have linked delirium to ultrasound signs of venous congestion, such as pulsatility in the Doppler of the portal and renal veins. Detecting venous congestion could potentially predict cognitive disorders, thus facilitating their management. A promising yet underexplored technique is the assessment of venous congestion using the Doppler of the femoral vein. The objectives of this thesis are: (1) to synthesize evidence on the relationship between FV Doppler characteristics and venous congestion in adults; and (2) to characterize the existence of an association between cognitive disorders and pulsatility in femoral vein Doppler after cardiac surgery. To achieve these objectives, we conducted a rapid literature review focusing on the correlation between femoral vein Doppler and venous congestion. Additionally, we completed a study (NCT05038267) with the secondary objective of determining the correlation between abnormal femoral vein Doppler and delirium. The results showed an association between venous congestion and pulsatility in the FV Doppler, as well as between cognitive disorders and abnormal FV Doppler. However, in-depth studies are needed. In conclusion a connection has been demonstrated between femoral vein Doppler, venous congestion, and cognitive disorders after cardiac surgery. These findings open the way for in-depth research on this link and potential clinical and therapeutic applications.

Contexte: Le cancer colo-rectal est la deuxième cause de décès, par ordre de fréquence. L’utilisation de l’imagerie dans la stadification du cancer colo-rectal est un élément important de la prise en charge de la maladie. L’échographie endoscopique est une modalité qui permet de préciser la profondeur de l’atteinte néoplasique. Les données probantes concernant la performance diagnostique dans l’identification de cancers peu avancés sont variables. Objectif : Effectuer une revue systématique sur la performance diagnostique de l’échographie endoscopique dans l’identification de cancer de stade T1 et T2. Devis : Revue systématique. Sources bibliographiques : PubMed, EMBASE, Ovid and Cochrane library Méthodes: Dans un premier temps, une recherche de revue systématique publiée dans les 15 dernières années fût effectuée sur la précision diagnostique de l’échographie endoscopique dans les banques PubMed, Cochrne et trip database. Deux revues systématiques, publiées en 2008 et 2009 fûrent identifiées. Une deuxième recherche portant sur des études primaires a été effectuée pour la période 2009 à 2016, dans les mêmes banques bibliographiques. La qualité des études primaires a été évaluée à l’aide de la grille QUADAS2. Les mots clés utilisés étaient échographie endoscopique, EUS, cancer rectal, histo-pathologie, staging. Sélection d’études : Les critères d’inclusion : population adulte avec diagnostic de cancer du rectum pas avancé, articles complets publiés dans des revues avec comité de pairs, articles en anglais. Critères d’exclusion : population pédiatrique, cancers avancés avec atteinte métastatique, patients évalués avec d’autres modalités (CT ou IRM) sans échographie endoscopique, absence de confirmation histologique. Résultats : Dix articles, publiés depuis 2009, répondaient aux critères d’inclusion. Ces articles furent ajoutés aux articles retenus dans les revues systématiques déjà publiées. Au total,49 articles sont inclus dans cette revue systématique. La performance diagnostique de l’échographie endoscopique a été évaluée en calculant la sensitivité et la spécificité des études regroupées. Pour le stade T1, les valeurs de sensitivité et spécificité étaient 0.84 (CI 0.75-0.91) et 0.93 (CI 0.86–0.97), respectivement. Pour le stade T2 les valeurs de sensitivité et spécificité étaient 0.83 (CI 0.74–0.90) et 0.93 (CI 0.86–0.97), respectivement. Conclusion: L’échographie endoscopique présente une performance diagnostique pour l’identification de cancers de stade T1 et T2. Ceci permet d’orienter des patients vers des chirurgies moins invasives avec une survie égale et un taux de complications inférieures comparativement à des chirurgies plus invasives. / Background: Colorectal cancer (CRC) is the second leading cause of death. The use of preoperative imaging in the staging of (CRC) plays a major role in the management. Endorectal ultrasound (ERUS) is a precise imaging modality to determine the depth of penetration. The data on the precision of (ERUS) to predict early stage of rectal cancer has been variable Objectives: To conduct a systematic review, on the diagnostic performance of (ERUS) in the staging of T1 and T2 CRC. Design: Systematic review. Data sources: A literature search via PubMed, EMBASE, Ovid and Cochrane library. METHODS: An initial search for systematic review articles published in the last 15 years on the diagnostic accuracy of EUS in the staging of CRC using PubMed, Cochrane library, and trip database was conducted. After finding two systematic reviews that were published in 2008 and 2009, a second search of original studies published since the systematic reviews were conducted using the same databases from 2009 to 2016. The primary studies included in the systematic reviews and the primary studies published afterwards were included in the review. Methodological quality was applied using a modified version of the quality assessment of diagnostic accuracy studies (QUADAS2) tool. Terms used for search were endoscopic ultrasound, EUS, rectal cancer, histo-pathological finding, and staging. Study selection: Inclusion criteria includes adult people diagnosed with early stage CRC, all articles in english language and must be a full manuscripts published in peer-reviews journals. Exclusion criteria includes any recurrent or metastasis cancer and children with rectal cancer. Patients who were staged preoperatively by other imaging modality (MRI or CT) and no comparison with post operative pathology. Results: The search identified 420 articles, 97 articles were duplicate and excluded, and 232 refined articles were screened for title and abstract, reviewed. Thirty-two full text studies were assessed for eligibility, and ten published as full text and met the inclusion criteria; they were added to the articles identified in the earlier systematic reviews a total of 49 articles. Results of the evaluation of the accuracy of ERUS analyzed according to the diagnostic measures of sensitivities and specificities calculated for each study. The pooled sensitivity and specificity of EUS for stage T1 CRC was 0.84 (CI 0.75-0.91) and 0.93 (CI 0.86–0.97), and for T2 was 0.83 (CI 0.74–0.90) and 0.93(CI 0.86–0.97) respectively. Conclusion: The range of sensitivity and specificity values suggest that EUS performs well in accurately staging T1 and T2 cancers. Further advancement in this technology will lead to an improved diagnosis, clinical decision-making, and reduce the over staging drawback.

Le contrôle non destructif est devenu nécessaire pour assurer la qualité des matériaux et des composants soit en service ou à l'étape de la production. Ceci nécessite l'utilisation d'une technique d’inspection rapide, robuste et fiable. En tant que technique de contrôle principale, la technologie des ultrasons a des capacités uniques pour évaluer la position, la taille et la forme des discontinuités. Ces informations ont un rôle essentiel dans les critères d'acceptation qui sont fondés sur la sécurité et les exigences de qualité des composants fabriqués. Par conséquent, un usage intensif de la technique des ultrasons apparaît notamment dans l'inspection des composites fabriqués à grande échelle dans l'industrie aérospatiale. D'importants progrès techniques ont contribué à l'optimisation des techniques d'acquisition par ultrasons telles que la technique de "Sampling Phased Array". Cependant, les systèmes d'acquisition doivent être complétés par une procédure d'analyse automatisée de données afin d'éviter l'interprétation manuelle fastidieuse de toutes les données produites. Un tel complément permet d'accélérer le processus d'inspection et d'améliorer sa fiabilité. L'objectif de cette thèse est de proposer une chaîne d’analyse dédiée au traitement automatique des volumes échographiques 3D obtenus en utilisant la technique Sampling Phased Array. Tout d'abord, une étude détaillée du bruit de speckle affectant les données échographiques a été effectuée, puisque ce type de bruit réduit la qualité des données échographiques. Ensuite, une chaîne d’analyse complète a été développée, constituée d'une procédure de segmentation suivie d'un processus de classification. La méthodologie de segmentation proposée est adaptée aux données ultrasonores 3D et a pour objectif de détecter tous les défauts potentiels à l'intérieur du volume d'entrée 3D. La procédure de segmentation étant en priorité dédiée à la détection des défauts qui est vitale, une difficulté principale est le taux élevé de fausses alarmes qui peuvent être détectées également. La classification correcte des fausses alarmes est nécessaire afin de réduire le taux de rejet des pièces saines. Cela doit être fait sans risquer la perte des vrais défauts. Par conséquent, la segmentation doit être suivie d'un processus de classification efficace qui doit distinguer les défauts réels des fausses alarmes. Ceci a été réalisé en utilisant une approche de classification spécifique basée sur une approche de fusion de données. La chaîne complète d'analyse a été testée sur plusieurs mesures ultrasonores volumiques de composites plastiques à renfort fibre de carbone. Les résultats expérimentaux de la chaîne ont révélé une grande précision ainsi qu'une très bonne fiabilité de détection, de caractérisation et de classification des défauts avec un taux très faible de fausses alarmes. / Non-destructive testing has become necessary to ensure the quality of materials and components either in-service or at the production stage. This requires the use of a rapid, robust and reliable testing technique. As a main testing technique, the ultrasound technology has unique abilities to assess the discontinuity location, size and shape. Such information play a vital role in the acceptance criteria which are based on safety and quality requirements of manufactured components. Consequently, an extensive usage of the ultrasound technique is perceived especially in the inspection of large scale composites manufactured in the aerospace industry. Significant technical advances have contributed into optimizing the ultrasound acquisition techniques such as the sampling phased array technique. However, acquisition systems need to be complemented with an automated data analysis procedure to avoid the time consuming manual interpretation of all produced data. Such a complement would accelerate the inspection process and improve its reliability. The objective of this thesis is to propose an analysis chain dedicated to automatically process the 3D ultrasound volumes obtained using the sampling phased array technique. First, a detailed study of the speckle noise affecting the ultrasound data was conducted, as speckle reduces the quality of ultrasound data. Afterward, an analysis chain was developed, composed of a segmentation procedure followed by a classification procedure. The proposed segmentation methodology is adapted for ultrasound 3D data and has the objective to detect all potential defects inside the input volume. While the detection of defects is vital, one main difficulty is the high amount of false alarms which are detected by the segmentation procedure. The correct distinction of false alarms is necessary to reduce the rejection ratio of safe parts. This has to be done without risking missing true defects. Therefore, there is a need for a powerful classifier which can efficiently distinguish true defects from false alarms. This is achieved using a specific classification approach based on data fusion theory. The chain was tested on several ultrasound volumetric measures of Carbon Fiber Reinforced Polymers components. Experimental results of the chain revealed high accuracy, reliability in detecting, characterizing and classifying defects.

Contexte L’américanisation des habitudes de vie, notamment de l’alimentation, semble être en grande partie responsable de l’augmentation incessante de l’incidence élevée des maladies cardiovasculaires. La période postprandiale, où l’homéostasie vasculaire et métabolique est mise à l’épreuve, est d’une importance considérable dans le développement ou la prévention de l’athérosclérose et représente maintenant la majeure partie du temps d’éveil. La compréhension de l’influence de la composition d’un repas sur son impact postprandial est donc essentielle dans notre lutte dans la prévention de ces maladies. Objectifs L’objectif principal de ce projet de recherche était d’étudier les réponses endothéliale et métabolique à un repas de type méditerranéen mixte (MMM), puisqu’elles sont inconnues. Ce projet avait aussi pour objectifs d’évaluer l’impact microvasculaire d’un tel repas et de caractériser la composition postprandiale des acides gras plasmatiques. À titre comparatif, ces éléments ont aussi été étudiés suite à un repas riche en gras saturés (HSFAM). Méthodes Vingt-huit (28) hommes sains, exempts de facteurs de risque de maladies cardiovasculaires ont reçu de façon randomisée les deux repas à l’étude. Le MMM, composé de saumon frais et de légumes cuits dans l'huile d'olive, contenait 7.87g de SFA et 2.29g d’acides gras polyinsaturés oméga-3, tandis que le HSFAM, composé d'un sandwich déjeuner avec œuf, saucisse et fromage, contenait 14.78g de SFA. Les mesures de la fonction endothéliale mesurée par échographie brachiale (FMD), de la fonction microvasculaire mesurée par spectroscopie proche de l’infrarouge (NIRS) et de la composition des acides gras plasmatique ont été effectuées à jeun et en période postprandiale. Résultats Deux sous-groupes de répondeurs aux repas à l’étude se sont dégagés de ces travaux. Un premier sous-groupe de sujets ayant une triglycéridémie à jeun élevée, mais normale (hnTG) a démontré des altérations endothéliales seulement suivant le repas HSFAM. Un second sous-groupe de sujets ayant une triglycéridémie plus faible et normale (lnTG) n’a quant à lui pas subi d’altérations endothéliales suivant les deux repas à l’étude. Les sujets hnTG ont aussi démontré une charge triglycéridémique postprandiale (iAUC) plus importante et qui était de surcroît enrichie en acide stéarique suivant la HSFAM et en acide gras polyinsaturés oméga-3 suivant le MMM. L’évaluation par NIRS de la fonction microvasculaire nous révèle un ralentissement de la réoxygénation post-ischémique qui suggère une altération postprandiale du recrutement capillaire chez les sujets hnTG seulement. De telles altérations, qui semblent être plus importantes suivant le HSFAM, pourraient être en partie responsables de l’impact endothélial de ce repas. Conclusions Cet essai clinique démontre donc de façon novatrice qu’un repas MMM n’a pas d’effet endothélial délétère et que cette neutralité est indépendante de la triglycéridémie à jeun. De plus, une triglycéridémie à jeun élevée mais normale semble indiquer des dysfonctions endothéliales et métaboliques à des épreuves nutritionnelles tel un repas HSFAM. La consommation de repas méditerranéens par des individus sains à la triglycéridémie marginale serait bénéfique, peut-être même davantage que pour des individus de triglycéridémie plus faible, dans la prévention de l’athérogénèse et des maladies cardiovasculaires. / Background The Westernization of lifestyles, notably dietary habits, seems to be largely responsible for the ongoing increase of incidence of cardiovascular diseases. The postprandial period, where vascular and metabolic homeostatic regulating processes are under pressure, is of considerable importance in the development or prevention of atherosclerosis and now represents the majority of waking hours. The understanding of the postprandial effects of meals of varying composition is therefore essential in our effort to prevent such diseases. Objectives The main objective of this research project was to study the endothelial and metabolic responses to a mixed Mediterranean meal (MMM), since they are unknown. This project also aimed to evaluate the microvascular impact of such a meal and to characterize the composition of postprandial plasma fatty acids. These elements were also evaluated following a saturated fatty meal (HSFAM) for comparison. Methods Twenty-eight (28) healthy men free of cardiovascular diseases and risk factors were randomly assigned one of two test meals. The MMM, consisting of fresh salmon and vegetables cooked in olive oil, contained 7.87g of SFA and 2.29g of omega- 3 fatty acids, while the HSFAM, consisting of a breakfast sandwich with egg, sausage and cheese contained 14.78g of SFA. Evaluations of endothelial function by brachial ultrasound (FMD), of microvascular function by near-infrared spectroscopy (NIRS) and of plasma fatty acids composition were done in the fasted and postprandial states. Results Two subgroups of responders to the test meals emerged from this work. A first subgroup of subjects with high-normal fasting triglyceridemia (hnTG) experienced impairments of endothelial function following the HSFAM while a second subgroup of subjects with low-normal triglyceridemia (lnTG) did not experience any endothelial alterations following this meal. Interestingly, the MMM had no deleterious endothelial impact in any of those subgroups. Moreover, the hnTG subjects demonstrated greater postprandial triglyceridemic load (iAUC) that was in addition enriched with stearic acid after HSFAM and omega-3 PUFA following the MMM. Assessment of microvascular function revealed postprandial prolongation of post-ischemic reoxygenation only in hnTG subjects suggestive of alterations of capillary recruitment. These changes, which seemed to be more important after the HSFAM, could be partly responsible for its negative impact on FMD. Conclusions This clinical trial demonstrates in innovative ways that a MMM has no deleterious effects on endothelial function irrespective of triglyceridemia in normal ranges. In addition, high but normal fasting triglyceride levels suggest metabolic and endothelial dysfunctions following nutritional challenges such as a HSFAM. Consumption of Mediterranean meals by healthy individuals with marginal triglyceride levels would be beneficial, perhaps even more so than for individuals with lower triglyceride levels, in preventing atherogenesis and cardiovascular diseases.

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L’apparition de la télé-échographie à la fin des années 1990 a largement contribué à l’améliorationdes capacités de prise en charge des patients. Aujourd’hui, le laboratoire PRISME bénéficie d’unsavoir faire reconnu dans la conception de systèmes de télé-échographie robotisée. L’objectif deces travaux de thèse est d’apporter une contribution scientifique et technique au projet ANR-PROSIT,qui vise à la mise en oeuvre d’un robot de télé-échographie innovant. Une étude du geste du praticienen milieu clinique a été menée afin d’en déterminer les caractéristiques cinématiques. Réalisée àl’aide du système de capture de mouvement Vicon Nexus, cette analyse a contribué à l’établissementdes spécifications du futur robot. Sa structure mécanique a fait l’objet d’une attention particulière. Unearchitecture parallèle sphérique a été sélectionnée, étudiée puis optimisée via un algorithmegénétique en fonction des critères d’espace de travail, de dextérité et de compacité. L’architectureainsi obtenue est ensuite analysée sur des aspects de collisions et d’inaccessibilité. Pour le contrôlede ce robot, l’utilisation d’une interface haptique à l’aspect proche d’une sonde d’échographie estproposée. Dotée d’un système de retour d’effort et d’une centrale inertielle fiabilisée par un filtre deKalman adaptatif, cette nouvelle interface a été testée et validée par le système Vicon Nexus. / Since the end of the nineties, the tele-echography has been contributing to improve the taking carecapacities of patients. Today, the PRISME laboratory has a recognized expertise in the design ofrobotic tele-echography systems. The objective of this thesis is to provide scientific and technicalsupport to the ANR-PROSIT project. It aims to design of an innovative tele-echography robot. Anexpert gesture study has been carried out in clinical environment to determine its kinematiccharacteristics. It has been performed using the motion capture system Vicon Nexus and itcontributed to establish the specifications of the future robot. The mechanic structure of this robot hasbeen minutely taken in consideration. The spherical parallel mechanism has been selected, studiedand optimized using a genetic algorithm with respect of criterion such as workspace, dexterity andcompacity. The resulted architecture is then analyzed regarding collisions and inaccessibilityaspects. To control this robot, the use of a haptic device with the same shape of an ultrasound probeis proposed. It provides force feedback and it is instrumented with an inertial measurement unit,processed by an adaptative Kalman filter. This new interface has been tested and validated by ViconNexus system.

Ce travail de thèse est axé sur le domaine du traitement d'images biomédicales. L'objectif de notre étude est l'estimation des paramètres traduisant les propriétés mécaniques de l'artère carotide in vivo en imagerie échographique, dans une optique de détection précoce de la pathologie cardiovasculaire. L'analyse du mouvement longitudinal des tissus de la paroi artérielle, i.e. dans la même direction que le flux sanguin, représente la motivation majeure de ce travail. Les trois contributions principales proposées dans ce travail sont i) le développement d'un cadre méthodologique original et semi-automatique, dédié à la segmentation et à l'estimation du mouvement de la paroi artérielle dans des séquences in vivo d'images ultrasonores mode-B, ii) la description d'un protocole de génération d'une référence, faisant intervenir les opérations manuelles de plusieurs experts, dans le but de quantifier la précision des résultats de notre méthode malgré l'absence de vérité terrain inhérente à la modalité échographique, et iii) l'évaluation clinique de l'association entre les paramètres mécaniques et dynamiques de la paroi carotidienne et les facteurs de risque cardiovasculaire dans le cadre de la détection précoce de l'athérosclérose. Nous proposons une méthode semi-automatique, basée sur une approche conjointe de segmentation des contours de la paroi et d'estimation du mouvement des tissus. L'extraction de la position des interfaces est réalisée via une approche spécifique à la structure morphologique de la carotide, basée sur une stratégie de programmation dynamique exploitant un filtrage adapté. L'estimation du mouvement est réalisée via une méthode robuste de mise en correspondance de blocs (block matching), basée sur la connaissance du déplacement a priori ainsi que sur la mise à jour temporelle du bloc de référence par un filtre de Kalman spécifique. La précision de notre méthode, évaluée in vivo, correspond au même ordre de grandeur que celle résultant des opérations manuelles réalisées par des experts, et reste sensiblement meilleure que celle obtenue avec deux autres méthodes traditionnelles (i.e. une implémentation classique de la technique de block matching et le logiciel commercial Velocity Vector Imaging). Nous présentons également quatre études cliniques réalisées en milieu hospitalier, où nous évaluons l'association entre le mouvement longitudinal et les facteurs de risque cardiovasculaire. Nous suggérons que le mouvement longitudinal, qui représente un marqueur de risque émergent et encore peu étudié, constitue un indice pertinent et complémentaire aux marqueurs traditionnels dans la caractérisation de la physiopathologie artérielle, reflète le niveau de risque cardiovasculaire global, et pourrait être bien adapté à la détection précoce de l'athérosclérose. / This thesis is focused on the domain of bio-medical image processing. The aim of our study is to assess in vivo the parameters traducing the mechanical properties of the carotid artery in ultrasound imaging, for early detection of cardiovascular diseases. The analysis of the longitudinal motion of the arterial wall tissues, i.e. in the same direction as the blood flow, represents the principal motivation of this work. The three main contributions proposed in this work are i) the development of an original and semi-automatic methodological framework, dedicated to the segmentation and motion estimation of the arterial wall in in vivo ultrasound B-mode image sequences, ii) the description of a protocol aiming to generate a reference, involving the manual tracings of several experts, in the objective to quantify the accuracy of the results of our method despite the absence of ground truth inherent to ultrasound imaging, and iii) the clinical evaluation of the association between the mechanical and dynamical parameters of the arterial wall and the cardiovascular risk factors, for early detection of atherosclerosis. We propose a semi-automatic method, based on a combined approach of wall segmentation and tissues motion estimation. The extraction on the interfaces position is realized via an approach specific to the morphological structure of the carotid artery, based on a strategy of dynamic programming using a matched filter. The motion estimation is performed via a robust block matching method, based on the a priori knowledge of the displacement as well as the temporal update of the reference block with a specific Kalman filter. The accuracy of our method, evaluated in vivo, corresponds to the same order of magnitude as the one resulting from the manual operations performed by experts, and is significantly higher than the one obtained from two other classical methods (i.e. a classical implementation of the block matching technique, and the VVI commercial software). We also present four clinical studies, and we evaluate the association between longitudinal motion and cardiovascular risk factors. We suggest that the longitudinal motion, which represents an emerging cardiovascular risk marker that has been only few studied yet, constitutes a pertinent and complementary marker aiming at the characterization of arterial physio-pathology, traduces the overall cardiovascular risk level, and could be well suited to the early detection of the atherosclerosis.

Leaflet replacement in aortic valve repair (AVr) is associated with increased long-term repair failure. Hemodynamic performance and mechanical stress levels were investigated after porcine AVr with 5 types of clinically relevant replacement materials to ascertain which material(s) would be best suited for repair. Porcine aortic roots with intact aortic valves were placed in a left-heart simulator mounted with a high-speed camera for baseline valve assessment. Then, the non-coronary leaflet was excised and replaced with autologous porcine pericardium (APP), glutaraldehyde-fixed bovine pericardial patch (BPP; Synovis™), extracellular matrix scaffold (CorMatrix™), or collagen-impregnated Dacron (HEMASHIELD™). Hemodynamic parameters were measured over a range of cardiac outputs (2.5–6.5L/min) post-repair. Material properties of the above materials along with St. Jude Medical™ Pericardial Patch with EnCapTM Technology (SJM) were determined using pressurization experiments. Finite element models of the aortic valve and root complex were then constructed to verify the hemodynamic characteristics and determine leaflet stress levels. This study demonstrates that APP and SJM have the closest profiles to normal aortic valves; therefore, use of either replacement material may be best suited. Increased stresses found in BPP, HEMASHIELD™, and CorMatrix™ groups may be associated with late repair failure.

Leaflet replacement in aortic valve repair (AVr) is associated with increased long-term repair failure. Hemodynamic performance and mechanical stress levels were investigated after porcine AVr with 5 types of clinically relevant replacement materials to ascertain which material(s) would be best suited for repair. Porcine aortic roots with intact aortic valves were placed in a left-heart simulator mounted with a high-speed camera for baseline valve assessment. Then, the non-coronary leaflet was excised and replaced with autologous porcine pericardium (APP), glutaraldehyde-fixed bovine pericardial patch (BPP; Synovis™), extracellular matrix scaffold (CorMatrix™), or collagen-impregnated Dacron (HEMASHIELD™). Hemodynamic parameters were measured over a range of cardiac outputs (2.5–6.5L/min) post-repair. Material properties of the above materials along with St. Jude Medical™ Pericardial Patch with EnCapTM Technology (SJM) were determined using pressurization experiments. Finite element models of the aortic valve and root complex were then constructed to verify the hemodynamic characteristics and determine leaflet stress levels. This study demonstrates that APP and SJM have the closest profiles to normal aortic valves; therefore, use of either replacement material may be best suited. Increased stresses found in BPP, HEMASHIELD™, and CorMatrix™ groups may be associated with late repair failure.