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

The Cardiovascular diseases may evocated the high percentual risk of sudden cardiac death in whole world. In several western countries is the number of death higher then number of cancer death. In this time is used a lot of methods for prediction of sudden cardiac death with focus on ECG T-wave alternance. The aim of the theses was to do stronger relation and cooperation with Internal Cardiac Clinic of Faculty Hospital Brno Bohunice on the risk analysis of sudden cardiac death. Secondly, we met the methods used for detection and quantification of simulated TWA. Last but not least was necessary to find TWA detection methods improvement and process the data on real signals obtained from Faculty Hospital Brno Bohunice. First part of the Thesis is focused on summary of pathologic artifacts in ECG signal, which are important for sudden cardiac risk stratification. There are described further known detection and quantification methods for TWA analysis. An interesting part for clinical practice is analysis of TWA trend in time and looking for the best method, which is able to catch and track the short TWA trend changes. Second part describes the new methods improvements, which were tested with interesting outputs. Further, there was developed method for TWA presence statement probability evaluation.

Résumé: Mise en contexte : Les infarctus antérieurs avec élévation du segment ST (IMAEST) causent fréquemment une dysfonction ventriculaire gauche. Une diminution de la fraction d’éjection du ventricule gauche (FeVG) est associée à une augmentation du risque d’accident vasculaire cérébral (AVC). Les lignes directrices recommandaient jusqu’à récemment (Classe I, niveau d’évidence C) l’anticoagulation des patients qui, après un IMAEST, étaient jugés à haut risque d’embolie systémique tels que les infarctus étendus ou de la paroi antérieure. Généralement, ces patients reçoivent une anticoagulation d’une durée de trois mois en combinaison avec une double thérapie antiplaquettaire pour au moins quatre semaines. Si les anomalies régionales de la contractilité se normalisaient avant trois mois, la durée de l’anticoagulation pourrait potentiellement être écourtée. La cinétique de récupération des infarctus antérieurs revascularisés par angioplastie primaire est mal décrite. Objectif : Chez des patients ayant subi un IMAEST de la paroi antérieure revascularisés par angioplastie primaire, évaluer si la FeVG et la récupération de l’akinésie antérieure et apicale est différente à un mois et trois mois post infarctus. Méthode : De façon prospective, nous avons recruté 42 patients présentant une FEVG de 45% ou moins et une akinésie de la paroi antérieure ou apicale lors de l’échocardiographie réalisée 48 heures post IMAEST. Des échocardiographies étaient obtenues à un mois et trois mois post IMAEST. Chaque échocardiographie était interprétée par deux cardiologues indépendants à l’aveugle des données cliniques. Résultats : Lorsque comparée à la FeVG à 48 heures post IMAEST, la FeVG à un mois s’était déjà améliorée de façon significative (38% à 42%, p=0.03). Il n’y avait pas d’amélioration significative supplémentaire entre un mois et trois mois (42% à 44%, p=NS). La dynamique des segments apicaux et antérieurs s’améliorait de façon significative entre 48 heures et un mois, mais aussi entre un mois et trois mois. Conclusion : Vu l’amélioration significative de la FeVG et de l’akinésie antérieure et apicale à un mois post IMAEST, il pourrait être justifié de ré-évaluer la FeVG plus précocement chez les patients anticoagulés pour cette indication afin de minimiser la durée de l’anticoagulation et le risque de saignement qui y est associé. / Abstract: Background: Anterior ST-elevation myocardial infarction (STEMI) frequently causes left ventricular dysfunction. Worsening left ventricular ejection fraction (LVEF) is associated a higher stroke rate. Prior guidelines recommended anticoagulation for patients after STEMI who are at high risk for systemic emboli and specified that large or anterior myocardial infarctions (MI) are part of that group (Class I, level of Evidence C). The 2013 Guidelines made it a Class IIB recommendation and restricted the recommendation to those with anterior or apical akinesia and dyskinesia. These patients are usually given three months of anticoagulation. If the regional wall motion abnormalities were to normalize earlier, the duration of anticoagulation could be shortened. However, the kinetics of recovery after an anterior MI revascularized with primary percutaneous intervention are not well described. Objective: To evaluate if LVEF and apical and anterior akinesia recuperation is different at one month and three months after STEMI in patients treated with primary percutaneous angioplasty. Methods: We prospectively recruited 42 patients who had a LVEF of 45% or less and apical or anterior akinesia on echocardiography at 48 hours post STEMI. Echocardiography was repeated one month and three months post STEMI. Each echocardiogram was interpreted by two different cardiologists who were blinded to clinical information. Results: When compared to 48 hours post STEMI, LVEF at one month had already improved significantly (38% to 42%, p=0.03) and there was no further significant improvement at three months (44%, p=NS). Anterior and apical akinesia decreased significantly between the 48 hours and one month echocardiograms, but also between one month and three months. Conclusion: Given that LVEF and anterior/apical akinesia improve significantly within the first post STEMI month, it may be worth re-evaluating the LVEF earlier in patients in whom the decision was made to start anticoagulation for that indication in order to minimize the duration of anti-coagulation and the associated bleeding risk.

L’activité plaquettaire joue un rôle clé dans la physiopathologie de l’infarctus du myocarde avec sus-décalage du segment ST (IDM ST+). La réactivité plaquettaire est augmentée lors d’un IDM ST+, traité par angioplastie primaire ou par fibrinolyse avec succès. La relation entre la réactivité plaquettaire résiduelle après un pré-traitement, la charge athérothrombotique et la qualité de la reperfusion myocardique reste peu décrite dans le cadre des IDM ST+. La tomographie par cohérence optique et celle plus récente par domaine de fréquence offrent une imagerie de haute résolution permettant l’identification et la quantification précise de la charge athérothrombotique intracoronaire (CAT). La CAT résiduelle intra-stent peut aider à mieux comprendre la relation entre la réactivité plaquettaire et la reperfusion. Dans un premier temps, nous avons évalué la précision des tests VerifyNow et PFA en comparaison à l’agrégométrie optique pour la détection de l’hyperréactivité plaquettaire dans le contexte particulier des IDM ST+ traités par fibrinolyse avec succès. Nous avons aussi décrit les caractéristiques de la CAT avant et après angioplastie selon la présence d’une rupture de plaque ou d’une érosion coronaire chez des patients traités par fibrinolyse avec succès. Ensuite, nous avons étudié la relation entre la réactivité plaquettaire résiduelle (en réponse au ticagrelor et à l’aspirine) mesurée par VerifyNow et la reperfusion myocardique chez des patients traités par angioplastie primaire. En parallèle, nous avons décrit la relation entre la reperfusion myocardique et la CAT résiduelle intra-stent dans la même cohorte. / Platelet activity plays a key role in the pathophysiology of ST-segment elevation myocardial infarction (STEMI). Platelet reactivity is enhanced after STEMI treated with primary percutaneous coronary intervention (PCI) or successful thrombolysis. The relationship between residual platelet reactivity after pre-treatment, the atherothrombotic burden and the quality of reperfusion remains poorly described in STEMI. Optical coherence tomography (OCT) and optical frequency domain imaging (OFDI) provide high resolution imaging allowing identification and accurate quantification of intracoronary atherothrombotic burden (ATB). Residual in-stent ATB may help to better understand the relation between platelet reactivity and reperfusion. First, we assessed the accuracy of the point-of-care tests VerifyNow and PFA in comparison to light transmittance aggregometry to detect high on-treatment platelet reactivity (HPR) in the particular setting of STEMI successfully treated with fibrinolysis. We also described the characteristics of ATB before and after PCI according to the underlying presence of rupture or erosion in patients successfully treated with fibrinolysis. Then, we assessed the relationship between residual platelet reactivity (in response to ticagrelor and aspirin) using VerifyNow and myocardial reperfusion in primary PCI patients. In parallel, we studied the relationship between myocardial reperfusion and residual in-stent ATB in the same cohort.

Les récentes avancées dans le domaine de la miniaturisation des capteurs biomédicaux à ultra-faible consommation énergétique, permettent aujourd’hui la conception de systèmes de télésurveillance médicale, à la fois plus intelligents et moins invasifs. Ces capteurs sont capables de collecter des signaux vitaux tels que le rythme cardiaq ue, la température, la saturation en oxygène, la pression artérielle, l'ECG, l'EMG, etc., et de les transmettre sans fil à un smartphone ou un autre dispositif distant. Ces avancées sus-citées ont conduit une large communauté scientifique à s'intéresser à la conception de nouveaux systèmes d'analyse de données biomédicales, en particulier de l’électrocardiogramme (ECG). S’inscrivant dans cette thématique de recherche, la présente thèse s’intéresse principalement à l’analyse et à la détection automatique des maladies cardiaques coronariennes, en particulier l’ischémie myocardique et l’infarctus du myocarde (IDM). A cette fin, et compte tenu de la nature non stationnaire et fortement bruitée du signal ECG, le premier défi a été d'extraire les paramètres pertinents de l’ECG, sans altérer leurs caractéristiques essentielles. Cette problématique a déjà fait l’objet de plusieurs travaux et ne représente pas l’objectif principal de cette thèse. Néanmoins, étant un prérequis incontournable, elle a nécessité une étude et une compréhension de l'état de l'art afin de sélectionner la méthode la plus appropriée. En s'appuyant sur les paramètres ECG extraits, en particulier les paramètres relatifs au segment ST et à l'onde T, nous avons contribué dans cette thèse par deux approches d'analyse ECG : (1) Une première analyse réalisée au niveau de la série temporelle des paramètres ECG, son objectif est de détecter les élévations anormales du segment ST et de l'onde T, connues pour être un signe précoce d'une ischémie myocardique ou d’un IDM. (2) Une deuxième analyse réalisée au niveau des battements de l’ECG, dont l’objectif est la classification des anomalies du segment ST et de l’onde T en différentes catégories. Cette dernière approche est la plus utilisée dans la littérature, cependant, il est difficile d’interpréter les résultats des travaux existants en raison de l'absence d’une méthodologie standard de classification. Nous avons donc réalisé notre propre étude comparative des principales méthodes de classification utilisées dans la littérature, en prenant en compte diverses classes d'anomalies ST et T, plusieurs paramètres d'évaluation des performances ainsi que plusieurs dérivations du signal ECG. Afin d'aboutir à des résultats plus significatifs, nous avons également réalisé la même étude en prenant en compte la présence d'autres anomalies cardiaques fréquentes dans l’ECG (arythmies). Enfin, en nous basant sur les résultats de cette étude comparative, nous avons proposé une nouvelle approche de classification des anomalies ST-T en utilisant une combinaison de la technique du Boosting et du sous-échantillonnage aléatoire, notre objectif étant de trouver le meilleur compromis entre vrais-positifs et faux-positifs. / Recent advances in sensing and miniaturization of ultra-low power devices allow for more intelligent and wearable health monitoring sensor-based systems. The sensors are capable of collecting vital signs, such as heart rate, temperature, oxygen saturation, blood pressure, ECG, EMG, etc., and communicate wirelessly the collected data to a remote device and/or smartphone. Nowadays, these aforementioned advances have led a large research community to have interest in the design and development of new biomedical data analysis systems, particularly electrocardiogram (ECG) analysis systems. Aimed at contributing to this broad research area, we have mainly focused in this thesis on the automatic analysis and detection of coronary heart diseases, such as Ischemia and Myocardial Infarction (MI), that are well known to be the leading death causes worldwide. Toward this end, and because the ECG signals are deemed to be very noisy and not stationary, our challenge was first to extract the relevant parameters without losing their main features. This particular issue has been widely addressed in the literature and does not represent the main purpose of this thesis. However, as it is a prerequisite, it required us to understand the state of the art proposed methods and select the most suitable one for our work. Based on the ECG parameters extracted, particularly the ST segment and the T wave parameters, we have contributed with two different approaches to analyze the ECG records: (1) the first analysis is performed in the time series level, in order to detect abnormal elevations of the ST segment and the T wave, known to be an accurate predictor of ischemia or MI; (2) the second analysis is performed at the ECG beat level to automatically classify the ST segment and T wave anomalies within different categories. This latter approach is the most commonly used in the literature. However, lacking a performance comparison standard in the state of the art existing works, we have carried out our own comparison of the actual classification methods by taking into account diverse ST and T anomaly classes, several performance evaluation parameters, as well as several ECG signal leads. To obtain more realistic performances, we have also performed the same study in the presence of other frequent cardiac anomalies, such as arrhythmia. Based on this substantial comparative study, we have proposed a new classification approach of seven ST-T anomaly classes, by using a hybrid of the boosting and the random under sampling methods, our goal was ultimately to reach the best tradeoff between true-positives and false-positives.