Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Une chaîne de traitement a été mise en place permettant de reproduire des mouvements physiologiques afin d’en étudier l’influence et tester les solutions pour y pallier. Une méthodologie originale, basée sur des acquisitions échographiques « Doppler Tissue Imaging », a permis de quantifier les mouvements tridimensionnels de contraction cardiaque. Ces données ont alors servi à optimiser le placement des fenêtres temporelles d’acquisition/reconstruction, à quantifier la résolution temporelle minimum pour geler le mouvement cardiaque le long de son cycle et de données d’entrées de commande d’une plateforme de mouvement et pour un simulateur informatique. Une étude dynamique menée sur des modélisations de calcifications d’artère coronaire a montré l’influence du mouvement respiratoire et la nécessité de l’intégrer dans le processus d’acquisition. Des premiers algorithmes d’estimation et de correction du mouvement ont également été testés sur des données brutes réelles et simulées. / The new idea presented in this work takes into account patient motion in the acquisition and reconstruction processes. For this work, the complete acquisition system has been developed in order to reproduce physiologic motion, analyse their effect and propose correction methods to reduce image artefacts. A new methodology based on Doppler Tissue Imaging was used to find the motion in three dimensions of several coronary artery segments. Based on these data, optimal temporal windows were defined for reconstruction and an analysis of the ideal temporal window in the heart cycle was proposed. Both motion models were then used the control of a motion platform and as input for computer simulations. A first analysis carried on coronary calcification showed the influence of respiratory motion. Estimation and correction of motions were then performed on CT raw data and simulated motion. This works shows that it is necessary to include motion in the acquisition/reconstruction algorithms in CT.

La tomoscintigraphie myocardique (TMS) et la coronarographie par tomodensitométrie àmultidétecteurs (coro-TDM) sont deux techniques d’imagerie utilisées pour l'évaluation noninvasive de la maladie coronarienne. La TMS fournit une représentation 3D de la perfusionmyocardique. Le coro-TDM apporte des informations anatomiques liées à l’arbre artériel etpermet de détecter la présence de sténoses coronaires. La combinaison des informationscomplémentaires fournies par ces deux modalités permet aux médecins nucléaires debénéficier de repères anatomiques et d'isoler la sténose responsable de la souffrance et del'insuffisance coronaire du patient.La segmentation des artères coronaires est une étape préliminaire importante pour lavisualisation de l'anatomie des vaisseaux avec la perfusion myocardique. Nous proposons uneméthode de segmentation des vaisseaux sans détection de la ligne médiane fondée sur lamorphologie mathématique et la croissance de région. Cette méthode s'avère être un boncompromis entre temps de calcul et précision.La seconde partie de ces travaux concerne le recalage des images TSM et coro-TDM. Cetteétape nécessite la mise en place de méthodes adaptées aux modalités anatomiques etfonctionnelles mises en jeu. Notre méthode repose sur un formalisme d'information mutuelleexploitant un modèle non paramétrique de densité par noyaux de Parzen, rendu robuste grâceà l'estimation des matrices de largeurs de bande de rang plein, et sur un schéma d'optimisationstochastique fondé sur le filtrage particulaire.La TSM et les artères coronaires sont projetées et fusionnées sur un bull's eye pour permettreune analyse conjointe de la localisation des sténoses et des anomalies de la perfusionmyocardique. La nouvelle quantification proposée intègre la fusion des informationsanatomiques et fonctionnelles : chacun des 17 segments du ventricule gauche est affecté demanière spécifique à l'artère coronaire dont la distance géodésique à la surface du myocardeest la plus faible.L'application proposée est adaptée pour une utilisation en routine clinique en cardiologienucléaire. L'absence de gold standard pour l'évaluation du recalage en imagerie cardiaquenous a conduit à utiliser une base de données d'IRM de cerveau. Puis, l'approche a été testéesur un fantôme cardiaque et des données cliniques. Les artères coronaires peuvent êtresegmentées jusqu'à 1 mm de diamètre. La précision de la méthode de recalage est de l'ordrede la résolution de la TSM. L'étude de faisabilité de la quantification spécifique patient de laperfusion myocardique a montré une meilleure discrimination entre les territoires coronaires. / No abstract available

La segmentation des structures vasculaires dans les images médicales est une étape complexe mais fondamentale pour l'aide au diagnostic et au traitement. Dans ce contexte, les techniques de traitement d'images facilitent la tâche des experts médicaux en minimisant les interactions manuelles tout en réduisant la variabilité inter-opérateurs. Nous présentons tout d'abord un état de l'art des méthodes de segmentation vasculaire 3D organisé suivant trois axes: modèles géométriques et d'apparence, primitives extraites des images et schémas d'extraction. Nos travaux se focalisent sur une problématique particulièrement complexe, la segmentation des artères coronaires en imagerie tomodensitométrique 3D. Nous proposons un modèle géométrique axial, évalué dans l'image grâce à une primitive fondée sur le flux de gradient à fort pouvoir discriminant et faible coût calculatoire. Nous dérivons ensuite un modèle bayésien récursif appris de façon non paramétrique sur une base de segmentations manuelles. Nous proposons enfin deux schémas d'extraction. Le premier met en œuvre une procédure d'optimisation discrète sur graphe fondée sur la propagation de chemins minimaux 4D (position spatiale 3D de l'axe vasculaire plus rayon associé). Il exploite une nouvelle métrique cumulative dérivée de notre modèle bayésien. Notre deuxième schéma repose sur une approche de suivi stochastique par méthode de Monte-Carlo séquentielle estimant la distribution a posteriori de notre modèle bayésien. Une attention particulière est donnée à la robustesse et l'efficacité calculatoire de nos algorithmes. Ceux-ci sont évalués qualitativement et quantitativement sur une base de données cliniques de grande taille.

Ce travail de thèse a pour ambition d'apporter des éléments de compréhension du rôle des contraintes résiduelles au sein des plaques d'athérosclérose. Il s'inscrit dans un programme de recherche qui vise à développer de nouveaux outils favorisant l'aide au diagnostic de patients atteints de cette maladie cardiovasculaire. Suivant les évolutions majeures de ces dernières années, la première partie de ce travail présente une vision contemporaine de la maladie d'athérosclérose et des nombreux enjeux de modélisation mécanique auxquels la compréhension de la maladie et son diagnostic font appel. Nous faisons émerger un manque certain quant au rôle des contraintes résiduelles dans cette maladie. Les contraintes résiduelles sont un marqueur naturel du développement des tissus. La deuxième partie de ce travail aborde leur quantification expérimentale au sein des artères saines et pathologiques de souris. De façon intéressante nous montrons leur importance et la nécessité de les prendre en compte pour avoir une image raisonnable de l'état de contraintes des artères en conditions physiologiques. Ces résultats originaux n'ont toutefois pas permis d'établir de corrélation avec l'intensité du processus inflammatoire au sein des plaques. Enfin, la dernière partie de ce travail aborde la modélisation du développement des contraintes résiduelles. Un effort de description de la structure géométrique des corps avec des contraintes résiduelles a été fait afin de faire émerger de nouveaux outils de modélisation de leur développement. Une première application d'un modèle de croissance intrinsèque est présentée et illustrée. Cette approche semble prometteuse et apporte déjà quelques éléments de compréhension du développement des contraintes résiduelles. Toutefois, les travaux effectués ne constituent qu'une étape préliminaire et n'ont pas encore été exploités pleinement. Par contre ces travaux ouvrent assurément de nouvelles perspectives de recherche.

Ce travail de thèse a pour ambition d'apporter des éléments de compréhension du rôle des contraintes résiduelles au sein des plaques d'athérosclérose. Il s'inscrit dans un programme de recherche qui vise à développer de nouveaux outils favorisant l'aide au diagnostic de patients atteints de cette maladie cardiovasculaire. Suivant les évolutions majeures de ces dernières années, la première partie de ce travail présente une vision contemporaine de la maladie d'athérosclérose et des nombreux enjeux de modélisation mécanique auxquels la compréhension de la maladie et son diagnostic font appel. Nous faisons émerger un manque certain quant au rôle des contraintes résiduelles dans cette maladie. Les contraintes résiduelles sont un marqueur naturel du développement des tissus. La deuxième partie de ce travail aborde leur quantification expérimentale au sein des artères saines et pathologiques de souris. De façon intéressante nous montrons leur importance et la nécessité de les prendre en compte pour avoir une image raisonnable de l'état de contraintes des artères en conditions physiologiques. Ces résultats originaux n'ont toutefois pas permis d'établir de corrélation avec l'intensité du processus inflammatoire au sein des plaques. Enfin, la dernière partie de ce travail aborde la modélisation du développement des contraintes résiduelles. Un effort de description de la structure géométrique des corps avec des contraintes résiduelles a été fait afin de faire émerger de nouveaux outils de modélisation de leur développement. Une première application d'un modèle de croissance intrinsèque est présentée et illustrée. Cette approche semble prometteuse et apporte déjà quelques éléments de compréhension du développement des contraintes résiduelles. Toutefois, les travaux effectués ne constituent qu'une étape préliminaire et n'ont pas encore été exploités pleinement. Par contre ces travaux ouvrent assurément de nouvelles perspectives de recherche. / This graduate research has the ambition to bring some understandings of the role of residual stresses in atheroma plaques. It falls under a research program which aims at developing new tools in supporting the diagnosis of patients concerned with this cardiovascular disease. Considering the major changes in the past decade, the first part of this work presents a contemporary vision of the atherosclerosis disease and many mechanical modeling challenges brought by its understanding and diagnosis appeal. We emphasized a lack in the description of the role of residual stresses in this disease even if they are a natural marker of tissues development. The second part of this work approaches their experimental quantification within healthy and pathological mice arteries. Interestingly, we have shown their importance and the need to take them into account in order to have a reasonable image of the stresses state of arteries in physiological conditions. These original results however did not make it possible to establish correlation with the intensity of the inflammatory process within the plaques. Finally, the last part of this work approaches the modeling of the development of residual stresses. An effort in the description of the geometrical structure of material bodies with residual stresses allowed the emergence of new tools to model their development. A first application of an intrinsic growth model is presented and illustrated. This approach seems promising and already brings some key explaining elements in the development of residual stresses. However, carried out work constitutes only one preliminary stage and were not yet fully exploited. Hence, this work undoubtedly opens new prospects of research.

Les fibres élastiques sont constituées d'élastine et de microfibrilles riches en fibrilline-1, dont les mutations génétiques respectives conduisent à des pathologies cardiovasculaires graves impliquant l'apparition de sténoses (syndrome de Williams-Beuren, WBS) ou d'anévrismes (syndrome de Marfan, MS) aortiques. Nous avons étudié et comparé les effets de l'élastine (kappa-élastine, kE et tropoélastine recombinante, rTE) et des microfibrilles (MF et le fragment PF14 de la fibrilline-1) sur la signalisation dans les cellules vasculaires. Sur les cellules endothéliales de la veine ombilicale humaine (HUVEC), la kE, la rTE et les MF activent le complexe récepteur de l'élastine (ECR) et les intégrines, la production de messagers intracellulaires et, avec une efficacité variable, des canaux calciques de la membrane cellulaire et du réticulum endoplasmique, mobilisant à la fois le calcium intra- et extra-cellulaire. Les microfilaments d'actine ne sont impliqués que dans le cas de la signalisation liée à l'élastine. Toutes les protéines étudiées augmentent aussi la prolifération et l'adhésion des HUVEC, ainsi que la production ou la dégradation –à travers l'activation de métalloprotéases matricielles (MMP)- de plusieurs composés de la matrice extracellulaire. La capacité de migration des HUVEC est augmentée par la kE, rTE et PF14 alors qu'elle est diminuée par les MF. Aussi, chez le rat, ces protéines induisent une synthèse de l'oxyde nitrique (NO) par les cellules endothéliales, résultant en une vasodilatation aortique. PF14 présente de plus un pouvoir vasocontractant en absence de l'endothélium indiquant qu'il stimule aussi particulièrement les cellules musculaires lisses vasculaires (CMLVs). Pour étudier ces interactions sur modèle cellulaire, un protocole de culture de CMLVs d'aorte de souris adultes, âgées, ou déficientes pour les gènes de l'élastine ou de la fibrilline-1, a été mis au point. Les protéines des fibres élastiques produisent dans ces cellules une montée du niveau de calcium intracellulaire dont les caractéristiques varient suivant la protéine, l'âge ou le génotype des animaux. Ces travaux confirment le rôle majeur de l'élastine et de la fibrilline-1 dans la régulation des fonctions des cellules vasculaires. Malgré quelques différences, les fragments d'élastine et de fibrilline-1 stimulent souvent de manière similaire les cellules vasculaires. Ceci suggère que les symptômes contradictoires observés dans les MS et WBS mettent aussi en cause des facteurs additionnels, probablement liés à d'autres signalisations, par exemple à la voie du TGF-β ou aux différences de mécanisme et de cinétique du dépôt de l'élastine et de la fibrilline-1 lors de l'assemblage des fibres élastiques. / Elastic fibres are composed of elastin and fibrillin-1 rich microfibrils, whose genetic mutations result in severe cardiovascular pathologies characterized by aortic stenosis (Williams syndrome, WS) or aneurysm (Marfan Syndrom, MS), respectively. We studied and compared the effect of elastin (kappa-elastin, kE and recombinant tropoelastin, rTE) and microfibrils (MF and PF14, fibrillin-1 fragment) on vascular cell signaling. In human umbilical vein endothelial cells (HUVEC), kE, rTE and MF activated the elastin complex receptors (ECR) and integrins, the production of intracellular messengers and, with varying efficiencies, membrane and endoplasmic reticulum calcium channels, mobilizing both intra- and extra-cellular calcium. Actin microfilaments were involved only in the case of elastin signaling. All these proteins enhanced the proliferation and adhesion of HUVECs, as well as synthesis or degradation –through matrix metalloproteinanse (MMP) activation- of several extracellular matrix components. HUVEC migration was enhanced by kE, rTE and PF14 and diminished by MF. Also, in rats, these proteins induced nitric oxide (NO) synthesis by endothelial cells, resulting in aortic vasodilatation, although PF14 had an additional constrictor effect on endothelium-free aorta, indicating that PF14 also stimulates vascular smooth muscle cells (VSMCs). To study these interactions in a cellular model, we designed a new protocol to culture VSMCs from aorta of adult, aged, and elastin or fibrillin-1 knock-out mice. Elastic fibre proteins induced an increase in VSMC intracellular calcium level, which characteristics varied with the protein, age and genotype of mice. These findings confirm the major role of elastin and fibrillin-1 in the regulation of vascular cell functions. Despite some differences, elastin and fibrillin-1 often stimulated vascular cells similarly. This suggests that the onset of the contradictory features observed in MS and WS also involve additional factors, probably linked to other signaling pathways, for instance the TGF-β pathway or the differences in the mechanism and kinetic of elastin and fibrillin-1 depositions during elastic fiber assembly.

L'anxiété cliniquement significative en contexte de maladie coronarienne athérosclérotique est un important problème de santé publique. En effet, chez les individus qui présentent cette condition cardiovasculaire, l'anxiété est associée à un risque plus élevé de mortalité et d'évènements cardiaques adverses, à une détresse psychologique accrue, à une surutilisation des services médicaux et à une dégradation de la qualité de vie. La prévalence élevée de l'anxiété cliniquement significative chez les individus souffrant de maladie coronarienne athérosclérotique rend ces conséquences d'autant plus préoccupantes. Or, bien qu'il existe des traitements psychologiques efficaces pour l'anxiété, leur application auprès des patients souffrant d'une condition cardiovasculaire demeure peu étudiée à ce jour. Ainsi, cette thèse avait pour premier but de recenser l'état de la littérature actuelle concernant l'efficacité des interventions psychologiques pour l'anxiété chez les patients souffrant de maladie coronarienne athérosclérotique par le biais d'une revue systématique avec méta-analyse. Le deuxième but de cette thèse était de décrire un processus d'adaptation de la thérapie cognitive-comportementale, le traitement psychologique de premier recours pour le trouble panique (un trouble anxieux sévère), afin de tenir compte des particularités des patients qui souffrent d'une maladie coronarienne athérosclérotique. En effet, le traitement du trouble panique chez ces patients pose plusieurs défis cliniques particuliers, notamment en raison du chevauchement de symptômes somatiques entre ces deux conditions. Finalement, cette thèse visait à explorer la faisabilité, l'acceptabilité et l'efficacité préliminaire de la thérapie cognitive-comportementale adaptée chez des patients souffrant à la fois de maladie coronarienne athérosclérotique et d'un trouble panique. Ainsi, cette thèse s'est intéressée aux interventions psychologiques ciblant la comorbidité entre l'anxiété et la maladie coronarienne athérosclérotique sous trois angles différents, une approche exhaustive qui permet d'étudier ce phénomène en profondeur et de dégager plusieurs implications cliniques et pistes de recherche. / The comorbidity between clinically significant anxiety and coronary artery disease is an important public health problem. In patients suffering from cardiovascular disease, anxiety is associated with an increased risk of mortality and adverse cardiac events, high levels of psychological distress, elevated healthcare utilization and decreased quality of life. These consequences are all the more concerning given that anxiety is a highly prevalent phenomenon in patients with coronary artery disease. Although there are effective psychological treatments for anxiety, their application and use in patients with coronary artery disease remain understudied. Thus, the present thesis first aimed at reviewing the existing literature concerning the efficacy of psychological interventions for anxiety in patients with coronary artery disease through a systematic review and meta-analysis. Second, this thesis aimed at describing the adaptation process of an empirically-supported cognitive-behavioral therapy protocol for panic disorder to patients suffering from comorbid coronary artery disease. Indeed, treating panic disorder in patients with coronary artery disease is associated with several clinical challenges, notably due to the potential similarities in the somatic symptoms of both conditions. Lastly, this thesis aimed at exploring the feasibility, acceptability and preliminary efficacy of an adapted cognitive-behavioral therapy protocol in patients with coronary artery disease and panic disorder. Thus, this thesis explored psychological interventions targeting the anxiety and coronary artery disease comorbidity from three different perspectives, a comprehensive approach that allows an in-depth assessment of this phenomenon and the identification of several clinical implications and future research avenues.

Bien que l'infarctus du myocarde soit un évènement majeur pour l'homme et la femme, l'expérience de l'évènement ischémique chez la femme concerne des particularités à l'égard de l'incidence, des facteurs de risque, des symptômes, de l'accès aux soins, du diagnostic, de l'évolution, de la maladie ainsi que du suivi. Le rétablissement post-infarctus représente un phénomène des plus pertinents compte tenu de l'impact de l'infarctus du myocarde sur la fonctionnalité physique, psychologique et sociale, Le rétablissement clinique post-infarctus prédomine dans les domaines de l'intervention et de la recherche, privilégiant une approche plutôt standardisée du retour à la santé centrée sur la réduction de symptômes et la reprise de rôles. Au cœur de ce mémoire, l'idée est plutôt d'en savoir davantage sur les spécificités du vécu des femmes en matière de rétablissement post-infarctus, considérant le peu d'études s'y étant intéressées et le manque de compréhension de ce vécu. Ce dernier renvoie au rétablissement expérientiel, lequel provient du champ de la santé mentale et qui représente un centre d'intérêt depuis trois décennies. Ce mémoire emprunte donc à ce champ d'expertise la théorie descriptive à large spectre du rétablissement expérientiel (Provencher, 2002, 2008), laquelle a permis de générer une théorie spécifique à la situation à partir de l'analyse de contenu des récits de 10 participantes. La théorie descriptive générée comprend un concept central, soit le rétablissement expérientiel post-infarctus, et trois grandes dimensions, soit le contexte, les stratégies et le résultat. Conceptualisé comme un processus singulier d'adaptation en période post-infarctus, le rétablissement expérientiel post-infarctus est décrit à l'aide de barrières et facilitateurs, de stratégies cognitives et comportementales et du résultat, c'est-à-dire les critères subjectifs de rétablissement et l'état subjectif de rétablissement. Finalement, la théorie du rétablissement expérientiel post-infarctus du myocarde guide la mise en place de diverses interventions cliniques tout en devant faire l'objet d'autres travaux empiriques. / Although myocardial infarction is a major event for both men and women, the experience of the ischemic event in women concerns particularities regarding incidence, risk factors, symptoms, access to care, diagnosis, evolution, illness, and follow-up. Post-infarction recovery represents a most relevant phenomenon considering the impact of myocardial infarction on physical, psychological, and social functionality. Post-infarction clinical recovery predominates in the fields of intervention and research, favoring a rather standardized approach to the return to health focused on symptom reduction and role recovery. Instead, the focus of this thesis is to find out about the specificities of the experience of women in terms of post-infarction recovery, considering the few studies that have been interested in it and the lack of understanding of this experience. This one refers to experiential recovery, which comes from the field of mental health and has been a focus of interest for three decades. This thesis therefore borrows from this field of expertise the broad-spectrum descriptive theory of experiential recovery (Provencher, 2002, 2008), which made it possible to generate a theory specific to the situation from the content analysis of the accounts of 10 participants. The descriptive theory generated includes a central concept, experiential post-infarction recovery, and three major dimensions, namely context, strategies, and outcome. Conceptualized as a singular process of adaptation during the post-infarction period, experiential post-infarction recovery is described using barriers and facilitators, cognitive and behavioral strategies, and the outcome, namely the subjective criteria of recovery and the subjective state of recovery. Finally, the theory of experiential post-infarction recovery guides the implementation of various clinical interventions while having to be the subject of other empirical work.

Bien que l'infarctus du myocarde soit un évènement majeur pour l'homme et la femme, l'expérience de l'évènement ischémique chez la femme concerne des particularités à l'égard de l'incidence, des facteurs de risque, des symptômes, de l'accès aux soins, du diagnostic, de l'évolution, de la maladie ainsi que du suivi. Le rétablissement post-infarctus représente un phénomène des plus pertinents compte tenu de l'impact de l'infarctus du myocarde sur la fonctionnalité physique, psychologique et sociale, Le rétablissement clinique post-infarctus prédomine dans les domaines de l'intervention et de la recherche, privilégiant une approche plutôt standardisée du retour à la santé centrée sur la réduction de symptômes et la reprise de rôles. Au cœur de ce mémoire, l'idée est plutôt d'en savoir davantage sur les spécificités du vécu des femmes en matière de rétablissement post-infarctus, considérant le peu d'études s'y étant intéressées et le manque de compréhension de ce vécu. Ce dernier renvoie au rétablissement expérientiel, lequel provient du champ de la santé mentale et qui représente un centre d'intérêt depuis trois décennies. Ce mémoire emprunte donc à ce champ d'expertise la théorie descriptive à large spectre du rétablissement expérientiel (Provencher, 2002, 2008), laquelle a permis de générer une théorie spécifique à la situation à partir de l'analyse de contenu des récits de 10 participantes. La théorie descriptive générée comprend un concept central, soit le rétablissement expérientiel post-infarctus, et trois grandes dimensions, soit le contexte, les stratégies et le résultat. Conceptualisé comme un processus singulier d'adaptation en période post-infarctus, le rétablissement expérientiel post-infarctus est décrit à l'aide de barrières et facilitateurs, de stratégies cognitives et comportementales et du résultat, c'est-à-dire les critères subjectifs de rétablissement et l'état subjectif de rétablissement. Finalement, la théorie du rétablissement expérientiel post-infarctus du myocarde guide la mise en place de diverses interventions cliniques tout en devant faire l'objet d'autres travaux empiriques. / Although myocardial infarction is a major event for both men and women, the experience of the ischemic event in women concerns particularities regarding incidence, risk factors, symptoms, access to care, diagnosis, evolution, illness, and follow-up. Post-infarction recovery represents a most relevant phenomenon considering the impact of myocardial infarction on physical, psychological, and social functionality. Post-infarction clinical recovery predominates in the fields of intervention and research, favoring a rather standardized approach to the return to health focused on symptom reduction and role recovery. Instead, the focus of this thesis is to find out about the specificities of the experience of women in terms of post-infarction recovery, considering the few studies that have been interested in it and the lack of understanding of this experience. This one refers to experiential recovery, which comes from the field of mental health and has been a focus of interest for three decades. This thesis therefore borrows from this field of expertise the broad-spectrum descriptive theory of experiential recovery (Provencher, 2002, 2008), which made it possible to generate a theory specific to the situation from the content analysis of the accounts of 10 participants. The descriptive theory generated includes a central concept, experiential post-infarction recovery, and three major dimensions, namely context, strategies, and outcome. Conceptualized as a singular process of adaptation during the post-infarction period, experiential post-infarction recovery is described using barriers and facilitators, cognitive and behavioral strategies, and the outcome, namely the subjective criteria of recovery and the subjective state of recovery. Finally, the theory of experiential post-infarction recovery guides the implementation of various clinical interventions while having to be the subject of other empirical work.