Nous avons mené une étude prospective randomisée dans le but de comparer l'effet de l'irrigation du cathéter de type PICC avec deux types d'anticoagulants: Héparine standard et Tinzaparine, une héparine de faible poids moléculaire. Notre étude s'adresse aux patients de la clinique externe d'oncologie de l'hôpital Maisonneuve-Rosemont. Entre début Mai 2005 et Mars 2008, nous avons recruté 131 patients dont 70 ont été randomisés. Parmi les 61 patients exclus, 23 n'ont pas rencontré les critères d'inclusion, 30 ont refusé de participer et 8 ne sont pas inclus pour d'autres raisons. Sur les 70, 36 sujets sont randomisés dans le groupe Héparine standard et 34 dans le groupe Tinzaparine. La population en intention de traiter comprend 65 sujets dont 32 dans le groupe Héparine standard et 33 dans le groupe Tinzaparine. Le médicament a été administré pendant un mombre maximal de 30 jours et les sujets ont été suivis pendant 90 jours. La thrombose veineuse associée au cathéter (TVAC) a été objectivée par une phlébographie ou une échographie-Doppler à la fin de la période de 30 jours suivant l'installation du cathéter. L'incidence de la TVAC sur 30 jours est de 14,39 par 1000 cathéter-jours (IC à 95%:[9,0;19,79]/1000 cathéter-jours ou 41,5% (27/65). L'incidence de la thrombose veineuse profonde (TVP) symptômatique du membre supérieur sur la période de suivi de 90 jours est de 0,41 par 1000 cathéter-jours (IC à 95%:[0,08;0,81]/1000 cathéter-jours ou 3% (2/65). Nous n'avons observé aucune différence entre les deux groupes par rapport à la fréquence de la TVAC ni de la TVP. Nous ne pouvons conclure à une différence dans l'efficacité de la Tinzaparine par rapport à l'Héparine standard dans la prévention de la TVAC. / Our prospective, randomized study aims at comparing the effectiveness of two types of heparin used for the instillation of peripherally inserted central catheter (PICC): Standard heparin and Tinzaparin, a low molecular weight heparin. We recruited patients from the ambulatory center of Maisonneuve-Rosemont hospital. Between the beginning of May 2005 and March 2008, 131 patients were enrolled. Of 61 patients excluded, 23 did not satisfy the inclusion criteria, 30 refused to participate and 8 were not enrolled for other reasons. Seventy patients were randomized into two groups, 36 in the Standard heparin group and 34 in the Tinzaparin group. Our population intent-to-treat included 65/70 patients, 32 of these received Standard heparin and 33 received Tinzaparin. The experimental intervention was administered for a maximum of 30 days and all the subjects were followed up for 90 days. The events were documented objectively with a venogram or Doppler ultrasonography by the end of the 30 days following the catheter installation. The incidence of catheter-related venous thrombosis (CRVT) during 30 days of instillation is 14,39/1000 catheter-days (CI 95%:[9,0;19,79]/1000 catheter-days or 41.5% (27/65). The incidence of symptomatic upper extremity deep venous thrombosis (DVT) during the observation period of 90 days is 0,41/1000 catheter-days (CI 95%:[0,08;0,81]/1000 catheter-days or 3% (2/65). We did not observe any difference in the frequency of CRVT or DVT between the two groups. We can not conclude that either Standard heparin or Tinzaparin is more effective in the prevention of CRVT in our population.

Medical devices, such as catheters and heart valves, are an important part of patient care. However, blood-contacting devices can activate the blood coagulation cascade to produce factor (f) Xa, the clotting enzyme that induces thrombin generation. By activating platelets and converting soluble fibrinogen to fibrin, thrombin leads to blood clot formation. Blood clots that form on medical devices create problems because they may foul the device and/or serve as a nidus for infection. In addition, clots can break off from the device, travel through the circulation and lodge in distant organs; a process known as embolization. This is particularly problematic with central venous catheters because clots that form on them can break off and lodge in pulmonary arteries, thereby producing a pulmonary embolism. Similarly, clots that form on heart valves can break off and lodge in cerebral arteries, thereby producing a stroke. Therefore, anticoagulants, blood thinning drugs, are frequently used to prevent clotting on medical devices. Conventional anticoagulants, such as heparin and warfarin, target multiple clotting factors. Heparin binds to antithrombin in plasma and accelerates the rate at which it inhibits fXa, thrombin and many other clotting enzymes. Warfarin, which is a vitamin K antagonist, attenuates thrombin generation by interfering with the synthesis of the vitamin K-dependent clotting factors, which include fX and prothrombin, the precursor of thrombin. In contrast to heparin and warfarin, more recent anticoagulants inhibit only a single clotting enzyme. For example, fondaparinux, a synthetic heparin fragment, only inhibits fXa and dabigatran, an oral thrombin inhibitor, only targets thrombin. Although effective for many indications, fondaparinux was less effective than heparin for preventing clotting on catheters in patients undergoing heart interventions and dabigatran was less effective than warfarin for preventing strokes in patients with mechanical heart valves. The failure of these new anticoagulants highlights the need for a better understanding into the drivers of clotting on medical devices. Therefore, the overall purpose of this thesis is to gain this understanding so that more rational approaches to its prevention can be identified. In the classical model of blood coagulation, clotting is triggered via two distinct pathways; the tissue factor (TF) pathway or extrinsic pathway and the contact pathway or intrinsic pathway; pathways which are initiated by fVIIa and fXIIa, respectively. The mechanism by which medical devices initiate clotting is uncertain. Platelet and complement activation and microparticle formation have been implicated, which would drive clotting via the TF pathway. Alternatively, medical devices can bind and activate fXII, thereby initiating the contact pathway. We hypothesized that medical devices trigger clotting via the contact pathway and induce the local generation of fXa and thrombin in concentrations that exceed the capacity of fondaparinux and dabigatran to inhibit them. To test this hypothesis, we used catheters as a prototypical medical device and we used a combination of in vitro and rabbit models. Several lines of evidence indicate that catheters initiate clotting via the contact pathway. First, catheter segments shortened the clotting time of human plasma, and this activity was attenuated in fXII- or fXI-deficient plasma, which are key components of the contact pathway, but not in fVII-deficient plasma, which is the critical component of the extrinsic pathway. Second, corn trypsin inhibitor (CTI), a potent and specific inhibitor of fXIIa, attenuates catheter thrombosis. Third, selective knockdown of fXII or fXI with antisense oligonucleotides attenuated catheter-induced thrombosis in rabbits, whereas knockdown of fVII had no effect. Therefore, these results revealed the importance of the contact pathway in device-associated thrombosis, and identified CTI or fXII or fXI knockdown as novel strategies for preventing this problem. Focusing on fXIIa as the root cause of medical device associated clotting, we coated catheters with CTI using a polyethylene glycol (PEG) spacer. In addition to unmodified catheters, other controls included catheters coated with albumin via a PEG spacer or catheters coated with PEG alone. Compared with unmodified catheters or with the other controls, CTI-coated catheters attenuated clotting in buffer or plasma systems and were resistant to occlusion in rabbits. These findings support the concept that catheter-induced clotting is driven via the contact pathway and identify CTI coating as a viable strategy for its prevention. We next set out to test the hypothesis that fondaparinux and dabigatran, which inhibit fXa and thrombin, respectively, are less effective than heparin, which inhibits multiple clotting enzymes. Fondaparinux and dabigatran were less effective than heparin at preventing catheter induced clotting and thrombin generation, respectively. Likewise, in a rabbit model of catheter thrombosis, fondaparinux was less effective than heparin and dabigatran was only effective when administered at doses that yielded plasma dabigatran levels similar to those found at peak in human given the drug; at trough levels, dabigatran was no better than placebo. Finally, we also showed synergy between heparin and either fondaparinux or dabigatran. Thus, when co-administered to rabbits in doses that on their own had no effect, the combination of fondaparinux or dabigatran plus heparin extended the time to catheter thrombosis. These findings support the hypothesis that when catheters trigger clotting via the contact pathway, fXa and thrombin are generated in concentrations that overwhelm the capacity of fondaparinux or dabigatran to inhibit them. Furthermore, the synergy between heparin and fondaparinux or dabigatran has clinical implications because it explains why supplemental heparin attenuated the risk of catheter thrombosis in patients treated with fondaparinux who underwent cardiac procedures and it identifies the potential role of supplemental heparin in dabigatran-treated patients who require such interventions. In summary, we have shown that catheters trigger clotting via the contact pathway and have identified CTI coating or fXII or fXI knockdown as viable strategies for prevention of this problem. In addition, for prevention of catheter thrombosis, we also have shown that heparin, which inhibits multiple coagulation enzymes, is more effective than fondaparinux or dabigatran, which only inhibit fXa or thrombin, respectively; findings consistent with the clinical observations. Moreover, the synergy that we observed between fondaparinux or dabigatran and heparin identifies supplemental heparin as strategy for preventing catheter thrombosis in patients receiving these drugs. Taken together, these studies provide insight into the mechanisms of catheter thrombosis and potential strategies for its prevention. / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD)

It is known that there are many cardiovascular diseases caused by the alterations in the blood vessels, that affect most of the world population. The knowledge of the mechanobiological behavior of blood vessels is used for understanding how cardiovascular diseases could affect the human body. So, by studying the growth and remodeling (G&R) of the arterial tree, it is possible to predict how these diseases will develop and consequently, how they can be treated or even prevented. The human body naturally tries to find the optimum steady-state by changing either the production of the constituents of the arteries or the flow rate through blood vessels. This effect is the phenomenon that is going to be studied in this thesis and these three main factors have to be taken into account when reproducing the diseases’ effects: the so-called transmural pressure, the blood flow rate, and the biomechanics of the constituents which form the arterial wall. Therefore, through numerical simulations the variation of these factors can be predicted, although always with a reliability supported by experimental data. / Se sabe que hay muchas enfermedades cardiovasculares causadas por alteraciones en los vasos sanguíneos que afectan gran parte de la población mundial. El conocimiento del comportamiento mecanobiológico de los vasos sanguíneos se usa para entender cómo estas enfermedades puede afectar al cuerpo humano. Así, estudiando el crecimiento y desarrollo (G&R) del árbol arterial, es posible predecir cómo estas enfermedades se van a desarrollar y consecuentemente, cómo pueden tratarse o incluso prevenirse. El cuerpo humano tiende a buscar un estado de equilibrio óptimo de forma natural cambiando o bien la producción de los constituyentes de las arterias o bien el flujo de sangre que atraviesa los vasos sanguíneos. Este efecto es el fenómeno que va a ser estudiado en esta tesis y se ha de tener en cuenta tres factores principales cuando se quiere reproducir los efectos de dichas enfermedades: la presión transmural, el flujo de sangre y la biomecánica de los constituyentes que forman la pared arterial. Luego, a través de simulaciones numéricas la variación de estos factores puede ser predicha, aunque siempre con una veracidad aportada por datos experimentales. / Vascular occlusion, modelling, arteries, arterial tree, growth and remodelling, Murray, cerebrocardiovascular diseases, adaptation, thrombosis, calcification, anemia, polycythemia, isquemia, edema

Thesis (MScMedSc)--Stellenbosch University, 2012. / Bibliography / ENGLISH ABSTRACT: Background: In the era of antiretroviral therapy (ART), the risk of acquired immune deficiency syndrome (AIDS) related deaths has decreased and people living with Human Immunodeficiency Virus (HIV) now have prolonged life spans. However, an increasing trend of non-AIDS associated deaths has been reported despite adequate control of viral loads. HIV infection is established as a chronic inflammatory condition which is associated with an increased risk for thrombosis. Thus HIV infected patients are at a higher risk of developing cardiovascular disease (CVD) and other inflammatory-associated complications. Inflammation is linked with thrombosis and promotes the formation of thrombin, which plays an important role in platelet activation. Furthermore, activated platelets have been shown to play a key role during infection and the inflammatory process, particularly by mediating interactions between cells of innate immunity. Soluble markers of platelet activation have been shown to be increased in HIV-infection. However, these have not been well documented by flow cytometry. P-selectin CD62P is stored in the alpha granules of platelets and is expressed on the surface only upon platelet activation. This facilitates interaction with other blood cells and the endothelium. Activated platelets may play a role in HIV-induced atherosclerosis through the expression and release of mediators that induce endothelial activation and support the adhesion of leukocytes to the inflamed vessel wall. Fibrinogen is a precursor of the blood coagulatory protein fibrin and the degradation of fibrin to D-dimer is a measure of the formation and the subsequent dissolution of blood clots. In HIV infected patients, chronic inflammation induces the up-regulated expression of tissue factor (TF) on monocytes which triggers the activation of the clotting cascade and increases the level of D-dimers. Methods: This pilot study consisted of ART naïve patients and all platelet flow analyses were carried out on whole blood. In this study, a total of 57 adult South Africans were recruited from a clinic in the Western Cape. These included 32 HIV positive patients and 25 HIV negative individuals. The levels of platelet activation and platelet function were investigated using a novel platelet cytometry assay. The method was optimized to ensure minimal platelet activation: no centrifugation or red blood cell (RBC) lysis steps were performed. The platelet-specific markers CD41a and CD42b were used to ensure gating on platelets only. CD62P expression was used to evaluate platelet activation and these levels were correlated with Fibrinogen, hsCRP, Ddimer, CD4 counts and viral load. Furthermore, platelet function was evaluated by investigating the response of platelets to endogenous agonists which included adenosine diphosphate(ADP) and arachidonic acid (AA) at varying concentrations. Results:This study demonstrated higher baseline levels of CD62P expression in treatment naïve HIV positive patients as compared to uninfected controls (mean %CD62P 71.74 ± 2.18 vs control 54.52 ± 2.42; p=<0.0001). In addition it was shown that %CD62P expression correlated directly with platelet counts (r=0.374, p=0.042). Platelet counts showed an inverse correlation with viral loads (give values) Fibrinogen levels correlated with the absolute WCC (r=0.659, p=0.0021); absolute neutrophil count (r=0.619, p=0.0105); absolute monocyte count (0.562, p=0.0235) and hsCRP (r=0.688 p=0.0011). In addition, fibrinogen showed a strong negative correlation with CD4 counts (r=-0.594, p=0.0014) and therefore, may be a valuable marker of both disease progression and risk of thrombosis in treatment naïve HIV positive patients. HsCRP levels correlated with the absolute neutrophil counts (r=0.392, p=0.0005). The HIV Group showed an overall hyper-response to ADP at a concentration 0.025 μM as compared to uninfected controls (62.34 ± 9.7 vs control 36.90 ± 5.7, p=0.0433). Conclusions: In this study we describe a novel Flow Cytometry technique that may be used to evaluate the levels of platelet activation and platelet function in HIV infected patients. In addition we report a cost-effective panel in the form of fibrinogen, WCC and platelets that may be valuable in predicting the progression of HIV infection to AIDS or other inflammatory- associated complications in treatment naïve HIV infected patients. Platelet counts showed an inverse correlation with viral loads and a direct correlation with the level of activated platelets. These findings taken together suggest the potential prognostic value of platelet activation and platelet counts in the context of asymptomatic HIV infected patients. Our findings suggest WCC and Fibrinogen may be used to evaluate the inflammatory profile of individual HIV infected patients. This may have a direct impact on HIV patient management prior to initiation of antiretroviral therapy and valuable in monitoring responses to treatment. Further, we present a novel flow cytometry based platelet functional assay and suggest the use of ADP at a concentration of 0.025 μM to evaluate platelet function optimally in HIV infected patients. The utilization of the novel Flow Cytometry technique as described in this study would add significant value in the assessment of thrombotic risk and disease progression in HIV infected patients and may additionally prove to be of value in other chronic inflammatory conditions. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Voorkennis: In die era van antiretrovirale terapie (ART), het die risiko van vigs-verwante sterftes verminder en mense wat nou met volle naam (MIV) leef, het ‘n verlengde lewensduur. Nogtans, word 'n toenemende neiging van nie-vigs geassosieer sterftes berig wat hoofsaaklik toegeskryf word aan trombotiese toestande. MIV-infeksie word as 'n chroniese inflammatoriese toestand beskou met ʼn verhoogde trombose risiko geassosieer word. Dus, MIV-besmette pasiënte het 'n hoër risiko om kardiovaskulêre siekte (CVD) te ontwikkel ongeag of hulle ARV naïef is of op behandeling is nie. Inflammasie word geassosieer met trombose en bevorder die vorming van trombien, wat 'n belangrike rol in plaatjie aktivering speel. Verder, word daar bewys dat geaktiveerde bloedplaatjies 'n belangrike rol speel tydens infeksie en die inflammatoriese proses.Hulle bemiddel interaksies tussen die selle van ingebore immuniteit. Daar word bewys dat oplosbare merkers van plaatjie aktivering verhoog is in MIV-infeksie, maar die bewyse is nie so goed gedokumenteer deur vloeisitometrie nie. P-selectin (CD62P) word gestoor in die alfa korrels van plaatjies en word uitgedruk op die oppervlak slegs wanneer plaatjies geaktivering word; daardeur fasilitering dit die interaksie met ander bloedselle en die endoteel. Geaktiveerde plaatjies kan ook 'n rol in MIV-geïnduseerde aterosklerose speel deur middel van die uitdrukking en vrylating van bemiddelaars wat endoteel aktivering induseer asook die adhesie van leukosiete aan die ontsteekte vat wand ondersteun.. Fibrinogeen, 'n voorloper van die bloed koagulatories proteïen fibrin en die degradasie van fibrin na D-dimeer is' n maatstaf van die vorming en die daaropvolgende ontbinding van bloedklonte. Kroniese inflammasie in MIVbesmette pasiënte, induseer die op-gereguleerde uitdrukking van weefsel faktor (TF) op monosiete wat die aktivering van die stolling kaskade inisieer en die D-dimere vlakke verhoog. Metodes: Hierdie loodsstudie bestaan uit ART naïewe pasiënte en al die plaatjie vloei ontleding was op vol bloed uitgevoer. In hierdie studie, 'n totaal van 57 volwasse Suid-Afrikaners was van' n kliniek in die Wes-Kaap gewerf. Dit sluit 32 MIV-positiewe pasiënte en 25 MIV negatiewe individue in. Die vlakke van plaatjie aktivering en plaatjie funksie was ge ondersoek deur middel van 'n nuwe plaatjie sitometrie toets. Die metode was geoptimaliseer om minimale plaatjie aktivering te verseker: dus geen sentrifugering of volle naam (RBS) liseer stappe was gebruik nie. Die plaatjie-spesifieke merkers, CD41a en CD42b was gebruik om te verseker dat slegs bloedplaatjes gekies word. Die uitdrukking van CD62P was gebruik vir die evaluering van plaatjie aktivering en hierdie vlakke was gekorreleer met fibrinogeen, hsCRP, D-dimeer, CD4- tellings en virale lading. Verder, was plaatjie funksie geëvalueer deur die reaksie van plaatjies aan endogene agoniste wat ADP en AA by wisselende konsentrasies insluit te ondersoek. Results: Hierdie studie het getoon hoër basislyn vlakke van CD62P uitdrukking in behandeling naïewe MIV-positiewe pasiënte in vergelyking met onbesmette beheermaatreëls (beteken% CD62P 71,74 ± 2,18 vs beheer 54,52 ± 2,42, p <0.0001). Daar is ook getoon dat% CD62P uitdrukking direk gekorreleer met plaatjie tellings (r = 0,374, p = 0,042). Plaatjie tellings het 'n omgekeerde korrelasie met virale ladings (gee waardes) fibrinogeen vlakke korreleer met die absolute WCC (r = 0,659, p = 0,0021), absolute neutrofiel telling (r = 0,619, p = 0,0105); absolute monosiet telling (0,562, p = 0,0235) en hsCRP (r = 0,688 p = 0,0011). Daarbenewens, fibrinogeen het 'n sterk negatiewe korrelasie met 'n CD4-tellings (r = -0,594, p = 0,0014) en daarom kan 'n waardevolle merker van beide die siekte en die risiko van trombose in behandeling naïewe MIV-positiewe pasiënte. HsCRP vlakke gekorreleer met die absolute neutrofiel tellings (r = 0,392, p = 0,0005). Die MIV-groep het 'n algehele hiper-reaksie op die ADP by 'n konsentrasie 0,025 μM in vergelyking met onbesmette beheermaatreëls (62,34 ± 9,7 vs beheer 36,90 ± 5.7, p = 0,0433). Gevolgtrekkings: In hierdie studie beskryf ons 'n roman vloeisitometrie tegniek wat gebruik kan word om die vlakke van Plaatjie aktivering en plaatjie funksie in die MIV-besmette pasiënte te evalueer. Verder het ons 'n verslag van 'n koste-effektiewe paneel in die vorm van fibrinogeen, WCC en plaatjies wat waardevol kan wees in die voorspelling van die vordering van MIVinfeksie tot VIGS of ander inflammatoriese-verwante komplikasies in die behandeling naïewe MIV-besmette pasiënte. Plaatjie tellings het 'n omgekeerde korrelasie met die virale laste en 'n direkte verband met die vlak van geaktiveerde bloedplaatjies. Hierdie bevindinge saam, dui op die moontlike prognostiese waarde van Plaatjie aktivering en die plaatjie tel in die konteks van die asimptomatiese MIV-geïnfekteerde pasiënte. Ons bevindinge dui daarop WCC en fibrinogeen kan gebruik word om die inflammatoriese profiel van individuele MIV-geïnfekteerde pasiënte te evalueer. Dit kan 'n direkte impak op MIV pasiënt vooraf aan die inisiasie van antiretrovirale terapie en waardevolle in die monitering van die reaksie op behandeling. Verder bied ons 'n roman vloeisitometrie gebaseer plaatjie funksionele toets en dui op die gebruik van die ADP teen 'n konsentrasie van 0,025 μM plaatjie funksie optimaal te evalueer in MIVgeïnfekteerde pasiënte. Die benutting van die roman vloeisitometrie tegniek soos beskryf in hierdie studie sal 'n beduidende waarde toevoeg in die beoordeling van die die trombotiese risiko en die siekte in MIV-geïnfekteerde pasiënte en kan addisioneel bewys van waarde te wees in 'n ander chroniese inflammatoriese toestande. / National Reserach Foundation

L’accident thromboembolique veineux, tel que la thrombose veineuse profonde (TVP) ou thrombophlébite des membres inférieurs, est une pathologie vasculaire caractérisée par la formation d’un caillot sanguin causant une obstruction partielle ou totale de la lumière sanguine. Les embolies pulmonaires sont une complication mortelle des TVP qui surviennent lorsque le caillot se détache, circule dans le sang et produit une obstruction de la ramification artérielle irriguant les poumons. La combinaison d’outils et de techniques d’imagerie cliniques tels que les règles de prédiction cliniques (signes et symptômes) et les tests sanguins (D-dimères) complémentés par un examen ultrasonographique veineux (test de compression, écho-Doppler), permet de diagnostiquer les premiers épisodes de TVP. Cependant, la performance de ces outils diagnostiques reste très faible pour la détection de TVP récurrentes. Afin de diriger le patient vers une thérapie optimale, la problématique n’est plus basée sur la détection de la thrombose mais plutôt sur l’évaluation de la maturité et de l’âge du thrombus, paramètres qui sont directement corrélées à ses propriétés mécaniques (e.g. élasticité, viscosité). L’élastographie dynamique (ED) a récemment été proposée comme une nouvelle modalité d’imagerie non-invasive capable de caractériser quantitativement les propriétés mécaniques de tissus. L’ED est basée sur l’analyse des paramètres acoustiques (i.e. vitesse, atténuation, pattern de distribution) d’ondes de cisaillement basses fréquences (10-7000 Hz) se propageant dans le milieu sondé. Ces ondes de cisaillement générées par vibration externe, ou par source interne à l’aide de la focalisation de faisceaux ultrasonores (force de radiation), sont mesurées par imagerie ultrasonore ultra-rapide ou par résonance magnétique. Une méthode basée sur l’ED adaptée à la caractérisation mécanique de thromboses veineuses permettrait de quantifier la sévérité de cette pathologie à des fins d’amélioration diagnostique. Cette thèse présente un ensemble de travaux reliés au développement et à la validation complète et rigoureuse d’une nouvelle technique d’imagerie non-invasive élastographique pour la mesure quantitative des propriétés mécaniques de thromboses veineuses. L’atteinte de cet objectif principal nécessite une première étape visant à améliorer les connaissances sur le comportement mécanique du caillot sanguin (sang coagulé) soumis à une sollicitation dynamique telle qu’en ED. Les modules de conservation (comportement élastique, G’) et de perte (comportement visqueux, G’’) en cisaillement de caillots sanguins porcins sont mesurés par ED lors de la cascade de coagulation (à 70 Hz), et après coagulation complète (entre 50 Hz et 160 Hz). Ces résultats constituent les toutes premières mesures du comportement dynamique de caillots sanguins dans une gamme fréquentielle aussi étendue. L’étape subséquente consiste à mettre en place un instrument innovant de référence (« gold standard »), appelé RheoSpectris, dédié à la mesure de la viscoélasticité hyper-fréquence (entre 10 Hz et 1000 Hz) des matériaux et biomatériaux. Cet outil est indispensable pour valider et calibrer toute nouvelle technique d’élastographie dynamique. Une étude comparative entre RheoSpectris et la rhéométrie classique est réalisée afin de valider des mesures faites sur différents matériaux (silicone, thermoplastique, biomatériaux, gel). L’excellente concordance entre les deux technologies permet de conclure que RheoSpectris est un instrument fiable pour la mesure mécanique à des fréquences difficilement accessibles par les outils actuels. Les bases théoriques d’une nouvelle modalité d’imagerie élastographique, nommée SWIRE (« shear wave induced resonance dynamic elastography »), sont présentées et validées sur des fantômes vasculaires. Cette approche permet de caractériser les propriétés mécaniques d’une inclusion confinée (e.g. caillot sanguin) à partir de sa résonance (amplification du déplacement) produite par la propagation d’ondes de cisaillement judicieusement orientées. SWIRE a également l’avantage d’amplifier l’amplitude de vibration à l’intérieur de l’hétérogénéité afin de faciliter sa détection et sa segmentation. Finalement, la méthode DVT-SWIRE (« Deep venous thrombosis – SWIRE ») est adaptée à la caractérisation de l’élasticité quantitative de thromboses veineuses pour une utilisation en clinique. Cette méthode exploite la première fréquence de résonance mesurée dans la thrombose lors de la propagation d’ondes de cisaillement planes (vibration d’une plaque externe) ou cylindriques (simulation de la force de radiation par génération supersonique). DVT-SWIRE est appliquée sur des fantômes simulant une TVP et les résultats sont comparés à ceux donnés par l’instrument de référence RheoSpectris. Cette méthode est également utilisée avec succès dans une étude ex vivo pour l’évaluation de l’élasticité de thromboses porcines explantées après avoir été induites in vivo par chirurgie. / The venous thromboembolism such as the lower limb deep venous thrombosis (DVT) is a vascular pathology characterized by a blood clot formation that induces partial or total vessel lumen occlusion. Pulmonary embolism is a fatal complication of DVT where the clot detaches from the wall, circulates in the blood flow, and produces an obstruction of pulmonary arterial branches. The combination of clinical prediction rules (signs or symptoms) and blood tests (D-dimer testing) coupled to venous ultrasonography (i.e. compression ultrasonography, color Doppler) allows an accurate diagnosis of first DVT. Nevertheless, such clinical tools present poor results to detect recurrent thrombotic events. Then, in order to guide patients towards optimal therapy, the problem is no more to detect the presence of thrombus, but to evaluate its maturity and its age, which are correlated to their mechanical properties (e.g. elasticity, viscosity). The dynamic elastography (DE) has been recently proposed as a novel non-invasive imaging modality capable to characterize the quantitative mechanical properties of tissues. The DE is based on the analysis of acoustical parameters (i.e. velocity, attenuation, wave pattern) of low frequency (10-7000 Hz) shear waves propagating within the probed medium. Such shear waves generated by external vibration, or remotely using ultrasound beam focalisation (radiation force), were tracked using ultra-fast ultrasound or magnetic resonance imaging. A method based on DE and adapted to mechanical characterization of venous thrombosis may allow the quantification of diseases severity in order to improve the final diagnosis. This thesis presents the works related to the development and complete validation of a novel non-invasive elastography imaging method for the quantitative and reliable estimation of mechanical properties of venous thrombosis. In order to fulfil the main objective, it is first necessary to improve knowledge about mechanical behaviours of blood clot (coagulated blood) subjected to a dynamic solicitation similar to DE. The shear storage (elastic behaviour, G’) and loss (viscous behavior, G’’) moduli of porcine blood clots are measured by DE during the blood coagulation kinetics (at 70 Hz) and after completely coagulation (between 50 Hz and 160 Hz). These results are the first dynamic behaviour measurements of blood clots in such wide frequency range. The subsequent step consists in introducing an innovative reference instrument (« gold standard »), called RheoSpectris, dedicated to measure the hyper-frequency viscoelasticity (between 10 Hz and 1000 Hz) of materials and biomaterials. This tool is indispensable to validate new dynamic elastography techniques. A comparative study between RheoSpectris and classical rheometry is performed to validate the measurements on different materials (silicon, thermoplastic, biomaterials, gel). The excellent agreement between both technologies allows to conclude that RheoSpectris is a reliable instrument for mechanical measurements at high frequencies, which is not always possible with current tools. The theoretical basis of a novel elastographic imaging modality, labelled SWIRE (« shear wave induced resonance dynamic elastography ») is presented and validated on vascular phantoms. Such approach allows the characterization of mechanical properties of a confined inclusion (e.g. blood clot) from its resonance (displacement amplification) due to the propagation of judiciously oriented shear waves. SWIRE has also the advantage to amplify the vibration amplitude within the heterogeneity to help for its detection and segmentation. Finally, the method DVT-SWIRE ((« Deep venous thrombosis – SWIRE ») is adapted to the quantitative elasticity estimation of venous thrombosis in the context of clinical use. DVT-SWIRE exploits the first resonance frequency measured within the thrombosis during the plane (vibration of rigid plate) or cylindrical (simulating supersonic radiation force generation) shear waves propagation. The technique is applied on DVT phantoms and the results are compared to those given by the RheoSpectris reference instrument. This method is also used successfully in an ex vivo study for the elasticity assessment of explanted porcine thrombosis surgically induced in vivo.

Les plaquettes sanguines sont les principaux acteurs de l’hémostase primaire et de la thrombose, deux éléments majeurs de la physiopathologie vasculaire. Plusieurs médicaments régulent les fonctions plaquettaires mais peu de tests sont validés pour suivre leur efficacité en fonction de l’évolution clinique des patients. Mon doctorat a eu pour but de développer de nouvelles approches d’évaluation de la fonction plaquettaire. Deux essais cliniques réalisés sur des patients atteints de syndrome coronarien stable ont constitué la première partie de mon doctorat. La première étude met en évidence la nécessité d'une standardisation des tests biologiques pour la détection de patients répondant moins au clopidogrel, un inhibiteur du récepteur plaquettaire de l'ADP P2Y12. L’étude suivante montre le potentiel thérapeutique, chez ces patients, de l’inhibition conjointe de P2Y12 et du second récepteur plaquettaire de l'ADP P2Y1, sur la fonction plaquettaire. De plus, le suivi en temps réel par vidéomiscroscopie a permis de distinguer des effets précoces et tardifs des antiplaquettaires sur la formation du thrombus en chambre de perfusion. La seconde partie de mon doctorat concerne les microdomaines membranaires de type « lipid rafts » qui tiennent une place fondamentale dans les fonctions cellulaires et plaquettaires. Ainsi plusieurs récepteurs dépendent de ces microdomaines, régulant la fonction plaquettaire et les effets des médicaments antiplaquettaires. Cependant, les techniques d’étude de ces microdomaines sont complexes et peu adaptées aux études cliniques. Profitant de nouvelles sondes fluorescentes sensibles au niveau d’ordre liquide membranaire (OLM), nous avons développé une méthode de mesure de l’OLM par cytométrie de flux spectrale. Grâce à cette approche, nous avons montré que l’activation plaquettaire diminue l’OLM alors qu’il est augmenté chez des patients traités par un inhibiteur de la synthèse du cholestérol ou par le clopidogrel. Nous avons également mis en évidence, en condition de forces de cisaillement élevées correspondant à celles retrouvées au niveau de sténoses artérielles, une sous-population plaquettaire présentant un OLM plus bas. Le passage dans le domaine clinique de ces approches fondamentales qui privilégient l’étude dynamique des plaquettes pourrait permettre d’améliorer le diagnostique et le suivi de traitement de pathologies cardiovasculaires. / Blood platelets play a central role in primary hemostasis and thrombosis, two major elements of vascular physiopathology. Although a number of drugs regulate platelet functions, there are no validated tests that monitor their efficacy on the basis of the patients' clinical course. This doctorate, therefore, aims to develop novel approaches to evaluate platelet function. The first part of my work consisted of two clinical trials involving patients with stable coronary syndrome. The first study demonstrated the need for standardized biological tests to screen for patients who respond less well to clopidogrel, an ADP P2Y12 receptor antagonist. The second study showed the therapeutic potential of the joint inhibition of P2Y12 and P2Y1 receptors on platelet adhesion, activation, and aggregation for these patients. Furthermore, a video microscopy model using perfusion chambers made it possible to monitor the course of thrombosis in real time, and enabled us to dissociate the early and late effects of the antiplatelet drugs. Lipid raft membrane microdomains play a pivotal role in many cell functions. At the platelet level, many receptors depend on these microdomains and thus modulate the function as well as the drug sensitivity of platelets. However, current techniques for the study of these microdomains are complex and limit their clinical applications. By taking advantage of new fluorescent probes that are sensitive to the level of the membrane order, we developed a method of measuring the membrane order using spectral flow cytometry. Through this approach we showed that platelet activation reduced the lipid order of the membranes, whereas it was increased in patients treated with a cholesterol synthesis inhibitor or clopidogrel. It was also possible for us to demonstrate the appearance, under shear stress similar to that of stenotic arteries, of a platelet sub-population with a very low membrane order. These approaches which privilege the dynamic study of thrombi and platelets could be applied to the clinical practice and thus widen the fields of clinical studies.

Les anticorps anti-phospholipides (aPL), tels que les anticoagulants lupiques (LAC), sont associés au développement récurrent de thromboses chez les patients atteints du lupus érythémateux disséminé (LED). Il a été observé que des titres élevés d’auto-anticorps antilamine B1 (anti-LB1), chez des patients porteurs de LAC, diminuent le risque de ces manifestations thrombotiques. Toutefois, la relation existant entre la lamine B1 (LB1), les anti-LB1 et la thromboprotection n’est toujours pas expliquée. Dans cette étude, nous avons donc cherché à comprendre comment la LB1 et les anti-LB1 induisent cette thromboprotection. Nous avons testé les effets d'anti-LB1 purifiés et de LB1 recombinante sur l'activation des cellules endothéliales et des plaquettes. Nous avons été en mesure de déterminer que la LB1, contrairement aux anti-LB1, possède une activité anti-plaquettaire. En effet, la LB1 réduit l’activation et l’agrégation plaquettaires in vitro et in vivo. Cette activité est due à une liaison directe de la LB1 aux plaquettes, suivie par une internalisation rapide dans des vésicules de clathrine. Par co-immunoprécipitation, nous avons découvert que la LB1 interagit avec le récepteur de l’insuline situé sur la membrane plaquettaire. La liaison de la LB1 à ce récepteur entraîne vraisemblablement son internalisation et l'inhibition d'une des cascades de signalisation normalement induite par le récepteur de l’insuline, menant éventuellement à l’inhibition des fonctions plaquettaires. L’ajout d’anti-LB1 purifiés dans nos expériences a permis d'augmenter de façon significative la persistance de la LB1 dans les plaquettes, une observation confirmée par la détection de LB1 uniquement dans les lysats de plaquettes prélevées chez des patients anti-LB1 positifs. iv Nos résultats suggèrent que la LB1 prend part aux mécanismes régulateurs des processus d’hémostase chez des sujets sains et que la présence d’anti-LB1, chez les patients lupiques, prolonge la persistance de cet auto-antigène dans les plaquettes, les empêchant ainsi de s’activer. Ce mécanisme expliquerait la diminution du risque de thrombose chez les patients LAC positifs porteurs d’anti-LB1 circulants. / Anti-phospholipid antibodies such as lupus anticoagulant antibodies (LAC) are associated with recurrent thrombotic events in systemic lupus erythematosus (SLE) patients. However, the risk of thrombosis in LAC positive patients is markedly reduced in the presence of high titers of autoantibodies to lamin B1 (anti-LB1). To date, the implication of lamin B1 (LB1) and anti-LB1 in thromboprotection remains unclear. Our objective was to examine the mechanism whereby LB1 and anti-LB1 induced thromboprotection. Functional platelet and endothelial cell activation assays were used to determine the effects of recombinant LB1 and affinity purified anti-LB1 on these two cell types. LB1, contrarily to anti-LB1, was found to possess an intrinsic anti-platelet activity. This protein reduced the activation and aggregation of platelets in vitro and in vivo. This activity was likely due to the direct binding of LB1 to platelets, followed by its rapid internalization within clathrin coated-pits. Coimmunoprecipitation revealed that LB1 interacted with the insulin receptor located within the platelet membrane. The binding of LB1 to this receptor induced its internalization and inhibited at least one of the phosphorylation cascade stimulated by the receptor, which in turn inhibited platelet functions. The addition of affinity-purified anti-LB1 in our model markedly increased the persistence of LB1 within platelets, a finding supported by the detection of LB1 only in platelets from anti-LB1 positive SLE patients. Our results suggest that LB1 regulates haemostasis in normal subjects. The presence of anti-LB1 in SLE patients prolongs the persistence of LB1 within platelets, thus possibly vi preventing further platelet activation. This mechanism likely explains the reduced risk of thrombotic events in LAC positive SLE patients with circulating anti-LB1 autoantibodies.

Lors du phénomène d’hémostase primaire ou de thrombose vasculaire, les plaquettes sanguines doivent adhérer aux parois afin de remplir leur fonction réparatrice ou pathologique. Pour ce faire, certains facteurs rhéologiques et hémodynamiques tels que l’hématocrite, le taux de cisaillement local et les contraintes de cisaillement pariétal, entrent en jeu afin d’exclure les plaquettes sanguines de l’écoulement principal et de les transporter vers le site endommagé ou enflammé. Cette exclusion pourrait aussi être influencée par l’agrégation de globules rouges qui est un phénomène naturel présent dans tout le système cardiovasculaire selon les conditions d’écoulement. La dérive de ces agrégats de globules rouges vers le centre des vaisseaux provoque la formation de réseaux d’agrégats dont la taille et la complexité varient en fonction de l’hématocrite et des conditions de cisaillement présentes. Il en résulte un écoulement bi-phasique avec un écoulement central composé d’agrégats de globules rouges avoisinés par une région moins dense en particules où l’on peut trouver des globules rouges singuliers, des petits rouleaux de globules rouges et une importante concentration en plaquettes et globules blancs. De ce fait, il est raisonnable de penser que plus la taille des agrégats qui occupent le centre du vaisseau augmente, plus il y aura de plaquettes expulsées vers les parois vasculaires. L'objectif du projet est de quantifier, in vitro, la migration des plaquettes sanguines en fonction du niveau d’agrégation érythrocytaire présent, en faisant varier l’hématocrite, le taux de cisaillement et en promouvant l’agrégation par l’ajout d’agents tels que le dextran à poids moléculaire élevé. Cependant, le comportement non Newtonien du sang dans un écoulement tubulaire peut être vu comme un facteur confondant à cause de son impact sur l’organisation spatiale des agrégats de globules rouges. De ce fait, les études ont été réalisées dans un appareil permettant de moduler, de façon homogène, la taille et la structure de ces agrégats et de quantifier ainsi leur effet sur la migration axiale des plaquettes. Du sang de porc anti coagulé a été ajusté à différents taux d’hématocrite et insérer dans un appareil à écoulement de Couette, à température ambiante. Les plaquettes sanguines, difficilement isolables in vitro sans en activer certains ligands membranaires, ont été remplacées par des fantômes en polystyrène ayant un revêtement de biotine. La quantification de la migration de ces fantômes de plaquettes a été réalisée grâce à l’utilisation de membranes biologiques fixées sur les parois internes de l’entrefer du rhéomètre de Couette. Ces membranes ont un revêtement de streptavidine assurant une très forte affinité d’adhésion avec les microparticules biotynilées. À 40% d’hématocrite, à un cisaillement de 2 s-1, 566 ± 53 microparticules ont été comptées pour un protocole préétabli avec du sang non agrégeant, comparativement à 1077 ± 229 pour du sang normal et 1568 ± 131 pour du sang hyper agrégeant. Les résultats obtenus suggèrent une nette participation de l’agrégation érythrocytaire sur le transport des fantômes de plaquettes puisque l’adhésion de ces derniers à la paroi du rhéomètre de Couette augmente de façon quasi exponentielle selon le niveau d’agrégation présent. / During the primary hemostatis or thrombosis phenomenon, the human blood platelets must adhere to the vascular wall in order for them to perform their repairing or pathological function. To do so, certain rheological and hemodynamic factors such as the hematocrit, local shear rate and the wall shear stress, must come into play to exclude blood platelets from the main blood stream and transport them to the vicinity of the damaged or inflamed site. This exclusion could also be influenced by red blood cell aggregation which is a natural process present throughout the entire cardiovascular system under certain flow conditions. The displacement of these rouleaux of red blood cells towards the centre of the vessel induces the formation of 3D networks of aggregates whose size and complexity vary as a function of the hematocrit and the shearing conditions present. It results in a two phase flow with an inner core composed of red blood cell aggregates surrounded by single red blood cells or small aggregates and large numbers of white blood cells and platelets. It is therefore reasonable to believe that the larger the inner core becomes, the more platelets will be expulsed towards the vascular wall. The objective of the study was to quantify, in vitro, the lateral migration of blood platelets as a function of the level of red blood cell aggregation present, by changing the hematocrit, the shear rate and by promoting red blood cell aggregation with the use of agents such as high molecular weight dextran. However, the non Newtonian behavior of blood in tube flow can be seen as a confounding factor to the understanding of the spatial organization of the red blood cell aggregates. In this study, whole blood was circulated in a simple shear flow apparatus, which allowed to homogeneously modulate the red blood cell aggregate sizes and structure, and quantify their effect on the axial migration of blood platelets. Anticoagulated porcine bloods were adjusted to different hematocrits and inserted into a Couette flow apparatus, at room temperature. Blood platelets, difficult to isolate in vitro without activating in a non reproducible manner specific membrane ligands, were replaced with biotin coated fluorescent polystyrene beads. The quantification of the migration of these platelet ghosts was conducted with the use of biological membranes fixed on the interior walls of the Couette apparatus. These streptavidin coated membranes ensure a strong adhesive affinity with the biotynilated beads. At 40% hematocrit and at a shear of 2 s-1, 566 ± 53 micro particles were counted for non aggregated erythrocytes, 1077 ± 229 for aggregating red blood cells and 1568 ± 131 for hyper aggregating blood. The results obtained suggest a strong participation of the red blood cell aggregation on the transport of platelet ghosts since the number of ghost cells fixed on the wall of the Couette rheometer increases almost exponentially with the level of aggregation present.

L’agrégation érythrocytaire est le principal facteur responsable des propriétés non newtoniennes sanguines pour des conditions d’écoulement à faible cisaillement. Lorsque les globules rouges s’agrègent, ils forment des rouleaux et des structures tridimensionnelles enchevêtrées qui font passer la viscosité sanguine de quelques mPa.s à une centaine de mPa.s. Cette organisation microstructurale érythrocytaire est maintenue par des liens inter-globulaires de faible énergie, lesquels sont brisés par une augmentation du cisaillement. Ces propriétés macroscopiques sont bien connues. Toutefois, les liens étiologiques entre ces propriétés rhéologiques générales et leurs effets pathophysiologiques demeurent difficiles à évaluer in vivo puisque les propriétés sanguines sont dynamiques et fortement tributaires des conditions d’écoulement. Ainsi, à partir de propriétés rhéologiques mesurées in vitro dans des conditions contrôlées, il devient difficile d’extrapoler leurs valeurs dans un environnement physiologique. Or, les thrombophlébites se développent systématiquement en des loci particuliers du système cardiovasculaire. D’autre part, plusieurs études cliniques ont établi que des conditions hémorhéologiques perturbées constituent des facteurs de risque de thrombose veineuse mais leurs contributions étiologiques demeurent hypothétiques ou corrélatives. En conséquence, un outil de caractérisation hémorhéologique applicable in vivo et in situ devrait permettre de mieux cerner et comprendre ces implications. Les ultrasons, qui se propagent dans les tissus biologiques, sont sensibles à l’agrégation érythrocytaire. De nature non invasive, l’imagerie ultrasonore permet de caractériser in vivo et in situ la microstructure sanguine dans des conditions d’écoulements physiologiques. Les signaux ultrasonores rétrodiffusés portent une information sur la microstructure sanguine reflétant directement les perturbations hémorhéologiques locales. Une cartographie in vivo de l’agrégation érythrocytaire, unique aux ultrasons, devrait permettre d’investiguer les implications étiologiques de l’hémorhéologie dans la maladie thrombotique vasculaire. Cette thèse complète une série de travaux effectués au Laboratoire de Biorhéologie et d’Ultrasonographie Médicale (LBUM) du centre de recherche du Centre hospitalier de l’Université de Montréal portant sur la rétrodiffusion ultrasonore érythrocytaire et menant à une application in vivo de la méthode. Elle se situe à la suite de travaux de modélisation qui ont mis en évidence la pertinence d’un modèle particulaire tenant compte de la densité des globules rouges, de la section de rétrodiffusion unitaire d’un globule et du facteur de structure. Ce modèle permet d’établir le lien entre la microstructure sanguine et le spectre fréquentiel du coefficient de rétrodiffusion ultrasonore. Une approximation au second ordre en fréquence du facteur de structure est proposée dans ces travaux pour décrire la microstructure sanguine. Cette approche est tout d’abord présentée et validée dans un champ d’écoulement cisaillé homogène. Une extension de la méthode en 2D permet ensuite la cartographie des propriétés structurelles sanguines en écoulement tubulaire par des images paramétriques qui mettent en évidence le caractère temporel de l’agrégation et la sensibilité ultrasonore à ces phénomènes. Une extrapolation menant à une relation entre la taille des agrégats érythrocytaires et la viscosité sanguine permet l’établissement de cartes de viscosité locales. Enfin, il est démontré, à l’aide d’un modèle animal, qu’une augmentation subite de l’agrégation érythrocytaire provoque la formation d’un thrombus veineux. Le niveau d’agrégation, la présence du thrombus et les variations du débit ont été caractérisés, dans cette étude, par imagerie ultrasonore. Nos résultats suggèrent que des paramètres hémorhéologiques, préférablement mesurés in vivo et in situ, devraient faire partie du profil de risque thrombotique. / The aggregation of erythrocytes is the main determinant of blood non Newtonian behaviour under low shearing flow conditions. When red blood cells (RBCs) aggregate, they form « rouleaux » and complex tridimensional structures that increase blood viscosity from a few mPa.s to a hundred mPa.s. The reversible RBC aggregation phenomenon is attributed to weak adhesive links between erythrocytes that are readily broken by increasing flow shearing. Blood bulk rheological properties have been comprehensively studied. However, the in vivo physiological impacts of abnormal clustering of RBCs are more difficult to assess. Clinical studies have identified altered hemorheology as a risk factor for thrombosis, but a clear etiological relationship between abnormal aggregation and thrombosis has not yet been established, in part because clinical conclusions were derived from correlative findings. It is to note that cardiovascular diseases such as deep venous thrombosis generally occur at specific locations within the vascular bed, suggesting a hemodynamic contribution to the development of this disease. Consequently, it is postulated that in vivo hemorheological characterization may help shed some light on the role of RBC hyper-aggregation on cardiovascular disorders. Ultrasound imaging, a non-invasive method relying on the propagation of mechanical waves within biological tissues, is sensitive to RBC aggregation. Indeed, the study of backscattered waves allows characterizing blood microstructure in vivo and in situ under physiological flow conditions. The work described in this thesis is based on prior simulation studies, performed at the Laboratory of Biorheology and Medical Ultrasonics of the University of Montreal Hospital Research Center, in which the backscattering of ultrasound from aggregating RBCs was modeled by considering a particle scattering strategy. In this approach, each RBC is a weak ultrasound scatterer (Born assumption) and the backscattering coefficient is modeled as the product of the RBC number density, the RBC backscattering cross section and a structure factor. This model relates variations in the backscattering coefficient to the RBC spatial organisation through the structure factor, which is the only parameter that changes during the aggregation process. A second order expansion in frequency of the structure factor was used to describe blood microstructure in terms of a packing factor W and an ensemble averaged aggregate diameter D. The model was first presented and validated by considering a homogenous shear flow condition using three broadband mono-element transducers. It was then extended in 2D to allow computation of parametric images in tube flow. An extrapolation based on the assumption that viscosity is related to the level of aggregation was used to compute local viscosity maps. Finally, a last contribution was the demonstration that a sudden increase in aggregation tendency directly promoted the formation of venous thrombosis in an experimental animal model. In that study, RBC aggregation, thrombus formation and flow variations were monitored longitudinally for two weeks using ultrasound. The results reported in this thesis suggest that rheological parameters on RBC clustering, ideally assessed in vivo and in situ, should be included in thrombosis risk profiling.

L'élastographie ultrasonore est une technique d'imagerie émergente destinée à cartographier les paramètres mécaniques des tissus biologiques, permettant ainsi d’obtenir des informations diagnostiques additionnelles pertinentes. La méthode peut ainsi être perçue comme une extension quantitative et objective de l'examen palpatoire. Diverses techniques élastographiques ont ainsi été proposées pour l'étude d'organes tels que le foie, le sein et la prostate et. L'ensemble des méthodes proposées ont en commun une succession de trois étapes bien définies: l'excitation mécanique (statique ou dynamique) de l'organe, la mesure des déplacements induits (réponse au stimulus), puis enfin, l'étape dite d'inversion, qui permet la quantification des paramètres mécaniques, via un modèle théorique préétabli. Parallèlement à la diversification des champs d'applications accessibles à l'élastographie, de nombreux efforts sont faits afin d'améliorer la précision ainsi que la robustesse des méthodes dites d'inversion. Cette thèse regroupe un ensemble de travaux théoriques et expérimentaux destinés à la validation de nouvelles méthodes d'inversion dédiées à l'étude de milieux mécaniquement inhomogènes. Ainsi, dans le contexte du diagnostic du cancer du sein, une tumeur peut être perçue comme une hétérogénéité mécanique confinée, ou inclusion, affectant la propagation d'ondes de cisaillement (stimulus dynamique). Le premier objectif de cette thèse consiste à formuler un modèle théorique capable de prédire l'interaction des ondes de cisaillement induites avec une tumeur, dont la géométrie est modélisée par une ellipse. Après validation du modèle proposé, un problème inverse est formulé permettant la quantification des paramètres viscoélastiques de l'inclusion elliptique. Dans la continuité de cet objectif, l'approche a été étendue au cas d'une hétérogénéité mécanique tridimensionnelle et sphérique avec, comme objectifs additionnels, l'applicabilité aux mesures ultrasonores par force de radiation, mais aussi à l'estimation du comportement rhéologique de l'inclusion (i.e., la variation des paramètres mécaniques avec la fréquence d'excitation). Enfin, dans le cadre de l'étude des propriétés mécaniques du sang lors de la coagulation, une approche spécifique découlant de précédents travaux réalisés au sein de notre laboratoire est proposée. Celle-ci consiste à estimer la viscoélasticité du caillot sanguin via le phénomène de résonance mécanique, ici induit par force de radiation ultrasonore. La méthode, dénommée ARFIRE (''Acoustic Radiation Force Induced Resonance Elastography'') est appliquée à l'étude de la coagulation de sang humain complet chez des sujets sains et sa reproductibilité est évaluée. / Ultrasound elastography is an emerging technology derived from the concept of manual palpation and dedicated to the mapping of biological tissue mechanical properties in a diagnostic context. Various elastographic approaches have been applied to the study of organs such as the liver, breast or prostate. All proposed techniques rely on a three-steps procedure: first, the tissue to be studied is mechanically excited, in a static or dynamic way. Induced displacements are then measured and used to estimate qualitatively or quantitatively mechanical properties of the medium. This step is called inversion. While application fields of elastography are constantly broadened, efforts are made to provide robust and accurate inversion algorithms. In this monography, theoretical and experimental works related to the development of new inversion methods dedicated to the study of mechanically inhomogeneous media in dynamic ultrasound elastography are provided. In the context of breast cancer diagnosis, a localized tumour can be assumed as a confined mechanical heterogeneity, also referred as an inclusion, which can disturb the propagation of shear waves (dynamic excitation). The first objective of this thesis is to provide a theoretical model to describe physical interactions occurring between incident shear waves and a tumour, here geometrically assumed as an ellipse. Once the theoretical model is validated, an inverse problem is formulated allowing further quantification of inclusion viscoelastic parameters. Aiming the development of realistic models, the previous work has been extended to the case of three dimensional spherical heterogeneities and adapted to the specific case of an acoustic radiation force excitation. Furthermore, the feasibility of assessing the medium rheological model (i.e., the frequency dependence of mechanical properties) is demonstrated. Finally, in the context of vascular diseases and blood coagulation, an inversion method based on the study of the mechanical resonance phenomenon induced by acoustic radiation force is proposed. The technique, termed ARFIRE (Acoustic Radiation Force Induced Resonance Elastography), is applied to human whole blood samples and the reproducibility of results is assessed.