Suivi par élastographie ultrasonore après réparation endovasculaire d’anévrisme aorto-iliaque : étude de faisabilité in vivo

Les maladies cardiovasculaires sont la première cause de mortalité dans le monde et les anévrismes de l’aorte abdominale (AAAs) font partie de ce lot déplorable. Un anévrisme est la dilatation d’une artère pouvant conduire à la mort. Une rupture d’AAA s’avère fatale près de 80% du temps. Un moyen de traiter les AAAs est l’insertion d’une endoprothèse (SG) dans l’aorte, communément appelée la réparation endovasculaire (EVAR), afin de réduire la pression exercée par le flux sanguin sur la paroi. L’efficacité de ce traitement est compromise par la survenue d’endofuites (flux sanguins entre la prothèse et le sac anévrismal) pouvant conduire à la rupture de l’anévrisme. Ces flux sanguins peuvent survenir à n’importe quel moment après le traitement EVAR. Une surveillance par tomodensitométrie (CT-scan) annuelle est donc requise, augmentant ainsi le coût du suivi post-EVAR et exposant le patient à la radiation ionisante et aux complications des contrastes iodés. L’endotension est le concept de dilatation de l’anévrisme sans la présence d’une endofuite apparente au CT-scan. Après le traitement EVAR, le sang dans le sac anévrismal coagule pour former un thrombus frais, qui deviendra progressivement un thrombus plus fibreux et plus organisé, donnant lieu à un rétrécissement de l’anévrisme. Il y a très peu de données dans la littérature pour étudier ce processus temporel et la relation entre le thrombus frais et l’endotension. L’étalon d’or du suivi post-EVAR, le CT-scan, ne peut pas détecter la présence de thrombus frais. Il y a donc un besoin d’investir dans une technique sécuritaire et moins coûteuse pour le suivi d’AAAs après EVAR. Une méthode récente, l’élastographie dynamique, mesure l’élasticité des tissus en temps réel. Le principe de cette technique repose sur la génération d’ondes de cisaillement et l’étude de leur propagation afin de remonter aux propriétés mécaniques du milieu étudié. Cette thèse vise l’application de l’élastographie dynamique pour la détection des endofuites ainsi que de la caractérisation mécanique des tissus du sac anévrismal après le traitement EVAR. Ce projet dévoile le potentiel de l’élastographie afin de réduire les dangers de la radiation, de l’utilisation d’agent de contraste ainsi que des coûts du post-EVAR des AAAs. L’élastographie dynamique utilisant le « Shear Wave Imaging » (SWI) est prometteuse. Cette modalité pourrait complémenter l’échographie-Doppler (DUS) déjà utilisée pour le suivi d’examen post-EVAR. Le SWI a le potentiel de fournir des informations sur l’organisation fibreuse du thrombus ainsi que sur la détection d’endofuites. Tout d’abord, le premier objectif de cette thèse consistait à tester le SWI sur des AAAs dans des modèles canins pour la détection d’endofuites et la caractérisation du thrombus. Des SGs furent implantées dans un groupe de 18 chiens avec un anévrisme créé au moyen de la veine jugulaire. 4 anévrismes avaient une endofuite de type I, 13 avaient une endofuite de type II et un anévrisme n’avait pas d’endofuite. Des examens échographiques, DUS et SWI ont été réalisés à l’implantation, puis 1 semaine, 1 mois, 3 mois et 6 mois après le traitement EVAR. Une angiographie, un CT-scan et des coupes macroscopiques ont été produits au sacrifice. Les régions d’endofuites, de thrombus frais et de thrombus organisé furent identifiées et segmentées. Les valeurs de rigidité données par le SWI des différentes régions furent comparées. Celles-ci furent différentes de façon significative (P < 0.001). Également, le SWI a pu détecter la présence d’endofuites où le CT-scan (1) et le DUS (3) ont échoué. Dans la continuité de ces travaux, le deuxième objectif de ce projet fut de caractériser l’évolution du thrombus dans le temps, de même que l’évolution des endofuites après embolisation dans des modèles canins. Dix-huit anévrismes furent créés dans les artères iliaques de neuf modèles canins, suivis d’une endofuite de type I après EVAR. Deux gels embolisants (Chitosan (Chi) ou Chitosan-Sodium-Tetradecyl-Sulfate (Chi-STS)) furent injectés dans le sac anévrismal pour promouvoir la guérison. Des examens échographiques, DUS et SWI ont été effectués à l’implantation et après 1 semaine, 1 mois, 3 mois et 6 mois. Une angiographie, un CT-scan et un examen histologique ont été réalisés au sacrifice afin d’évaluer la présence, le type et la grosseur de l’endofuite. Les valeurs du module d’élasticité des régions d’intérêts ont été identifiées et segmentées sur les données pathologiques. Les régions d’endofuites et de thrombus frais furent différentes de façon significative comparativement aux autres régions (P < 0.001). Les valeurs d’élasticité du thrombus frais à 1 semaine et à 3 mois indiquent que le SWI peut évaluer la maturation du thrombus, de même que caractériser l’évolution et la dégradation des gels embolisants dans le temps. Le SWI a pu détecter des endofuites où le DUS a échoué (2) et, contrairement au CT-scan, détecter la présence de thrombus frais. Finalement, la dernière étape du projet doctoral consistait à appliquer le SWI dans une phase clinique, avec des patients humains ayant déjà un AAA, pour la détection d’endofuite et la caractérisation de l’élasticité des tissus. 25 patients furent sélectionnés pour participer à l’étude. Une comparaison d’imagerie a été produite entre le SWI, le CT-scan et le DUS. Les valeurs de rigidité données par le SWI des différentes régions (endofuite, thrombus) furent identifiées et segmentées. Celles-ci étaient distinctes de façon significative (P < 0.001). Le SWI a détecté 5 endofuites sur 6 (sensibilité de 83.3%) et a eu 6 faux positifs (spécificité de 76%). Le SWI a pu détecter la présence d’endofuites où le CT-scan (2) ainsi que le DUS (2) ont échoué. Il n’y avait pas de différence statistique notable entre la rigidité du thrombus pour un AAA avec endofuite et un AAA sans endofuite. Aucune corrélation n’a pu être établie de façon significative entre les diamètres des AAAs ainsi que leurs variations et l’élasticité du thrombus. Le SWI a le potentiel de détecter les endofuites et caractériser le thrombus selon leurs propriétés mécaniques. Cette technique pourrait être combinée au suivi des AAAs post-EVAR, complémentant ainsi l’imagerie DUS et réduisant le coût et l’exposition à la radiation ionisante et aux agents de contrastes néphrotoxiques.

Suivi par élastographie ultrasonore après réparation endovasculaire d’anévrisme aorto-iliaque : étude de faisabilité in vivo

Les maladies cardiovasculaires sont la première cause de mortalité dans le monde et les anévrismes de l’aorte abdominale (AAAs) font partie de ce lot déplorable. Un anévrisme est la dilatation d’une artère pouvant conduire à la mort. Une rupture d’AAA s’avère fatale près de 80% du temps. Un moyen de traiter les AAAs est l’insertion d’une endoprothèse (SG) dans l’aorte, communément appelée la réparation endovasculaire (EVAR), afin de réduire la pression exercée par le flux sanguin sur la paroi. L’efficacité de ce traitement est compromise par la survenue d’endofuites (flux sanguins entre la prothèse et le sac anévrismal) pouvant conduire à la rupture de l’anévrisme. Ces flux sanguins peuvent survenir à n’importe quel moment après le traitement EVAR. Une surveillance par tomodensitométrie (CT-scan) annuelle est donc requise, augmentant ainsi le coût du suivi post-EVAR et exposant le patient à la radiation ionisante et aux complications des contrastes iodés. L’endotension est le concept de dilatation de l’anévrisme sans la présence d’une endofuite apparente au CT-scan. Après le traitement EVAR, le sang dans le sac anévrismal coagule pour former un thrombus frais, qui deviendra progressivement un thrombus plus fibreux et plus organisé, donnant lieu à un rétrécissement de l’anévrisme. Il y a très peu de données dans la littérature pour étudier ce processus temporel et la relation entre le thrombus frais et l’endotension. L’étalon d’or du suivi post-EVAR, le CT-scan, ne peut pas détecter la présence de thrombus frais. Il y a donc un besoin d’investir dans une technique sécuritaire et moins coûteuse pour le suivi d’AAAs après EVAR. Une méthode récente, l’élastographie dynamique, mesure l’élasticité des tissus en temps réel. Le principe de cette technique repose sur la génération d’ondes de cisaillement et l’étude de leur propagation afin de remonter aux propriétés mécaniques du milieu étudié. Cette thèse vise l’application de l’élastographie dynamique pour la détection des endofuites ainsi que de la caractérisation mécanique des tissus du sac anévrismal après le traitement EVAR. Ce projet dévoile le potentiel de l’élastographie afin de réduire les dangers de la radiation, de l’utilisation d’agent de contraste ainsi que des coûts du post-EVAR des AAAs. L’élastographie dynamique utilisant le « Shear Wave Imaging » (SWI) est prometteuse. Cette modalité pourrait complémenter l’échographie-Doppler (DUS) déjà utilisée pour le suivi d’examen post-EVAR. Le SWI a le potentiel de fournir des informations sur l’organisation fibreuse du thrombus ainsi que sur la détection d’endofuites. Tout d’abord, le premier objectif de cette thèse consistait à tester le SWI sur des AAAs dans des modèles canins pour la détection d’endofuites et la caractérisation du thrombus. Des SGs furent implantées dans un groupe de 18 chiens avec un anévrisme créé au moyen de la veine jugulaire. 4 anévrismes avaient une endofuite de type I, 13 avaient une endofuite de type II et un anévrisme n’avait pas d’endofuite. Des examens échographiques, DUS et SWI ont été réalisés à l’implantation, puis 1 semaine, 1 mois, 3 mois et 6 mois après le traitement EVAR. Une angiographie, un CT-scan et des coupes macroscopiques ont été produits au sacrifice. Les régions d’endofuites, de thrombus frais et de thrombus organisé furent identifiées et segmentées. Les valeurs de rigidité données par le SWI des différentes régions furent comparées. Celles-ci furent différentes de façon significative (P < 0.001). Également, le SWI a pu détecter la présence d’endofuites où le CT-scan (1) et le DUS (3) ont échoué. Dans la continuité de ces travaux, le deuxième objectif de ce projet fut de caractériser l’évolution du thrombus dans le temps, de même que l’évolution des endofuites après embolisation dans des modèles canins. Dix-huit anévrismes furent créés dans les artères iliaques de neuf modèles canins, suivis d’une endofuite de type I après EVAR. Deux gels embolisants (Chitosan (Chi) ou Chitosan-Sodium-Tetradecyl-Sulfate (Chi-STS)) furent injectés dans le sac anévrismal pour promouvoir la guérison. Des examens échographiques, DUS et SWI ont été effectués à l’implantation et après 1 semaine, 1 mois, 3 mois et 6 mois. Une angiographie, un CT-scan et un examen histologique ont été réalisés au sacrifice afin d’évaluer la présence, le type et la grosseur de l’endofuite. Les valeurs du module d’élasticité des régions d’intérêts ont été identifiées et segmentées sur les données pathologiques. Les régions d’endofuites et de thrombus frais furent différentes de façon significative comparativement aux autres régions (P < 0.001). Les valeurs d’élasticité du thrombus frais à 1 semaine et à 3 mois indiquent que le SWI peut évaluer la maturation du thrombus, de même que caractériser l’évolution et la dégradation des gels embolisants dans le temps. Le SWI a pu détecter des endofuites où le DUS a échoué (2) et, contrairement au CT-scan, détecter la présence de thrombus frais. Finalement, la dernière étape du projet doctoral consistait à appliquer le SWI dans une phase clinique, avec des patients humains ayant déjà un AAA, pour la détection d’endofuite et la caractérisation de l’élasticité des tissus. 25 patients furent sélectionnés pour participer à l’étude. Une comparaison d’imagerie a été produite entre le SWI, le CT-scan et le DUS. Les valeurs de rigidité données par le SWI des différentes régions (endofuite, thrombus) furent identifiées et segmentées. Celles-ci étaient distinctes de façon significative (P < 0.001). Le SWI a détecté 5 endofuites sur 6 (sensibilité de 83.3%) et a eu 6 faux positifs (spécificité de 76%). Le SWI a pu détecter la présence d’endofuites où le CT-scan (2) ainsi que le DUS (2) ont échoué. Il n’y avait pas de différence statistique notable entre la rigidité du thrombus pour un AAA avec endofuite et un AAA sans endofuite. Aucune corrélation n’a pu être établie de façon significative entre les diamètres des AAAs ainsi que leurs variations et l’élasticité du thrombus. Le SWI a le potentiel de détecter les endofuites et caractériser le thrombus selon leurs propriétés mécaniques. Cette technique pourrait être combinée au suivi des AAAs post-EVAR, complémentant ainsi l’imagerie DUS et réduisant le coût et l’exposition à la radiation ionisante et aux agents de contrastes néphrotoxiques.

Infrarenal aortic diameter predicts all-cause mortality

Objective - To assess the relationship between infrarenal aortic diameter and subsequent all-cause mortality in men aged 65 years or older. Methods and Results - Aortic diameter was measured using ultrasound in 12 203 men aged 65 to 83 years as part of a trial of screening for abdominal aortic aneurysms. A range of cardiovascular risk factors was also documented. Mortality over the next 3 to 7 years was assessed using record linkage. Initial aortic diameter was categorized into 10 intervals, and the relationship between increasing diameter and subsequent mortality was explored using Cox proportional hazard models. Median diameter increased from 21.4 mm in the youngest men to 22.1 mm in the oldest men. The cumulative all-cause mortality increased in a graded fashion with increasing aortic diameter. Using the diameter interval 19 to 22 mm as the reference, the adjusted hazard ratio for all-cause mortality increased from 1.26 (95% CI: 1.09, 1.44; P = 0.001) for aortic diameters of 23 to 26 mm to 2.38 (95% CI: 1.22, 4.61; P = 0.011) for aortic diameters of 47 to 50 mm. Analysis of causes of death indicated that cardiovascular disease was an important contributor to this increase. Conclusion - Infrarenal aortic diameter is an independent marker of subsequent all-cause mortality.

Relações morfológicas entre a aorta torácica avaliada por ecocardiografia e a aorta abdominal estudada por ultrassonografia

Mestrado em Tecnologia de Diagnóstico e Intervenção Cardiovascular - Área de especialização em Ultrassonografia Cardiovascular.

Clinical Outcome and Morphologic Analysis after Endovascular Aneurysm Repair Using the Excluder Endograft

OBJECTIVE: Long-term follow-up after endovascular aneurysm repair (EVAR) is very scarce, and doubt remains regarding the durability of these procedures. We designed a retrospective cohort study to assess long-term clinical outcome and morphologic changes in patients with abdominal aortic aneurysms (AAAs) treated by EVAR using the Excluder endoprosthesis (W. L. Gore and Associates, Flagstaff, Ariz). METHODS: From 2000 to 2007, 179 patients underwent EVAR in a tertiary institution. Clinical data were retrieved from a prospective database. All patients treated with the Excluder endoprosthesis were included. Computed tomography angiography (CTA) scans were retrospectively analyzed preoperatively, at 30 days, and at the last follow-up using dedicated tridimensional reconstruction software. For patients with complications, all remaining CTAs were also analyzed. The primary end point was clinical success. Secondary end points were freedom from reintervention, sac growth, types I and III endoleak, migration, conversion to open repair, and AAA-related death or rupture. Neck dilatation, renal function, and overall survival were also analyzed. RESULTS: Included were 144 patients (88.2% men; mean age, 71.6 years). Aneurysms were ruptured in 4.9%. American Society of Anesthesiologists classification was III/IV in 61.8%. No patients were lost during a median follow-up of 5.0 years (interquartile range, 3.1-6.4; maximum, 11.2 years). Two patients died of medical complications ≤ 30 days after EVAR. The estimated primary clinical success rates at 5 and 10 years were 63.5% and 41.1%, and secondary clinical success rates were 78.3% and 58.3%, respectively. Sac growth was observed in 37 of 142 patients (26.1%). Cox regression showed type I endoleak during follow-up (hazard ratio, 3.74; P = .008), original design model (hazard ratio, 3.85; P = .001), and preoperative neck diameter (1.27 per mm increase, P = .006) were determinants of sac growth. Secondary interventions were required in 32 patients (22.5%). The estimated 10-year rate of AAA-related death or rupture was 2.1%. Overall life expectancy after AAA repair was 6.8 years. CONCLUSIONS: EVAR using the Excluder endoprosthesis provides a safe and lasting treatment for AAA, despite the need for maintained surveillance and secondary interventions. At up to 11 years, the risk of AAA-related death or postimplantation rupture is remarkably low. The incidences of postimplantation sac growth and secondary intervention were greatly reduced after the introduction of the low-permeability design in 2004.

Aneurysmal dilation of the reimplant segment of the visceral vessels after thoracoabdominal aneurysm correction

We present a case of aneurysmal dilation of the aortic residual segment, involving abdominal vessels in corrective surgeries for thoracoabdominal aortic aneurysm, through the identification of risk groups for recurrent dilation, aiming at using a specific operative technique with a branched graft, to prevent aneurysm relapse.

Type A quadricuspid aortic valve and ascending aorta aneurysm: a rare combination.

Quadricuspid aortic valve (QAV) is a rare congenital anomaly associated with aortic valve insufficiency and significant morbidity, and requires the replacement or, rarely, the repair of the malfunctioning heart valve. A QAV associated with an ascending aorta aneurysm is an extremely rare anatomic combination with a hypothetical, but not clear, shared embryological etiology. To date, only two cases of type B QAV with ascending aorta aneurysm have been reported. Herein is described the first ever case of a 38-year-old male suffering from severe symptomatic aortic valve regurgitation due to a type A QAV, associated with an ascending aorta aneurism, who underwent a successful combined replacement of the aortic valve and ascending aorta.

Surgical management of hemorrhage from rupture of the aortic arch.

BACKGROUND: Control of hemorrhage in patients with active bleeding from rupture of the aortic arch is difficult, because of the location of the bleeding and the impossibility of cross-clamping the aorta without interfering with cerebral perfusion. A precise and swift plan of management helped us salvage some patients and prompted us to review our experience. METHODS: Six patients with active bleeding of the aortic arch in the mediastinum and pericardial cavity (5 patients) or left pleural cavity (1 patient), treated between 1992 and 1996, were reviewed. Bleeding was reduced by keeping the mediastinum under local tension (3 patients) or by applying compression on the bleeding site (2 patients), or both (1 patient) while circulatory support, retransfusion of aspirated blood, and hypothermia were established. The diseased aortic arch was replaced during deep hypothermic circulatory arrest, which ranged from 25 to 40 minutes. In 3 patients, the brain was further protected by retrograde (2 patients) or antegrade (1 patient) cerebral perfusion. RESULTS: Hemorrhage from the aortic arch was controlled in all patients. Two patients died postoperatively, one of respiratory failure and the other of abdominal sepsis. Recovery of neurologic function was assessed and complete in all patients. The 4 survivors are well 8 to 49 months after operation. CONCLUSIONS: An approach relying on local tamponade to reduce bleeding, rapid establishment of circulatory support and hypothermia, retransfusion of aspirated blood, and swift repair of the aortic arch under circulatory arrest allows salvage of patients with active bleeding from an aortic arch rupture.

Exclusion of lumbar arteries by aortic endovascular grafts: can angiography demonstrate sealing characteristics?

BACKGROUND: This study evaluates sealing characteristics of two designs of endovascular grafts by angiographic demonstration of exclusion of porcine lumbar arteries. METHODS: 6 endovascular grafts (3 self-expandable with integrated polyurethane wall versus 3 nitinol structures covered with polyester fabric) were implanted in 6 porcine aortae. Perfusion of lumbar arteries was assessed by angiography after implantation and by angiography and dissection at graft explantation after 4 +/- 2 months. Tissue healing was evaluated by light and scanning electron microscopy. RESULTS: Immediate exclusion of the lumbar arteries was achieved in 14/31 vessels (12 by polyurethane grafts and 2 by polyester grafts, p < 0.001). Follow-up angiography and dissection at explantation revealed perfusion of 30/31 lumbar arteries with a collateral network in most cases. Another reason for reperfusion of initially excluded branches was distention of the polyurethane grafts with resulting shortening allowing reperfusion of 8 of the 31 originally covered branches. Histological examination revealed a complete neointimal lining and a tight contact between endovascular grafts and aorta. CONCLUSIONS: The immediate angiographic demonstration of exclusion of lumbar arteries predicts sealing characteristics of endovascular grafts. Later angiographic reappearance is due to development of a collateral network and possible shortening of self-expandable devices.

Intussusception like lesion after fenestration in aortic type B dissection.

We report on a patient with Marfan syndrome who presented a Stanford type B dissection of the descending thoracic aorta in late pregnancy. After a cesarean section, the patient presented a severe obstruction of the mesenteric superior artery. An endovascular fenestration was performed (balloon and guidewire based fenestration). Computed tomography (CT) angiography revealed an intussusception 'like' image of the abdominal aortic layers as a consequence of the fenestration procedure. Because of aneurismal progression in the abdominal aorta, surgical repair of the abdominal aorta and intussusception material removal was achieved six weeks later. The patient is currently in good condition. We conclude that the intussusception could be induced by a guidewire. This fenestration procedure is not recommended in patients with structural aortic disorders.

Bone marrow mesenchymal stem cells stabilize already-formed aortic aneurysms more efficiently than vascular smooth muscle cells in a rat model.

PURPOSE: Abdominal aortic aneurysms (AAAs) expand because of aortic wall destruction. Enrichment in Vascular Smooth Muscle Cells (VSMCs) stabilizes expanding AAAs in rats. Mesenchymal Stem Cells (MSCs) can differentiate into VSMCs. We have tested the hypothesis that bone marrow-derived MSCs (BM-MSCs) stabilizes AAAs in a rat model. MATERIAL AND METHODS: Rat Fischer 344 BM-MSCs were isolated by plastic adhesion and seeded endovascularly in experimental AAAs using xenograft obtained from guinea pig. Culture medium without cells was used as control group. The main criteria was the variation of the aortic diameter at one week and four weeks. We evaluated the impact of cells seeding on inflammatory response by immunohistochemistry combined with RT-PCR on MMP9 and TIMP1 at one week. We evaluated the healing process by immunohistochemistry at 4 weeks. RESULTS: The endovascular seeding of BM-MSCs decreased AAA diameter expansion more powerfully than VSMCs or culture medium infusion (6.5% ± 9.7, 25.5% ± 17.2 and 53.4% ± 14.4; p = .007, respectively). This result was sustained at 4 weeks. BM-MSCs decreased expression of MMP-9 and infiltration by macrophages (4.7 ± 2.3 vs. 14.6 ± 6.4 mm(2) respectively; p = .015), increased Tissue Inhibitor Metallo Proteinase-1 (TIMP-1), compared to culture medium infusion. BM-MSCs induced formation of a neo-aortic tissue rich in SM-alpha active positive cells (22.2 ± 2.7 vs. 115.6 ± 30.4 cells/surface units, p = .007) surrounded by a dense collagen and elastin network covered by luminal endothelial cells. CONCLUSIONS: We have shown in this rat model of AAA that BM-MSCs exert a specialized function in arterial regeneration that transcends that of mature mesenchymal cells. Our observation identifies a population of cells easy to isolate and to expand for therapeutic interventions based on catheter-driven cell therapy.

Drawback of aortoplasty for aneurysm of the ascending aorta associated with aortic valve disease.

BACKGROUND: Aortoplasty has been advocated for moderate dilatation of the ascending aorta associated with aortic valve disease. We report our results with this conservative approach. METHODS: Seventeen consecutive patients with unsupported aortoplasty were reviewed. Twelve patients had aortic valve regurgitation and 5 had stenosis. The aortic wall was analyzed histologically in 14 patients. Follow-up was complete, with a mean time of 6 years (range, 2.3 to 10.5 years). RESULTS: Two patients among the 15 hospital survivors died during follow-up of causes unrelated to aortic pathology. Survival at 7 years was 86.7% (+/- 8.8%). Recurring aortic aneurysms developed in 4 patients after a mean time of 63 months, with an event-free survival at 7 years of 41% (+/- 21%). All of these 4 patients had aortic valve regurgitation and cystic medial necrosis. CONCLUSIONS: The recurrence rate of aneurysms after unsupported aortoplasty and aortic valve replacement is high in patients with aortic regurgitation. This strongly suggests that in these patients, the aortic dilatation is related to an underlying wall deficiency, associated with the aortic valve pathology, rather than to the hemodynamic stress imposed by the aortic valve disease.