Cardiovascular magnetic resonance imaging techniques for motion-suppressed multi-dimensional coronary artery imaging with high spatial and temporal resolution

L'imagerie par résonance magnétique (IRM) peut fournir aux cardiologues des informations diagnostiques importantes sur l'état de la maladie de l'artère coronarienne dans les patients. Le défi majeur pour l'IRM cardiaque est de gérer toutes les sources de mouvement qui peuvent affecter la qualité des images en réduisant l'information diagnostique. Cette thèse a donc comme but de développer des nouvelles techniques d'acquisitions des images IRM, en changeant les techniques de compensation du mouvement, pour en augmenter l'efficacité, la flexibilité, la robustesse et pour obtenir plus d'information sur le tissu et plus d'information temporelle. Les techniques proposées favorisent donc l'avancement de l'imagerie des coronaires dans une direction plus maniable et multi-usage qui peut facilement être transférée dans l'environnement clinique. La première partie de la thèse s'est concentrée sur l'étude du mouvement des artères coronariennes sur des patients en utilisant la techniques d'imagerie standard (rayons x), pour mesurer la précision avec laquelle les artères coronariennes retournent dans la même position battement après battement (repositionnement des coronaires). Nous avons découvert qu'il y a des intervalles dans le cycle cardiaque, tôt dans la systole et à moitié de la diastole, où le repositionnement des coronaires est au minimum. En réponse nous avons développé une nouvelle séquence d'acquisition (T2-post) capable d'acquérir les données aussi tôt dans la systole. Cette séquence a été testée sur des volontaires sains et on a pu constater que la qualité de visualisation des artère coronariennes est égale à celle obtenue avec les techniques standard. De plus, le rapport signal sur bruit fourni par la séquence d'acquisition proposée est supérieur à celui obtenu avec les techniques d'imagerie standard. La deuxième partie de la thèse a exploré un paradigme d'acquisition des images cardiaques complètement nouveau pour l'imagerie du coeur entier. La technique proposée dans ce travail acquiert les données sans arrêt (free-running) au lieu d'être synchronisée avec le mouvement cardiaque. De cette façon, l'efficacité de la séquence d'acquisition est augmentée de manière significative et les images produites représentent le coeur entier dans toutes les phases cardiaques (quatre dimensions, 4D). Par ailleurs, l'auto-navigation de la respiration permet d'effectuer cette acquisition en respiration libre. Cette technologie rend possible de visualiser et évaluer l'anatomie du coeur et de ses vaisseaux ainsi que la fonction cardiaque en quatre dimensions et avec une très haute résolution spatiale et temporelle, sans la nécessité d'injecter un moyen de contraste. Le pas essentiel qui a permis le développement de cette technique est l'utilisation d'une trajectoire d'acquisition radiale 3D basée sur l'angle d'or. Avec cette trajectoire, il est possible d'acquérir continûment les données d'espace k, puis de réordonner les données et choisir les paramètres temporel des images 4D a posteriori. L'acquisition 4D a été aussi couplée avec un algorithme de reconstructions itératif (compressed sensing) qui permet d'augmenter la résolution temporelle tout en augmentant la qualité des images. Grâce aux images 4D, il est possible maintenant de visualiser les artères coronariennes entières dans chaque phase du cycle cardiaque et, avec les mêmes données, de visualiser et mesurer la fonction cardiaque. La qualité des artères coronariennes dans les images 4D est la même que dans les images obtenues avec une acquisition 3D standard, acquise en diastole Par ailleurs, les valeurs de fonction cardiaque mesurées au moyen des images 4D concorde avec les valeurs obtenues avec les images 2D standard. Finalement, dans la dernière partie de la thèse une technique d'acquisition a temps d'écho ultra-court (UTE) a été développée pour la visualisation in vivo des calcifications des artères coronariennes. Des études récentes ont démontré que les acquisitions UTE permettent de visualiser les calcifications dans des plaques athérosclérotiques ex vivo. Cepandent le mouvement du coeur a entravé jusqu'à maintenant l'utilisation des techniques UTE in vivo. Pour résoudre ce problème nous avons développé une séquence d'acquisition UTE avec trajectoire radiale 3D et l'avons testée sur des volontaires. La technique proposée utilise une auto-navigation 3D pour corriger le mouvement respiratoire et est synchronisée avec l'ECG. Trois échos sont acquis pour extraire le signal de la calcification avec des composants au T2 très court tout en permettant de séparer le signal de la graisse depuis le signal de l'eau. Les résultats sont encore préliminaires mais on peut affirmer que la technique développé peut potentiellement montrer les calcifications des artères coronariennes in vivo. En conclusion, ce travail de thèse présente trois nouvelles techniques pour l'IRM du coeur entier capables d'améliorer la visualisation et la caractérisation de la maladie athérosclérotique des coronaires. Ces techniques fournissent des informations anatomiques et fonctionnelles en quatre dimensions et des informations sur la composition du tissu auparavant indisponibles. CORONARY artery magnetic resonance imaging (MRI) has the potential to provide the cardiologist with relevant diagnostic information relative to coronary artery disease of patients. The major challenge of cardiac MRI, though, is dealing with all sources of motions that can corrupt the images affecting the diagnostic information provided. The current thesis, thus, focused on the development of new MRI techniques that change the standard approach to cardiac motion compensation in order to increase the efficiency of cardioavscular MRI, to provide more flexibility and robustness, new temporal information and new tissue information. The proposed approaches help in advancing coronary magnetic resonance angiography (MRA) in the direction of an easy-to-use and multipurpose tool that can be translated to the clinical environment. The first part of the thesis focused on the study of coronary artery motion through gold standard imaging techniques (x-ray angiography) in patients, in order to measure the precision with which the coronary arteries assume the same position beat after beat (coronary artery repositioning). We learned that intervals with minimal coronary artery repositioning occur in peak systole and in mid diastole and we responded with a new pulse sequence (T2~post) that is able to provide peak-systolic imaging. Such a sequence was tested in healthy volunteers and, from the image quality comparison, we learned that the proposed approach provides coronary artery visualization and contrast-to-noise ratio (CNR) comparable with the standard acquisition approach, but with increased signal-to-noise ratio (SNR). The second part of the thesis explored a completely new paradigm for whole- heart cardiovascular MRI. The proposed techniques acquires the data continuously (free-running), instead of being triggered, thus increasing the efficiency of the acquisition and providing four dimensional images of the whole heart, while respiratory self navigation allows for the scan to be performed in free breathing. This enabling technology allows for anatomical and functional evaluation in four dimensions, with high spatial and temporal resolution and without the need for contrast agent injection. The enabling step is the use of a golden-angle based 3D radial trajectory, which allows for a continuous sampling of the k-space and a retrospective selection of the timing parameters of the reconstructed dataset. The free-running 4D acquisition was then combined with a compressed sensing reconstruction algorithm that further increases the temporal resolution of the 4D dataset, while at the same time increasing the overall image quality by removing undersampling artifacts. The obtained 4D images provide visualization of the whole coronary artery tree in each phases of the cardiac cycle and, at the same time, allow for the assessment of the cardiac function with a single free- breathing scan. The quality of the coronary arteries provided by the frames of the free-running 4D acquisition is in line with the one obtained with the standard ECG-triggered one, and the cardiac function evaluation matched the one measured with gold-standard stack of 2D cine approaches. Finally, the last part of the thesis focused on the development of ultrashort echo time (UTE) acquisition scheme for in vivo detection of calcification in the coronary arteries. Recent studies showed that UTE imaging allows for the coronary artery plaque calcification ex vivo, since it is able to detect the short T2 components of the calcification. The heart motion, though, prevented this technique from being applied in vivo. An ECG-triggered self-navigated 3D radial triple- echo UTE acquisition has then been developed and tested in healthy volunteers. The proposed sequence combines a 3D self-navigation approach with a 3D radial UTE acquisition enabling data collection during free breathing. Three echoes are simultaneously acquired to extract the short T2 components of the calcification while a water and fat separation technique allows for proper visualization of the coronary arteries. Even though the results are still preliminary, the proposed sequence showed great potential for the in vivo visualization of coronary artery calcification. In conclusion, the thesis presents three novel MRI approaches aimed at improved characterization and assessment of atherosclerotic coronary artery disease. These approaches provide new anatomical and functional information in four dimensions, and support tissue characterization for coronary artery plaques.

Artériopathies non athéromateuses des membres inférieurs [Non atherosclerotic arterial disease of lower limbs].

Les artériopathies non athéromateuses doivent être considérées dans le diagnostic différentiel de l'atteinte obstructive des membres inférieurs, surtout lors d'absence de facteurs de risque cardiovasculaires classiques. La prise en charge, médicamenteuse et/ou de revascularisation, est propre à la pathologie diagnostiquée. Non atherogenic peripheral arterial diseases must be taken into consideration whenever lower limb obstructive peripheral disease is diagnosed. This is particularly important in absence of classical cardiovascular risk factors. Management and treatment of these non atherogenic arterial disease are dependant on their causes.

Improving coronary artery bypass graft durability: use of the external saphenous vein graft support.

Coronary bypass grafting remains the best option for patients suffering from multivessel coronary artery disease, and the saphenous vein is used as an additional conduit for multiple complete revascularizations. However, the long-term vein graft durability is poor, with almost 75% of occluded grafts after 10 years. To improve the durability, the concept of an external supportive structure was successfully developed during the last years: the eSVS Mesh device (Kips Bay Medical) is an external support for vein graft made of weft-knitted nitinol wire into a tubular form with an approximate length of 24 cm and available in three diameters (3.5, 4.0 and 4.5 mm). The device is placed over the outer wall of the vein and carefully deployed to cover the full length of the graft. The mesh is flexible for full adaptability to the heart anatomy and is intended to prevent kinking and dilatation of the vein in addition to suppressing the intima hyperplasia induced by the systemic blood pressure. The device is designed to reduce the vein diameter of about 15-20% at most to prevent the vein radial expansion induced by the arterial blood pressure, and the intima hyperplasia leading to the graft failure. We describe the surgical technique for preparing the vein graft with the external saphenous vein graft support (eSVS Mesh) and we share our preliminary clinical results.

Myocardial perfusion scintigraphy in the detection of silent ischemia in asymptomatic diabetic patients

OBJECTIVE: This study was aimed to evaluate myocardial perfusion in asymptomatic patients with type 1 (DM1) and type 2 diabetes mellitus (DM2) without previous diagnoses of coronary artery disease (CAD) or cerebral infarction. MATERIALS AND METHODS: Fifty-nine consecutive asymptomatic patients (16 DM1, 43 DM2) underwent myocardial perfusion scintigraphy with 99mTc-sestamibi (MPS). They were evaluated for body mass index, metabolic control of DM, type of therapy, systemic arterial hypertension, dyslipidemia, nephropathy, retinopathy, peripheral neuropathy, smoking, and familial history of CAD. RESULTS: MPS was abnormal in 15 patients (25.4%): 12 (20.3%) with perfusion abnormalities, and 3 with isolated left ventricular dysfunction. The strongest predictors for abnormal myocardial perfusion were: age 60 years and above (p = 0.017; odds ratio [OR] = 6.0), peripheral neuropathy (p = 0.028; OR = 6.1), nephropathy (p = 0.031; OR = 5.6), and stress ECG positive for ischemia (p = 0.049; OR = 4.08). CONCLUSION: Silent myocardial ischemia occurs in more than one in five asymptomatic diabetic patients. The strongest predictors of ischemia in this study were: patient age, peripheral neuropathy, nephropathy, retinopathy and a stress ECG positive for ischemia.

Wine, alcohol, polyphenols and cardiovascular disease

Abstract. Excessive alcohol consumption is associated with increased morbidity and mortality as well as with labour and traffic accidents. However, current evidence suggests beneficial effects of moderate drinking on cardiovascular events including coronary heart disease, ischaemic stroke, peripheral arterial disease and congestive heart failure. The underlying mechanisms to explain these protective effects against coronary heart disease include an increase in high-density lipoprotein cholesterol and an increase in insulin sensitivity, and a decrease in platelet aggregation and circulating concentrations of fibrinogen. However, there are discrepancies regarding the specific effects of different types of beverages on the cardiovascular system, and also whether the possible protective effects of alcoholic beverages are due to their alcohol component (ethanol) or non-alcoholic products containing, mainly polyphenols. Recent randomised clinical trials have shown that wine, a polyphenol-rich alcoholic beverage, provides higher antioxidant and anti-inflammatory effects than some spirits such as gin, a polyphenol-free alcoholic beverage. In addition, dealcoholized red wine decreases blood pressure through a nitric oxide mediated mechanism, suggesting a protective effect of polyphenols on vascular function. Other studies performed in women have observed that daily doses of 1520 g of alcohol as red wine are sufficient to elicit protective effects similar to those observed in men who consumed higher doses of wine. In conclusion, moderate consumption of wine exerts a protective effect on biomarkers related to the progression and development of atherosclerosis due to its alcoholic (ethanol) and non-alcoholic (polyphenols) content. Women are more sensitive to the beneficial effects of wine.

Expression of inducible nitric oxide synthase is increased in patients with heart failure due to ischemic disease

The objective of the present study was to determine the relationship between nitric oxide synthases (NOS) and heart failure in cardiac tissue from patients with and without cardiac decompensation. Right atrial tissue was excised from patients with coronary artery disease (CAD) and left ventricular ejection fraction (LVEF) <35% (N = 10), and from patients with CAD and LVEF >60% (N = 10) during cardiac surgery. NOS activity was measured by the conversion of L-[H³]-arginine to L-[H³]-citrulline. Gene expression was quantified by the competitive reverse transcription-polymerase chain reaction. Both endothelial NOS (eNOS) activity and expression were significantly reduced in failing hearts compared to non-failing hearts: 0.36 ± 0.18 vs 1.51 ± 0.31 pmol mg-1 min-1 (P < 0.0001) and 0.37 ± 0.08 vs 0.78 ± 0.09 relative cDNA absorbance at 320 nm (P < 0.0001), respectively. In contrast, inducible NOS (iNOS) activity and expression were significantly higher in failing hearts than in non-failing hearts: 4.00 ± 0.90 vs 1.54 ± 0.65 pmol mg-1 min-1 (P < 0.0001) and 2.19 ± 0.27 vs 1.43 ± 0.13 cDNA absorbance at 320 nm (P < 0.0001), respectively. We conclude that heart failure down-regulates both eNOS activity and expression in cardiac tissue from patients with LVEF <35%. In contrast, iNOS activity and expression are increased in failing hearts and may represent an alternative mechanism for nitric oxide production in heart failure due to ischemic disease.

Coronary artery calcification is associated with insulin resistance index in patients with type 1 diabetes

The objective of the present study was to evaluate the risk factors associated with the presence of coronary artery calcification (CAC) in patients with type 1 diabetes (T1D). A cross-sectional study was conducted on 100 consecutive T1D patients without coronary artery disease, with at least 5 years of diabetes and absence of end-stage renal disease. Mean age was 38 ± 10 years and 57% were males. CAC score was measured by multidetector computed tomography (Siemens Sensation 64 Cardiac). The insulin resistance index was measured using the estimated glucose disposal rate (eGDR). The eGDR was lower among CAC-positive patients than among CAC-negative patients, suggesting an increased insulin resistance. In a logistic regression model adjusted for age (at 10-year intervals), eGDR, diabetic nephropathy and gender, CAC was associated with age [OR = 2.73 (95%CI = 1.53-4.86), P = 0.001] and with eGDR [OR = 0.08 (95%CI = 0.02-0.21), P = 0.004]. In T1D subjects, insulin resistance is one of the most important risk factors for subclinical atherosclerosis.

Adherence to drug therapy in kidney disease

Non-adherence to drug therapy has not been extensively studied in patients with chronic kidney disease (CKD). The objective of the present study was to identify determinants of non-adherence to drug therapy in patients with CKD, not on dialysis. A prospective cohort study involving 149 patients was conducted over a period of 12 months. Adherence to drug therapy was evaluated by the self-report method at baseline and at 12 months. Patients who knew the type of drug(s) and the respective number of prescribed pills in use at the visit preceding the interview were considered to be adherent. Patients with cognitive decline were assessed by interviewing their caregivers. Mean patient age was 51 ± 16.7 years. Male patients predominated (60.4%). Univariate analysis performed at baseline showed that non-adherence was associated with older age, more pills taken per day, worse renal function, presence of coronary artery disease, and reliance on caregivers for the administration of their medications. In multivariate analysis, the factors that were significantly associated with non-adherence were daily use of more than 5 pills and drug administration by a caregiver. Longitudinal evaluation showed an increase in non-adherence over time. Medication non-adherence was lower (17.4%) at the baseline period of the study than after 1 year of the study (26.8%). Compared to the baseline period, the percentage of adherent patients who became non-adherent (22%) was lower than the percentage of non-adherent patients who became adherent (50%). In CKD patients not on dialysis, non-adherence was significantly associated with the number of pills taken per day and drug administration by third parties. Adherence is more frequent than non-adherence over time.

Régulation de l'activité transcriptionnelle de PPARgamma via l'activation des récepteurs CD36 et GHS-R1a : potentiel anti-athérosclérotique

Les sécrétines peptidiques de l’hormone de croissance (GHRPs) constituent une classe de peptides synthétiques capables de stimuler la sécrétion de l’hormone de croissance (GH). Cette activité est médiée par leur liaison à un récepteur couplé aux protéines G : le récepteur des sécrétines de l’hormone de croissance (GHS-R1a), identifié subséquemment comme le récepteur de la ghréline. La ghréline est un peptide de 28 acides aminés sécrété principalement par les cellules de la muqueuse de l’estomac, qui exerce de nombreux effets périphériques indépendamment de la sécrétion de l’hormone de croissance. Les effets indépendants de la sécrétion de GH incluent, entre autres, des actions sur le contrôle de la prise de nourriture, le métabolisme énergétique, la fonction cardiaque, le système immunitaire et la prolifération cellulaire. L’étude de la distribution périphérique des sites de liaison des GHRPs nous a permis d’identifier un second site, le CD36, un récepteur scavenger exprimé dans plusieurs tissus dont le myocarde, l’endothélium de la microvasculature et les monocytes/macrophages. Le CD36 exprimé à la surface du macrophage joue un rôle clé dans l’initiation du développement de l’athérosclérose par la liaison et l’internalisation des lipoprotéines de faible densité oxydées (LDLox) dans l’espace sous-endothélial de l’artère. L’hexaréline, un analogue GHRP, a été développé comme agent thérapeutique pour stimuler la sécrétion de l’hormone de croissance par l’hypophyse. Sa propriété de liaison aux récepteurs GHS-R1a et CD36 situés en périphérie et particulièrement sa capacité d’interférer avec la liaison des LDLox par le CD36 nous ont incité à évaluer la capacité de l’hexaréline à moduler le métabolisme lipidique du macrophage. L’objectif principal de ce projet a été de déterminer les effets de l’activation des récepteurs CD36 et GHS-R1a, par l’hexaréline et la ghréline, le ligand endogène du GHS-R1a, sur la physiologie du macrophage et de déterminer son potentiel anti-athérosclérotique. Les résultats montrent premièrement que l’hexaréline et la ghréline augmentent l’expression des transporteurs ABCA1 et ABCG1, impliqués dans le transport inverse du cholestérol, via un mécanisme contrôlé par le récepteur nucléaire PPARγ. La régulation de l’activité transcriptionnelle de PPARγ par l’activation des récepteurs CD36 et GHS-R1a se fait indépendamment de la présence du domaine de liaison du ligand (LBD) de PPARγ et est conséquente de changements dans l’état de phosphorylation de PPARγ. Une étude plus approfondie de la signalisation résultant de la liaison de la ghréline sur le GHS-R1a révèle que PPARγ est activé par un mécanisme de concertation entre les voies de signalisation Gαq/PI3-K/Akt et Fyn/Dok-1/ERK au niveau du macrophage. Le rôle de PPARγ dans la régulation du métabolisme lipidique par l’hexaréline a été démontré par l’utilisation de macrophages de souris hétérozygotes pour le gène de Ppar gamma, qui présentent une forte diminution de l’activation des gènes de la cascade métabolique PPARγ-LXRα-transporteurs ABC en réponse à l’hexaréline. L’injection quotidienne d’hexaréline à un modèle de souris prédisposées au développement de l’athérosclérose, les souris déficientes en apoE sous une diète riche en cholestérol et en lipides, se traduit également en une diminution significative de la présence de lésions athérosclérotiques correspondant à une augmentation de l’expression des gènes cibles de PPARγ et LXRα dans les macrophages péritonéaux provenant des animaux traités à l’hexaréline. L’ensemble des résultats obtenus dans cette thèse identifie certains nouveaux mécanismes impliqués dans la régulation de PPARγ et du métabolisme du cholestérol dans le macrophage via les récepteurs CD36 et GHS-R1a. Ils pourraient servir de cibles thérapeutiques dans une perspective de traitement des maladies cardiovasculaires.

Suivi des vaisseaux sanguins en temps réel à partir d’images ultrasonores mode-B et reconstruction 3D : application à la caractérisation des sténoses artérielles

La maladie des artères périphériques (MAP) se manifeste par une réduction (sténose) de la lumière de l’artère des membres inférieurs. Elle est causée par l’athérosclérose, une accumulation de cellules spumeuses, de graisse, de calcium et de débris cellulaires dans la paroi artérielle, généralement dans les bifurcations et les ramifications. Par ailleurs, la MAP peut être causée par d`autres facteurs associés comme l’inflammation, une malformation anatomique et dans de rares cas, au niveau des artères iliaques et fémorales, par la dysplasie fibromusculaire. L’imagerie ultrasonore est le premier moyen de diagnostic de la MAP. La littérature clinique rapporte qu’au niveau de l’artère fémorale, l’écho-Doppler montre une sensibilité de 80 à 98 % et une spécificité de 89 à 99 % à détecter une sténose supérieure à 50 %. Cependant, l’écho-Doppler ne permet pas une cartographie de l’ensemble des artères des membres inférieurs. D’autre part, la reconstruction 3D à partir des images échographiques 2D des artères atteintes de la MAP est fortement opérateur dépendant à cause de la grande variabilité des mesures pendant l’examen par les cliniciens. Pour planifier une intervention chirurgicale, les cliniciens utilisent la tomodensitométrie (CTA), l’angiographie par résonance magnétique (MRA) et l’angiographie par soustraction numérique (DSA). Il est vrai que ces modalités sont très performantes. La CTA montre une grande précision dans la détection et l’évaluation des sténoses supérieures à 50 % avec une sensibilité de 92 à 97 % et une spécificité entre 93 et 97 %. Par contre, elle est ionisante (rayon x) et invasive à cause du produit de contraste, qui peut causer des néphropathies. La MRA avec injection de contraste (CE MRA) est maintenant la plus utilisée. Elle offre une sensibilité de 92 à 99.5 % et une spécificité entre 64 et 99 %. Cependant, elle sous-estime les sténoses et peut aussi causer une néphropathie dans de rares cas. De plus les patients avec stents, implants métalliques ou bien claustrophobes sont exclus de ce type d`examen. La DSA est très performante mais s`avère invasive et ionisante. Aujourd’hui, l’imagerie ultrasonore (3D US) s’est généralisée surtout en obstétrique et échocardiographie. En angiographie il est possible de calculer le volume de la plaque grâce à l’imagerie ultrasonore 3D, ce qui permet un suivi de l’évolution de la plaque athéromateuse au niveau des vaisseaux. L’imagerie intravasculaire ultrasonore (IVUS) est une technique qui mesure ce volume. Cependant, elle est invasive, dispendieuse et risquée. Des études in vivo ont montré qu’avec l’imagerie 3D-US on est capable de quantifier la plaque au niveau de la carotide et de caractériser la géométrie 3D de l'anastomose dans les artères périphériques. Par contre, ces systèmes ne fonctionnent que sur de courtes distances. Par conséquent, ils ne sont pas adaptés pour l’examen de l’artère fémorale, à cause de sa longueur et de sa forme tortueuse. L’intérêt pour la robotique médicale date des années 70. Depuis, plusieurs robots médicaux ont été proposés pour la chirurgie, la thérapie et le diagnostic. Dans le cas du diagnostic artériel, seuls deux prototypes sont proposés, mais non commercialisés. Hippocrate est le premier robot de type maitre/esclave conçu pour des examens des petits segments d’artères (carotide). Il est composé d’un bras à 6 degrés de liberté (ddl) suspendu au-dessus du patient sur un socle rigide. À partir de ce prototype, un contrôleur automatisant les déplacements du robot par rétroaction des images échographiques a été conçu et testé sur des fantômes. Le deuxième est le robot de la Colombie Britannique conçu pour les examens à distance de la carotide. Le mouvement de la sonde est asservi par rétroaction des images US. Les travaux publiés avec les deux robots se limitent à la carotide. Afin d’examiner un long segment d’artère, un système robotique US a été conçu dans notre laboratoire. Le système possède deux modes de fonctionnement, le mode teach/replay (voir annexe 3) et le mode commande libre par l’utilisateur. Dans ce dernier mode, l’utilisateur peut implémenter des programmes personnalisés comme ceux utilisés dans ce projet afin de contrôler les mouvements du robot. Le but de ce projet est de démontrer les performances de ce système robotique dans des conditions proches au contexte clinique avec le mode commande libre par l’utilisateur. Deux objectifs étaient visés: (1) évaluer in vitro le suivi automatique et la reconstruction 3D en temps réel d’une artère en utilisant trois fantômes ayant des géométries réalistes. (2) évaluer in vivo la capacité de ce système d'imagerie robotique pour la cartographie 3D en temps réel d'une artère fémorale normale. Pour le premier objectif, la reconstruction 3D US a été comparée avec les fichiers CAD (computer-aided-design) des fantômes. De plus, pour le troisième fantôme, la reconstruction 3D US a été comparée avec sa reconstruction CTA, considéré comme examen de référence pour évaluer la MAP. Cinq chapitres composent ce mémoire. Dans le premier chapitre, la MAP sera expliquée, puis dans les deuxième et troisième chapitres, l’imagerie 3D ultrasonore et la robotique médicale seront développées. Le quatrième chapitre sera consacré à la présentation d’un article intitulé " A robotic ultrasound scanner for automatic vessel tracking and three-dimensional reconstruction of B-mode images" qui résume les résultats obtenus dans ce projet de maîtrise. Une discussion générale conclura ce mémoire. L’article intitulé " A 3D ultrasound imaging robotic system to detect and quantify lower limb arterial stenoses: in vivo feasibility " de Marie-Ange Janvier et al dans l’annexe 3, permettra également au lecteur de mieux comprendre notre système robotisé. Ma contribution dans cet article était l’acquisition des images mode B, la reconstruction 3D et l’analyse des résultats pour le patient sain.

Comparación de la severidad y extensión de la enfermedad coronaria multivaso por Syntax Score en una poblaciòn de las Antillas Holandesas vs controles nacionales

En la Enfermedad Coronaria (EC) existen factores genéticos, socioculturales, medioambientales y raciales adicionales a los factores de riesgo cardiovascular mayores que podrían influir en su presentación. Se desconoce el impacto de la raza en la severidad de la enfermedad coronaria en los pacientes extranjeros que son enviados a nuestro Servicio. Objetivos: Comparar la severidad de la EC multivaso en una población de pacientes de las Antillas y Nacionales, pareados por la escala Framingham. Metodología: Realizamos un estudio de corte transversal, comparando pacientes colombianos contra pacientes provenientes de las Antillas holandesas con similares factores de riesgo según escala de Framingham, catalogándolos por grupos de riesgo bajo, intermedio, alto y muy alto. Todos con EC severa multivaso documentada por angiografía coronaria desde enero del 2009 hasta Junio de 2011. Se excluyeron pacientes con antecedentes de intervención percutánea o quirúrgica previa. Resultados: Ingresaron 115 pacientes internacionales y 115 pacientes nacionales. La relación hombres/mujeres 3:1. La proporción de grupos de riesgo fue de bajo riesgo 2.5%, intermedio 15%, alto 19.3%, y muy alto 63.4%. El Syntax Score en pacientes nacionales fue 14.3+/-7.4 y en internacionales 22.2+/-10.5 p: 0.002. Conclusiones: En pacientes provenientes de las Antillas Holandesas, valorados en nuestra institución, se observó una mayor severidad de la enfermedad coronaria comparada con una población nacional con factores de riesgo similares. Estos hallazgos sugieren la influencia de la raza y factores genéticos en la severidad y extensión de la EC

Reprogramming the cell cycle machinery to treat cardiovascular disease

Coronary artery disease is one of the most common heart pathologies. Restriction of blood flow to the heart by atherosclerotic lesions, leading to angina pectoris and myocardial infarction, damages the heart, resulting in impaired cardiac function. Damaged myocardium is replaced by scar tissue since surviving cardiomyocytes are unable to proliferate to replace lost heart tissue. Although narrowing of the coronary arteries can be treated successfully using coronary revascularisation procedures, re-occlusion of the treated vessels remains a significant clinical problem. Cell cycle control mechanisms are key in both the impaired cardiac repair by surviving cardiomyocytes and re-narrowing of treated vessels by maladaptive proliferation of vascular smooth muscle cells. Strategies targeting the cell cycle machinery in the heart and vasculature offer promise both for the improvement of cardiac repair following MI and the prevention of restenosis and bypass graft failure following revascularisation procedures.

Human red blood cells at work: identification and visualization of erythrocytic eNOS activity in health and disease

A nitric oxide synthase (NOS)-like activity has been demonstrated in human red blood cells (RBCs), but doubts about its functional significance, isoform identity and disease relevance remain. Using flow cytometry in combination with the NO-imaging probe DAF-FM we find that all blood cells form NO intracellularly, with a rank order of monocytes > neutrophils > lymphocytes > RBCs > platelets. The observation of a NO-related fluorescence within RBCs was unexpected given the abundance of the NO-scavenger oxyhemoglobin. Constitutive normoxic NO formation was abolished by NOS inhibition and intracellular NO scavenging, confirmed by laser-scanning microscopy and unequivocally validated by detection of the DAF-FM reaction product with NO using HPLC and LC-MS/MS. Employing immunoprecipitation, ESI-MS/MS-based peptide sequencing and enzymatic assay we further demonstrate that human RBCs contain an endothelial NOS (eNOS) that converts L-3H-Arginine to L-3H-Citrulline in a Ca2+/Calmodulin-dependent fashion. Moreover, in patients with coronary artery disease, red cell eNOS expression and activity are both lower than in age-matched healthy individuals and correlate with the degree of endothelial dysfunction. Thus, human RBCs constitutively produce NO under normoxic conditions via an active eNOS isoform the activity of which is compromised in patients with coronary artery disease.

TUMOR NECROSIS FACTOR IS NOT ASSOCIATED WITH INTESTINAL ISCHEMIA/REPERFUSION-INDUCED LUNG INFLAMMATION

Intestinal ischemia-reperfusion (I/R) injury may cause acute systemic and lung inflammation. Here, we revisited the role of TNF-alpha in an intestinal I/R model in mice, showing that this cytokine is not required for the local and remote inflammatory response upon intestinal I/R injury using neutralizing TNF-alpha antibodies and TNF ligand-deficient mice. We demonstrate increased neutrophil recruitment in the lung as assessed by myeloperoxidase activity and augmented IL-6, granulocyte colony-stimulating factor, and KC levels, whereas TNF-alpha levels in serum were not increased and only minimally elevated in intestine and lung upon intestinal I/R injury. Importantly, TNF-alpha antibody neutralization neither diminished neutrophil recruitment nor any of the cytokines and chemokines evaluated. In addition, the inflammatory response was not abrogated in TNF and TNF receptors 1 and 2-deficient mice. However, in view of the damage on the intestinal barrier upon intestinal I/R with systemic bacterial translocation, we asked whether Toll-like receptor (TLR) activation is driving the inflammatory response. In fact, the inflammatory lung response is dramatically reduced in TLR2/4-deficient mice, confirming an important role of TLR receptor signaling causing the inflammatory lung response. In conclusion, endogenous TNF-alpha is not or minimally elevated and plays no role as a mediator for the inflammatory response upon ischemic tissue injury. By contrast, TLR2/4 signaling induces an orchestrated cytokine/chemokine response leading to local and remote pulmonary inflammation, and therefore disruption of TLR signaling may represent an alternative therapeutic target.

NITRIC OXIDE MEDIATES LUNG VASCULAR PERMEABILITY AND LYMPH-BORNE IL-6 AFTER AN INTESTINAL ISCHEMIC INSULT

Acute lung injury following intestinal I/R depends on neutrophil-endothelial cell interactions and on cytokines drained from the gut through the lymph. Among the mediators generated during I/R, increased serum levels of IL-6 and NO are also found and might be involved in acute lung injury. Once intestinal ischemia itself may be a factor of tissue injury, in this study, we investigated the presence of IL-6 in lymph after intestinal ischemia and its effects on human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) detachment. The involvement of NO on the increase of lung and intestinal microvascular permeability and the lymph effects on HUVEC detachment were also studied. Upon anesthesia, male Wistar rats were subjected to occlusion of the superior mesenteric artery during 45 min, followed by 2-h intestinal reperfusion. Rats were treated with the nonselective NO synthase (NOS) inhibitor L-NAME (N(omega)-nitro-L-arginine methyl ester) or with the selective inhibitor of iNOS aminoguanidine 1 h before superior mesenteric artery occlusion. Whereas treatment with L-NAME during ischemia increased both IL-6 levels in lymph and lung microvascular permeability, aminoguanidine restored the augmented intestinal plasma extravasation due to ischemia and did not induce IL-6 in lymph. On the other hand, IL-6 and lymph of intestinal I/R detached the HUVECs, whereas lymph of ischemic rats upon L-NAME treatment when incubated with anti-IL-6 prevented HUVEC detachment. It is shown that the intestinal ischemia itself is sufficient to increase intestinal microvascular permeability with involvement of iNOS activation. Intestinal ischemia and absence of constitutive NOS activity leading to additional intestinal stress both cause release of IL-6 and increase of lung microvascular permeability. Because anti-IL-6 prevented the endothelial cell injury caused by lymph at the ischemia period, the lymph-borne IL-6 might be involved with endothelial cell activation. At the reperfusion period, this cytokine does not seem to be modulated by NO.