Exploration non invasive de la fibrose myocardique par la mesure du volume extra cellulaire (VEC) myocardique.Application chez le petit animal en IRM et chez l'adulte en scanner double-énergie. - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

Myocardial extracellular volume fraction (ECV) to evaluate myocardial fibrosis. Application to experimental small animal imaging and evaluation of dual-energy CT in clinical practice

Exploration non invasive de la fibrose myocardique par la mesure du volume extra cellulaire (VEC) myocardique.Application chez le petit animal en IRM et chez l'adulte en scanner double-énergie.

Résumé

Myocardial fibrosis essentially results in an increase in the tissue concentration of collagen, at the level of the extracellular matrix. Until recently, the identification and quantification of this fibrosis could only be performed using histology. Since the last years, it has been demonstrated that using methods of quantification of myocardial T1 with MRI before and after injection of gadolinium chelate, it was possible to measure the extra cellular volume fraction (ECV) of the myocardium and that ECV was well correlated with the percentage of collagen measured at histology. Thus, the measurement of ECV has been proposed as a method for non-invasive assessment of the amount of myocardial fibrosis, and its prognostic impact begins to be studied. International guidelines concerning the injection protocols and the delays for measuring T1 after injection of gadolinium are now available.The experimental model, and in particular small animal, remains of crucial importance in the evaluation of therapeutic methods for heart disease. A non-invasive method for measuring myocardial fibrosis without sacrificing animals is indeed very promising. However, there are few publications on this subject and there are no recommendations concerning the sequences or the injection protocols in the experimental models. During the first part of this thesis, we therefore performed an experimental work to adapt myocardial T1 mapping sequences as well as a reproducible injection protocol in order to measure ECV in rats on a research MRI at 4.7 Tesla. We then performed this measurement method in a population of 30 spontaneously hypertensive rats (SHR), compared with control rats (SHAM), at the same ages. We found a significantly higher ECV in SHR rats compared to SHAM rats as soon as 24 weeks of life. It increased significantly with age in SHR rats and remained stable in SHAM rats.Although it has been demonstrated that the measurement of ECV in humans could be performed in by MRI with injection of gadolinium chelate, this technique remains difficult to access. Recently, dual energy (DE) CT has become commercially available, with the ability to quantify iodine within a voxel, and hence to generate iodine maps. Thus, the ECV could be directly measured on a single post-injection acquisition. In the second part of this thesis, we have tested this hypothesis in a population of patients with severe aortic stenosis (AS) candidates for percutaneous treatment (TAVI). In a preliminary work, we determined when to perform the post-injection measurement and which reconstruction parameters to apply. We then studied a cohort of 21 patients who underwent a CT before TAVI and a cardiac MRI. The measurement of the ECV and its standard deviation (σECV) were performed by DE-CT and compared to MRI, the reference method. The results showed a midly but significantly overestimated ECV measured by DE-CT compared to MRI. The correlation was good (per- segment analysis) to excellent (per-patient analysis) between DE-CT and MRI. In conclusion, the measurement of ECV using DE-CT was possible on a single post-contrast acquisition on iodine map, with a slight overestimation and a good to excellent correlation, compared with MRI.This thesis work, in, a first experimental part, permitted to develop a protocol for measuring myocardial ECV in small animals. In a second clinical part, we demonstrated the good correlation of ECV directly measured on iodine maps (acquired by a dual-energy CT) with cardiac MRI, in a population of patients with symptomatic AS. In both cases, this work allows future exploration of ECV prognostic and therapeutic interest.
La fibrose myocardique se traduit essentiellement par l’augmentation de la concentration tissulaire en collagène au niveau de la matrice extracellulaire. Jusqu’à récemment, l’identification et la quantification de cette fibrose ne pouvaient se faire que grâce à l’histologie. Depuis quelques années, il a été démontré qu’en utilisant des méthodes de quantification du temps de relaxation T1 myocardique en IRM, et en réalisant ces acquisitions avant et après injection de chélate de gadolinium, il était possible de mesurer la quantité de volume extra cellulaire (VEC) myocardique et que ce VEC était bien corrélé au pourcentage de collagène mesuré en histologie. Ainsi, la mesure du VEC a été proposée comme méthode d’évaluation non invasive de la quantité de fibrose myocardique, et son impact pronostique commence à être étudié. Il existe maintenant des recommandations internationales concernant la réalisation des IRM, notamment sur les protocoles d’injection et les délais de mesure du T1 après injection de gadolinium.Le modèle expérimental et notamment celui du petit animal reste d’une importance cruciale dans l’évaluation des méthodes thérapeutiques des cardiopathies. Une méthode non invasive de mesure de la fibrose myocardique sans euthanasie des animaux est donc très prometteuse. Cependant, il existe peu de publications sur cette thématique et il n’existe aucune recommandation concernant les séquences ou les protocoles d’injection dans les modèles expérimentaux. Durant la première partie de cette thèse, nous avons donc réalisé un travail expérimental permettant de mettre au point chez le rat sur une IRM de recherche à 4,7 Tesla, des séquences de mesure du T1 myocardique ainsi qu’un protocole d’injection reproductible afin de mesurer ce VEC myocardique. Nous avons ensuite pu tester cette méthode de mesure dans une population de 30 rats spontanément hypertendus (SHR) avec une comparaison avec des rats témoins (SHAM), aux mêmes âges. Nous avons retrouvé un VEC significativement supérieur chez les rats SHR par rapport aux rats SHAM dès 24 semaines de vie. Il augmentait significativement avec l’âge chez les rats SHR et restait stable chez les rats SHAM.S’il a été démontré que la mesure du VEC chez l’homme pouvait être réalisée par IRM avec injection de gadolinium, cette technique reste néanmoins peu accessible. Depuis quelques années, le scanner double énergie (DE) est disponible, permettant de mesurer la quantité d’iode dans un voxel, et ainsi de générer des cartographies d’iode, permettant théoriquement de mesurer le VEC sur une seule acquisition en post injection. Nous avons, dans la seconde partie de cette thèse, testé cette hypothèse dans une population de patients avec un rétrécissement aortique (RA) serré candidats à un traitement percutané (TAVI). Dans un travail préliminaire, nous avons déterminé à quelle moment réaliser la mesure en post injection et quels paramètres de reconstruction appliquer. Nous avons ensuite étudié une cohorte de 21 patients ayant bénéficié d’un scanner avant TAVI et d’une IRM cardiaque distants de moins de trois semaines. La mesure du VEC et sa déviation standard (σVEC) ont été réalisées par scanner DE et comparées à la méthode de référence, l’IRM. Les résultats ont montré un VEC discrètement mais significativement surestimé en scanner DE par rapport à l’IRM avec une corrélation bonne (analyse par segment) ou excellente (analyse par patient). En conclusion, la mesure du VEC en scanner DE était possible sur une simple acquisition post injection de produit de contraste iodé, avec une discrète surestimation et une bonne voire une excellente corrélation avec l’IRM.Ce travail de thèse a donc permis de mettre au point un protocole de mesure du VEC myocardique chez le petit animal en IRM et par scanner double-énergie chez l’homme. Ces travaux permettent une exploration future de l’intérêt pronostique et thérapeutique du VEC
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04033765 , version 1 (17-03-2023)

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  • HAL Id : tel-04033765 , version 1

Citer

Benjamin Dubourg. Exploration non invasive de la fibrose myocardique par la mesure du volume extra cellulaire (VEC) myocardique.Application chez le petit animal en IRM et chez l'adulte en scanner double-énergie.. Médecine humaine et pathologie. Normandie Université, 2022. Français. ⟨NNT : 2022NORMR055⟩. ⟨tel-04033765⟩
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