Évaluation des propriétés mécaniques du tissu cardiaque par échocardiographie

Les survivants de leucémie lymphoblastique aigüe (LLA) sont à risque de développer une insuffisance cardiaque à long terme à cause de l'effet cardiotoxique intrinsèque au traitement par anthracyclines. Une dysfonction cardiaque peut apparaître plusieurs années après la fin du traitement. Les outils diagnostiques actuels détectent tardivement des changements au niveau fonctionnel du coeur. L'hypothèse à l'étude dans ce projet est que les changements au niveau cellulaire qui précèdent la dysfonction cardiaque ont une influence sur les propriétés mécaniques du tissu. Ce faisant, l'identification des propriétés mécaniques du coeur pourrait être utilisée pour suivre la progression de la maladie. Ce projet s'intègre au projet PETALE du Centre Universitaire Hospitalier Ste-Justine qui étudie les effets secondaires tardifs chez les survivants de LLA. L'objectif à long terme est de développer une méthode diagnostique non-invasive permettant de prédire des changements fonctionnels du coeur. Les objectifs spécifiques de ce projet sont 1) évaluer la santé cardiaque d'une cohorte de survivants de leucémie lymphoblastique aigüe, 2) développer une approche basée sur la méthode des champs virtuels (MCV) permettant d'identifier les propriétés mécaniques du tissu cardiaque à partir d'images échocardiographiques et 3) valider cette méthode à l'aide de modèles éléments finis. Une étude clinique a d'abord été conduite auprès de la cohorte PETALE. Une évaluation échocardiographique complète a été effectuée chez tous les patients incluant le mode M, le mode Doppler, Doppler tissulaire et le suivi des déformations par speckle-tracking. Les résultats ont été analysés en fonction du groupe de risque de comorbidités et de l'administration d'un agent cardioprotecteur (dexrazoxane). Les patients à haut risque ont reçu une dose cumulative d'anthracycline plus élevée que les patients à risque standard. Les résultats démontrent que les patients du groupe à risque élevé n'ayant pas reçu de dexrazoxane ont une fonction cardiaque diminuée par rapport aux patients à haut risque ayant reçu un cardioprotecteur et aux patients à risque standard. De plus, l'obésité et la résistance à l'insuline sont les facteurs déterminants de la santé cardiovasculaire à long terme chez cette population. Toutefois, les outils actuels sont limités et ne permettent pas d'évaluer de manière précise le risque de développer une insuffisance cardiaque dans un futur rapproché. Suivant cette analyse, une méthode d'identification de propriétés mécaniques du myocarde spécifique à l'échocardiographie est décrite. Dans cette approche, le coeur est considéré homogène, isotrope et ayant un comportement hyperélastique suivant une loi d'Ogden incompressible.

Abstract

Long-term cardiotoxicity has been described in acute lymphoblastic leukemia (ALL) survivors. These patients often suffer from a wide spectrum of cardiac abnormalities associated with anthracycline administration. Actual follow-up of these patients is not sensitive enough to detect cardiac changes before the onset of the functional incapacity. As a matter of fact, the evaluation of mechanical properties of the cardiac muscle is not part of the common diagnostic tools. We hypothesized that changes at a cellular level preceding cardiac dysfunction have an impact on the mechanical behaviour of the myocardium. Identification of mechanical properties could be used in the monitoring of patients at risk of developing heart failure. This project was part of the PETALE project at University Hospital Center Ste-Justine that aims to study long-term chronic side effects in ALL survivors. The long-term objective of this project was to develop a non-invasive and sensitive technique that makes use of myocardial mechanical parameters for the prediction of functional changes in the heart. This project specifically aimed to 1) assess the cardiac health of an ALL survivors cohort, 2) develop a framework based on the virtual fields method to identify mechanical properties of myocardium in echocardiographic images and 3) validate this method using finite element models. Therefore, a clinical study was conducted on ALL survivors from the PETALE cohort. These patients underwent a complete echocardiographic assessment, including M mode, Doppler, Tissue Doppler and Speckle-tracking echocardiography. Results were analyzed according to initial ALL risk status and cardioprotection administration (dexrazoxane). Patients treated for high risk ALL received a higher cumulative anthracycline dose than patients treated for standard risk ALL. Results showed that patients treated for high risk ALL who did not receive dexrazoxane had a decreased heart function when compared with patients who received dexrazoxane or those who had a standard risk of comorbidities. Moreover, obesity and insulin resistance are the strongest determinants of cardiovascular health in the long term for ALL survivors. However, current diagnostic tools are limited and cannot evaluate the risk of future heart failure adequately. Following this analysis, an identification method specific to echocardiography was described. In this framework, heart was considered homogeneous with an incompressible isotropic hyperelastic behaviour that fits an Ogden law. Intraventricular pressure was used as a boundary condition. Pressure was obtained from a lumped parameter model that represents the heart as three thick wall mechanically coupled (CircAdapt model).