Comportement mécanique du tissu cardiaque par flux optique et méthode des champs virtuels

Les maladies cardiovasculaires (CVD) sont connues pour être l'une des principales causes de mortalité non accidentelles, en particulier dans les pays développés. La détection précoce de ces maladies est donc indispensable pour réduire le taux de mortalité qu'elles engendrent. Pour traiter la leucémie de nos jours, la chimiothérapie à la Doxorubicine est largement utilisée. Toutefois, ce traitement engendre une cardiotoxicité qui affecte la morphologie et la fonction du myocarde. La dose de Doxorubicine cumulée dicte le degré de ces changements anatomiques et fonctionnels. Actuellement, très peu de techniques sont disponibles pour détecter de telles cardiotoxicités. Les oncologues utilisent des paramètres, comme le LVEF (fraction d'éjection du ventricule gauche), pour détecter cette cardiotoxicité. Ces méthodes n'arrivent pas à détecter cette cardiotoxicité d'une façon précoce. Les paramètres mécaniques jouent un rôle important dans le fonctionnement du muscle cardiaque, qui est un organe qui change de forme tout le long du cycle cardiaque. Le suivi des changements des propriétés mécaniques du tissu cardiaque pourrait nous informer sur la viabilité de celui-ci et détecter une cardiomyopathie. Dans ce projet, les patrons 2D de déformations myocardiques sont évalués dans le cadre de la détection des dommages myocardiques et altérations fonctionnelles dus au traitement à la Doxorubicine. En second lieu, ces déformations sont utilisées comme données d'entrée à notre modèle numérique basé sur la méthode des champs virtuels spéciaux, dans le but de quantifier les propriétés mécaniques du myocarde, avec l'hypothèse que le traitement à base de Doxorubicine induit des changements importants à la fois dans le tissu myocardique et au niveau de la fonction cardiaque. Nous appliquons sur des images ciné-IRM, une des méthodes iconiques qui se base sur le flux optique, pour obtenir les champs de déplacements et de déformations internes des tissus cardiaques, tout au long du cycle cardiaque. Une méthode d'inversion basée sur la méthode des champs virtuels, permettant de déduire les champs de contraintes à partir des déformations obtenues par flux optique, est utilisée en choisissant des champs virtuels cinématiquement admissibles.

La cohorte évaluée dans notre étude se compose de 4 groupes, constitués chacun de 3 volontaires, 3 groupes de survivants de leucémie du projet PETALE et un groupe de sujets sains. Les survivants de leucémie présentent différents niveaux de risque basé sur la dose cumulative de doxorubicine reçue. Ces survivants sont séparés en deux groupes à haut risque, dont un groupe qui prend un agent protecteur (Dexrazoxane), et un groupe à risque standard. L'acquisition des images se fait avec un appareil IRM (Skyra™, Siemens Healthcare, Erlangen, Germany), de 3Tesla avec une antenne tronc de 32 canaux. Le protocole RM consiste en une séquence ciné ECG- gated Steady state Free Precession (SSFP). Les paramètres d'acquisition sont l'épaisseur de la tranche (8 mm), le temps de répétition (TR=34.5 sec), le temps d'écho (TE=1.2 sec), l'angle de bascule (36 degrés), le facteur iPAT (3), et la taille de la matrice (210×208). Approximativement, 14 tranches sont acquises dans le plan axial, 5 tranches pour la coupe 4 chambres et 5 tranches pour la coupe 2 chambres, avec une résolution spatiale de 1.4 ×1.4× 0.8 mm. Pour chaque tranche, 25 phases du cycle cardiaque sont acquises pour chaque tranche. Pour la vue 2 chambres, nous avons constaté des différences dans les champs de déformations entre les quatre groupes. Pour le groupe à haut risque qui a reçu un agent protecteur (dexrazoxane), l'amplitude des champs de déformations est inférieure à celle du groupe à haut risque qui n'a pas reçu d'agent protecteur, quelle que soit la phase du cycle cardiaque (systole, diastole précoce, diastole retardée). Pour cette même vue 2 chambres, la contrainte en cisaillement et la contrainte de Von Mises sont inférieures, en systole, pour le groupe à haut risque qui reçoit un agent cardioprotecteur (HRdex) par rapport au groupe à haut risque (HR) qui n'en reçoit pas. Nous notons que le module d'élasticité est inférieur pour le groupe à risque standard (SR), comparé aux groupes HR et HRdex, pour la systole et la diastole tardive. La même différence est observée pour le module de cisaillement pour le groupe à risque standard SR, juste pour la systole. Pour la vue 4 chambres, le module d'élasticité est significativement plus élevé pour le groupe HRdex, comparé aux groupes HR, SR et à celui du groupe de volontaires sains (HV), pour les trois phases (Systole, Diastole précoce, Diastole tardive). En considérant la vue axiale, les contraintes de cisaillement et de Von Mises sont inférieures pour le groupe HR par rapport au groupe HRdex. Le module d'élasticité est inférieur pour le groupe SR par rapport aux groupes HR et HRdex. La même différence est observée pour le module de cisaillement pour le groups SR en systole. Dans la coupe axiale, en systole, les changements entre les quatre groupes pour les contraintes de cisaillement et de Von Mises ne concordent pas avec les différences trouvées pour les coupes 2 chambres et 4 chambres, probablement due à l'orientation différentes des fibres musculaires entre les coupes. Pour le module de Young, les changements en systole et en diastole retardée en coupe axiale concordent avec les différences trouvées pour les coupes 2 chambres et 4 chambres. Ces changements observés entre les groupes peuvent être expliqués par le fait que le muscle cardiaque des patients ayant survécu à un cancer se comporte différemment à cause d'une réduction de la quantité de fibres musculaires et d'une augmentation du tissu interstitiel. La sévérité de ces changements est proportionnelle à la dose totale d'anthracyclines, ce qui fait que le muscle cardiaque se dilate plus facilement, surtout, en diastole. Notre modèle nous a permis de constater des changements dans les champs de déformations, de contraintes, ainsi que pour les propriétés mécaniques du tissu cardiaque, qui présente une carditoxicité due au traitement à la Doxorubicine, ce qui vérifie notre hypothèse et montre la faisabilité d'une telle approche. Une des perspectives de cette étude est de constituer une base de données, comme les courbes de pressions individuelles ou les modules d'élasticité pour des personnes saines et des personnes présentant une cardiomyopathie, pour fin de comparaison préliminaire, afin de classer les patients par ordre de sévérité de cardiomyopathie.