Impact of Mechanical Parameters and Fiber Orientation in Myocardial Passive Stiffness Estimation

Les survivants du cancer infantile présentent des risques cardiaques accrus en raison des effets cardiotoxiques du traitement contre le cancer. La détection précoce de l’insuffisance cardiaque est cruciale pour ajuster les doses de traitement. La rigidité myocardique du ventricule gauche est considérée comme un indicateur de la fonction cardiaque et un biomarqueur prometteur pour la détection précoce de la cardiotoxicité et l’insuffisance cardiaque. La rigidité du myocarde peut être estimée de manière non invasive par optimisation inverse, en utilisant des modèles par éléments finis patient-spécifiques, basés sur l’imagerie par résonance magnétique (IRM). Cette approche implique la sélection d’une loi constitutive des matériaux et la définition de l’orientation des fibres cardiaques dans le modèle. L’impact de ces données sur l’estimation de la rigidité du myocarde reste méconnu. Ce projet vise à comprendre et à évaluer l’impact de ces deux paramètres du modèle sur l’estimation de la rigidité. La première partie de ce travail se concentre sur l’impact des paramètres de la loi constitutive du myocarde. La loi de comportement du matériau est une loi exponentielle isotropique transverse de type Fung, décrite par Guccione et al. (1991), couramment utilisée dans les modèles mécaniques du ventricule gauche. Elle comprend un ensemble de trois paramètres d’anisotropie (bf , bt, bft) qui varient considérablement entre les études, ce qui complique la sélection d’un trio de paramètres optimal. Cette étude vise à comprendre et à évaluer l’influence de ces paramètres sur l’estimation de la rigidité globale.

Abstract

Survivors of childhood cancer are at higher risk of cardiac disease due to the cardiotoxic effects of cancer treatments. Early detection of heart failure is crucial for adjusting treatment doses. Passive myocardial stiffness of the left ventricle is considered an indicator of cardiac function and a promising biomarker for early detection of cardiotoxicity and heart failure. Myocardial stiffness can be estimated non-invasively by an inverse optimization approach, using patient-specific finite element models, based on Magnetic Resonance Imaging (MRI). This approach involves selecting an appropriate material constitutive law and defining the orientation of cardiac fibers in the model. The impact of these inputs on the estimation of myocardial stiffness remains to be investigated. This project aims to understand and evaluate the impact of these two model inputs on the estimation of myocardial stiffness. The first part of this work focuses on the impact of myocardium constitutive law parameters. The material behavior law is an transversely-isotropic Fung-type exponential law, described by Guccione et al. (1991), commonly used in left ventricle mechanical models. It includes a set of three anisotropy parameters (bf , bt, bft) that vary significantly across studies, compli-cating the selection of an optimal parameter set. This study aims to understand and assess the influence of these parameters on the estimation of global stiffness.