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Mesure de la rigidité aortique par abord doigt-orteil : modélisation et application clinique

par Hasan Obeid

Thèse de doctorat en Pharmacologie

Sous la direction de Pierre Boutouyrie.

Thèses en préparation à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Médicament, toxicologie, chimie, imageries .


  • Résumé

    Un temps de transit peut être mesuré entre le doigt et l'orteil. Si cette mesure est liée au temps de transit carotide-fémoral et si cela est représentatif de la rigidité aortique, était l'objet principal de la présente thèse. En effet, le chemin suivi par les pouls est complexe et la compréhension commune était que le temps nécessaire pour atteindre le doigt, le pouls avait déjà atteint la cuisse, et donc il devrait être lié au temps de transit aortique. En fait, l'accord entre la vitesse de l'onde de pous doigt-orteil (VOP-do) et la VOP carotide-femorale (VOP-cf) est plutôt bien puisque les études préliminaires ont montré une corrélation acceptable (r² = 0,43; RMSE = 1,3 m / s pour VOP) entre la VOP au pied du doigt (VOP-do) mesuré par le pOpmetre et VOP-cf mesurés par le système SphygmoCor (Alivon et al., 2015). Le mérite de cette étude était de montrer que nous devrions réinvestir la physique de la propagation des ondes pour expliquer cet accord étonnamment bon. Cependant, il a également souligné un manque d'exactitude dans des conditions spécifiques, notamment chez les personnes âgées obèses. Des analyses préliminaires ont suggéré qu'il pourrait être surmonté par des algorithmes et des procédures optimisés. Nous avons émis l'hypothèse que l'évaluation de la rigidité aortique peut être approchée de manière fiable par la VOP-do, car les propriétés mécaniques des artères périphériques sont neutres et ne affectent pas le temps de transit qui est principalement conditionné par la rigidité aortique, en supposant que la différence de temps de transit entre un membre inférieur et un membre supérieur annuleraient la propagation de l'onde de pouls sur les artères périphériques rigides, c'est-à-dire que les temps de transit dans les membres supérieurs et inférieurs sont comparables. En effet, bien que le pOpmetre enregistre l'onde de pouls dans les artères distales, la différence de temps de transit reflète essentiellement la propagation le long de l'aorte thoracique et abdominale. Par conséquent, la VOP-do doit être lié à la rigidité aortique, mesurée par la méthode de référence (VOP-cf). En conséquence, les objectifs de la présente thèse sont divisés en deux parties principales: Partie clinique: en augmentant le nombre et en faisant varier les caractéristiques des sujets pour l'étude de validation du système pOpmetre. (1) Étudier la robustesse de l'algorithme de détection du pied d'onde utilisé par le système pOpmètre. (2) Testez la cohérence de la chaîne de traitement du signal. (3) Vérifiez si la combinaison du meilleur algorithme de détection de pied avec une chaîne de traitement de signal optimisée améliore encore l'accord entre la VOP-do et la VOP-cf, l'étalon-or. (4) Ré-mesurer les sujets de premiers travail avec les algorithmes optimisés. Partie numérique: testez la validité de l'hypothèse physique sur laquelle le système pOpmetre est basé (1) en étendant le modèle 1D existant pour l'arbre artériel avec les circulations main et pied, pour permettre l'évaluation de la VOP-do. (2) Utilisez le modèle de réseau artériel 1D étendu de la circulation systémique pour comparer les performances de la méthode VOP-do avec la méthode de référence. (3) Effectuer une étude de paramètres pour évaluer la validité de différentes méthodes de VOP basées sur les mesures des artères périphériques, en obtenant une meilleure compréhension et validation de leurs principes de travail tout en modifiant les propriétés mécaniques de l'élastique central (aorte, carotide) et / ou artères périphérique / musculaire (brachiale, radiale, fémorale, tibiale, doigt, orteil).

  • Titre traduit

    Assessing aortic stiffness from finger-toe measurements: modeling and clinical application


  • Résumé

    A transit time can be measured between the finger and the toe. Whether this measurement is related to carotid-femoral transit time and whether this is representative of aortic stiffness was the main object of the present thesis. Indeed, the path followed by pulses is complex and the common understanding was that the time taken to reach the finger, the pulse had already reached the thigh, and thus it should be related to aortic transit time. In fact the agreement between ft-PWV (finger-toe pulse wave velocity) and cf-PWV (carotid-femoral pulse wave velocity) is rather good since preliminary studies have shown an acceptable correlation (r² = 0.43; RMSE = 1.3 m/s for PWV) between finger-toe PWV (ft-PWV) measured by the pOpmetre and cf-PWV measured by the SphygmoCor system (Alivon et al., 2015). The merit of this study was to show that we should reinvestigate the physics of wave propagation to explain this surprisingly good agreement. However it also underlined a lack of accuracy under specific conditions, notably in obese elderly subjects. Preliminary analyses suggested that it might be overcome by optimized algorithms and procedures. We hypothesized that aortic stiffness assessment can be approximated reliably through ft-PWV, because the mechanical properties of the peripheral arteries are neutral and do not affect the transit time which is mostly conditioned by aortic stiffness, assuming that the difference in transit time between a lower limb and an upper limb would cancel the propagation of the pulse wave on rigid peripheral arteries, in other words the transit times in the upper and lower limbs are comparable. Indeed, although the pOpmetre records the pulse wave at distal arteries, the difference in transit time essentially reflects the spread along the thoracic and abdominal aorta. Therefore, the finger-toe PWV (ft-PWV) must be related to the aortic rigidity, as measured by the reference method (cf-PWV). Accordingly, the objectives of the present thesis are divided in two main parts: Clinical part: by increasing the number and varying the characteristics of subjects for the validation study of the pOpmetre system. (1) Investigate the robustness of the wave foot detection algorithm used by the pOpmètre system. (2) Test the consistency of the signal processing chain. (3) Check whether the combination of the best foot detection algorithm with an optimized signal processing chain further improves the agreement between ft-PWV and cf-PWV, the gold standard. (4) Re-measure the first work outlier subjects with the optimized algorithms. Numerical part: test the validity of the physical hypothesis on which pOpmetre system is based by (1) extending the existing 1D model for the arterial tree with the hand and foot circulations, to allow for assessment of finger-toe PWV. (2) Use the extended 1D arterial network model of the systemic circulation to compare the performance of the ft-PWV method with the reference method. (3) Conduct a parameter study to assess the validity of different PWV methods based on peripheral arteries measurements, by gaining a better understanding and validation of their working principles while changing the mechanical properties of central elastic (aorta, carotid) and/or peripheral muscular arteries (brachial, radial, femoral, tibial, finger, toe).