Soutenance de thèse de Viktória STANOVA

Les maladies valvulaires sont parmi les maladies cardiovasculaires les plus fréquentes après l’hypertension et la maladie coronarienne dans les pays occidentaux et elles occupent une place prépondérante tant d’un point de vue épidémiologique que de leur impact sur la fonction cardiaque. Les maladies valvulaires d’étiologie dégénérative sont les plus fréquentes, en particulier, la sténose aortique qui touche plus de 2% de la population de plus de 65 ans [1]. Il n’existe actuellement aucun traitement pharmacologique pour prévenir ni ralentir ces maladies et la seule option thérapeutique actuelle est le remplacement de la valve par une prothèse. Ce dernier peut être effectué soit de manière chirurgicale soit de manière percutanée. Le remplacement valvulaire chirurgical est le traitement de référence depuis 60 ans. Cependant, au cours de la dernière décennie, l'implantation de prothèses aortiques par voies percutanées (TAVI) est devenue un traitement de référence pour les patients à haut risque chirurgical et une alternative pour les patients à risque intermédiaire [2]. Très récemment, le TAVI a démontré des résultats cliniques et hémodynamiques équivalents à ceux de la chirurgie [3]. Malgré les résultats favorables mentionnés, la durabilité limitée en raison de la dégénérescence structurelle des feuillets reste la principale limitation des bioprothèses chirurgicales et percutanées. En effet, des dégénérescences tels qu’épaississement des feuillets, calcification, fibrose ou déchirure apparaissent généralement entre 5 et 7 ans après implantation et plus de 20% des bioprothèses présentent une dysfonction hémodynamique à 10 ans [4]. Cette dégénérescence implique un risque de ré-intervention non négligeable en particulier chez des patients de plus en plus jeunes et de plus en plus actifs. Plusieurs mécanismes sont impliqués dans cette dégénérescence et parmi eux, deux processus principaux et synergiques : la dégénérescence d’origine biologique avec la formation de calcifications et la détérioration liée aux contraintes mécaniques et à la fatigue, résultant souvent en déchirures. Quantifier la contrainte mécanique répétitive imposée aux feuillets des bioprothèses, est donc un défi capital et urgent, afin d’optimiser la durabilité de ces dispositifs médicaux. L’absence de données cliniques rétrospectives sur la durabilité à long terme des nouvelles générations de bioprothèses chirurgicales et percutanées encourage l’utilisation des simulations numériques qui deviennent une partie intégrante de leur évaluation. L’objectif général de ce travail est de mettre au point une méthode basée sur l’association d’expériences in vitro/in silico. Elle a été développée afin d’estimer les contraintes appliquées sur les feuillets des bioprothèses aortiques chirurgicales et percutanées en utilisant un système optique par stéréophotogammétrie (deux caméras rapides) et la corrélation d'images numériques. Les déplacements obtenus in vitro ont ensuite été implémentés dans un modèle d'éléments finis afin de calculer les contraintes mécaniques locales. Des zones privilégiées de contraintes maximales ont ainsi pu être déterminées.

Heart valve diseases are the most prevalent form of cardiovascular disease in the Western world (industrialized countries) after hypertension and coronary artery disease. They play an important role from an epidemiological point of view and can severely impact the heart’s function. Aortic stenosis is the most common form of valvular heart diseases that has been estimated to occur in 2% of individuals older than 65 years [1]. Currently, no medical therapy is available for successfully treating calcific aortic stenosis and the only option is the valve replacement, either conventional surgical (SAVR) or transcatheter aortic valve implantation (TAVI). Surgical valve replacement has been the standard of care for the past 60 years. However, in the past decade, transcatheter aortic valve implantation has become a viable alternative to surgical aortic valve replacement in patients with high or intermediate surgical risk [2]. Very recently, TAVI has been shown to be non-inferior or even superior to SAVR in the low risk population [3]. Despite the favorable results mentioned above, the main limitation of both, surgical and TAVI bioprostheses, is their limited durability due to structural valve degeneration (SVD). SVD such as leaflet thickening, calcifications, fibrosis or tears generally occurs between 5 and 7 years after valve replacement and a hemodynamic dysfunction is present in 20% of patients 10 years after the valve replacement [4]. Valve dysfunction and deterioration remain key problems to address as they imply a risk of valve re-intervention, especially in younger populations with long life expectancy. Several mechanisms are involved in the process of SVD, including two synergistic processes: biological degeneration causing the formation of calcifications and deteriorations related to mechanical stress and fatigue, often resulting in leaflet tearing. Quantifying the mechanical fatigue in the form of repetitive stresses imposed to the valve leaflets of aortic bioprostheses is therefore a major and urgent challenge in order to optimize their durability. The lack of long-term durability data for new generations of surgical and percutaneous bioprostheses encourages the use of numerical simulations, representing a significant resource to evaluate and improve these devices. The objective of this thesis is to develop an in vitro/in silico method that offers an experimental evaluation of the mechanical stress applied on bioprosthetic leaflets using a non-contact system based on stereophotogammetry and digital image correlation (DIC). The deformation obtained from the DIC analysis was applied in the finite element model which allows a realistic opening and closing of each leaflet, in order to calculate the local mechanical stress applied. High stress regions could thus be identified and quantified.