Communication Dans Un Congrès Année : 2025

Myocardial Stiffness Quantification using Ultrasound Shear Wave Elastography and Reduced Modeling for Subject-specific Simulations

Quantification de la Rigidité Myocardique par Élastographie Ultrasonore Shear Wave et Modélisation Réduite pour des Simulations Personnalisées

Résumé

Cardiac electromechanical models can significantly advance diagnosis, prognosis, and therapy planning. Despite their importance in evaluating myocardial function, key mechanical parameters such as myocardial stiffness (MS) are still missing in clinical practice. While ultrafast ultrasound imaging (UUI) provides reliable and reproducible data, its use in parameter estimation is still restricted, limiting the potential for comprehensive modeling. Integrating UUI data with reduced-order 0D models addresses these limitations by enabling more robust parameter estimation and improved data interpretation. The approach also significantly reduces computational costs compared to 3D simulations. This work presents a closed-loop 0D model calibrated using UUI-based shear wave elastography (SWE), a noninvasive technique providing detailed MS profiles across the cardiac cycle. By integrating MS, the model accounts for both active and passive contributions to myocardial function, with a primary focus on the active component. Modeled using the Bestel-Clement-Sorine (BCS) framework, it has been optimized with the Covariance Matrix Adaptation Evolution Strategy (CMA-ES) algorithm and calibrated to healthy subject data. The aim is to develop a subject-specific tool for clinical studies supporting parameter calibration and integration into 3D simulations, while extending its application to pathological cases.

Les modèles électromécaniques cardiaques peuvent considérablement faire progresser le diagnostic, le pronostic et la planification thérapeutique. Malgré leur importance dans l’évaluation de la fonction myocardique, des paramètres mécaniques essentiels comme la rigidité myocardique (RM) restent absents de la pratique clinique. Bien que l’imagerie ultrarapide par ultrasons (UUI) fournisse des données fiables et reproductibles, son utilisation pour l’estimation de paramètres demeure limitée, restreignant ainsi le potentiel d’une modélisation complète. L’intégration des données UUI à des modèles réduits d’ordre 0D permet de surmonter ces limites en facilitant une estimation plus robuste des paramètres et une meilleure interprétation des données. Cette approche permet également de réduire considérablement les coûts de calcul par rapport aux simulations 3D. Ce travail présente un modèle 0D en boucle fermée, calibré à l’aide de l’élastographie par ondes de cisaillement (SWE) basée sur l’UUI, une technique non invasive fournissant des profils détaillés de RM au cours du cycle cardiaque. En intégrant la RM, le modèle tient compte à la fois des contributions actives et passives à la fonction myocardique, avec un accent principal sur la composante active. Il est modélisé selon le cadre de Bestel-Clément-Sorine (BCS), optimisé par l’algorithme Covariance Matrix Adaptation Evolution Strategy (CMA-ES) et calibré à partir de données de sujets sains. L’objectif est de développer un outil personnalisé pour les études cliniques, facilitant la calibration des paramètres et leur intégration dans des simulations 3D, tout en ouvrant la voie à des applications dans des cas pathologiques.

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hal-05123170 , version 1 (20-06-2025)

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Citer

Camilla Ferrario, Jairo Rodríguez-Padilla, Maelys Venet, Olivier Villemain, Maxime Sermesant. Myocardial Stiffness Quantification using Ultrasound Shear Wave Elastography and Reduced Modeling for Subject-specific Simulations. FIMH 2025 - 13th Functional Imaging and Modeling of the Heart, Jun 2025, Dallas (TX), United States. pp.41-54, ⟨10.1007/978-3-031-94562-5_5⟩. ⟨hal-05123170⟩
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