Development, metrological validation and applications of non-invasive cardiovascular exploration techniques for clinical and experimental use in canine and feline models

Les animaux de compagnie présentent un intérêt majeur dans les études cardiovasculaires soit comme modèles expérimentales soit comme modèles spontanées. De plus, le développement de méthodes d'exploration non invasives en médecine vétérinaire est devenu une nécessité à cause de régulations strictes concernant le bien être de l'animal. Un facteur limitant demeure l'exactitude et la fiabilité (répétabilité/reproductibilité) des techniques d'exploration pour leur utilisation répétitive chez des animaux vigiles. La mesure de la pression artérielle systémique (PA) non invasive et l'échocardiographie conventionnelle et avancée ont gagné de la place dans le domaine de recherche ; cependant, il n'existe pas de recommandations spécifiques sur la validation métrologique de méthodes quantitatives utilisées en recherche clinique ou fondamentale en médecine vétérinaire. Le présent travail a premièrement focalisé sur la validation métrologique de la mesure de la PA chez le chien et le chat en étudiant la répétabilité et la reproductibilité de la méthode Doppler (chez les deux espèces) et de la méthode oscillométrique (chez le chien) et en déterminant l'influence du niveau d'expérience de l'opérateur sur la variabilité intra- et inter-jour et le pourcentage de mesures réussies. Puis l'effet de la position de l'animal et du nombre de mesures répétées sur de variables sélectionnées d'échocardiographie bidimensionnelle (2D) et temps-mouvement (TM) a été évalué. De plus, la méthode de l'aire de la surface de l'isovélocité proximale (PISA) pour la quantification de la régurgitation mitrale (RM) ainsi que le strain (St) et strain rate (SR) dérivé du Doppler tissulaire ont été validé chez le chien par le calcul de la répétabilité et la reproductibilité des techniques. Dans un deuxième temps les techniques précédemment validées ont été appliquées chez des chiens sains, des chiens souffrant de maladie valvulaire mitrale dégénérative (MVD) spontanée et dans un modèle expérimental de myopathie centronucléaire (CNM) chez des Labradors retrievers. Toutes les études ont été réalisées à l'Unité de Cardiologie d'Alfort, à l'Ecole Nationale Vétérinaire d'Alfort. Pour les mesures de la PA, toutes les deux études ont montré que l'entrainement est important, notamment pour la mesure de la pression diastolique avec le Doppler, tandis que la répétabilité et reproductibilité sont bonnes pour un opérateur expérimenté. Concernant l'échocardiographie 2D et TM, la technique peut être réalisée chez des chiens couchés ou debout avec une répétabilité/reproductibilité similaire. La fraction régurgitée évaluée par la méthode PISA est une variable répétable et reproductible pour l'évaluation de la RM chez le chien souffrant de MVD. De façon similaire le St et SR peuvent être mesurés de manière fiable chez le chien vigile et leur utilisation combinée avec d'autres paramètres échocardiographiques offre une nouvelle approche à l'étude de la fonction systolique dans cette espèce et peut complémenter l'échocardiographie conventionnelle pour la mesure de la performance myocardique. L'intérêt de ces méthodes validées a été illustré dans des études avec des chiens souffrant de MVD de gravité variable et une différence significative des paramètres étudiés (PA et fraction régurgitée) a été retrouvée dépendant du stade de la maladie. Enfin dans le modèle de CNM, des altérations sous-cliniques ont été détectées et considérées comme significatives étant donnée les faible coefficients de variation de techniques utilisées. En conclusion, le présent travail a évalué la répétabilité et la reproductibilité de quelques techniques d'exploration cardiovasculaires et a démontré l'importance de la validation en les appliquant dans des circonstances cliniques. Cependant ces résultats ne sont valables que dans les conditions spécifiques utilisées dans ces études.Small animais present a major interest in cardiovascular studies either as experimental or as spontaneous models. Additionally, the development of non-invasive exploration methods in veterinary medicine has been impeding since regulations applying to animais are getting stricter and animal welfare has been the subject of many debates recently. A limitation factor regarding noninvasive cardiovascular exploration by different methods remains the accuracy, and reliability of the different techniques, that is to say, if the methods are repeatable and reproducible, and able to be used in repeated manner in awake animais. Although non-invasive arterial blood pressure (ABP) measurement and conventional, as weil as, advanced echocardiographic techniques have gained place in the domain of veterinary research, there are no specifie guidelines on how to metrologically validate a quantitative imaging technique in veterinary medicine for use in clinical or fundamental research. The present work focused firstly on metrological validation of non-invasive ABP measurement in dogs and cats by assessment of repeatability and reproducibility of Doppler ultrasonography (DU, in both dogs and cats) and high definition oscillometry (in dogs) and by determination of the influence of the observer's level of experience on within-day and between-day variability and the percentage of successful measurements. Then, the effect of animal position and number of repeated measurements on selected 2-dimensional (20) and M-mode echocardiographic variables in heal~hy dogs was evaluated. Moreover, the proximal isoveJocity surface area (PISA) method for quantification of mitral regurgitation (MR) and the tissue Doppler-derived strain (St) and strain rate (SR) technique in the dog were validated by calculation of repeatability and reproducibility. In a second step, the previously validated techniques were applied to healthy dogs, dogs suffering from spontaneous mitral valve disease (MVD) and to an experimental model of centronudear myopathy (CNM) in labrador retrievers. A total of 7 studies were realized. Ali studies were conducted at the Cardiology Unit of Alfort, in the National Veterinary School of Alfort. For ABP measurements, bath studies showed that training is important especially for evaluation of diastolic ABP with DU, whereas repeatability and reproducibility are good for sufficiently experienced observers. Regarding transthoracic 20 and M-mode echocardiography, itcan be performed on dogs in both standing position and lateral recumbency, and the repeatability of measurements is similar. Regurgitant fraction assessed by the PISA method is a repeatable and reproducible variable for the non-invasive evaluation of MR in awake dogs with MVD. This Doppler index is reliable, and its assessment can therefore be recommended for use, in combination with evaluation of other Doppler echocardiographic variables, in longitudinal studies of mitral valve disease in dogs. SimilarJy, myocardial St and SR can be measured non-invasively and in real time from regional myocardial velocities by TOI with good repeatability and reproducibility in the awake dog. The combined use of. St and SR indices with other tissue Doppler parameter's offers a new ultrasound approach to the systolic function in this species and may complement conventional echocardiographic measure of myocardial performance. The interest of those validation methods was firstly iIIustrated in studies involving dogs suffering from MVD of differing severity, where a relevant difference of the evaluated parameters (ABP and regurgitant fraction) was found depending on the stage of the disease. Then, in the experimental model of CNM, although subclinical, cardiovascular alterations were detected and considered significant given the low coefficients of variation ofthe techniques. ln conclusion, the present work assessed repeatability and reproducibility of some non-invasive cardiovascular exploration techniques and demonstrated the importance of this validation by applying the methods in c1inical circumstances. Nevertheless, the presented results are only valid under the specifie conditions in these studies