Cardiovascular disease remains the leading cause of death in the developed world [1-3]. Coronary artery disease, characterized by the thickening and hardening of the vascular wall, and the narrowing of the arterial lumen, constitutes the highest proportion of all cardiovascular-related deaths. In clinic, up to 20 percent of all percutaneous coronary interventions are executed for the treatment of coronary bifurcation lesions (CBLs) [4-6], which are defined as luminal narrowings that are in the vicinity of, and/or include a significant side branch [4, 7]. There is still much uncertainty and debate with regard to the assessment of CBL severity [8] as well as the corresponding optimal interventional technique [7]. In addition, the treatment of CBLs is associated with high rates of peri- and post-procedural clinical events [4, 5, 7, 9-13], which renders them, to this day, a major limitation of interventional cardiology.

Thus far, studies of CBLs have focused on the risk for the initiation and the progression of the disease relative to the disturbed flow hypothesis. There has not been an attempt to study CBLs from the functional perspective where an understanding of the factors that affect the clinical manifestation of the disease is sought, based on standard diagnostic indices. A functional evaluation of CBLs is important because the development of ischemia is more complex than that of isolated lesions due to the presence of haemodynamic interactions. Furthermore, whereas a gold-standard diagnostic index with a well-defined threshold for the onset of ischemia, namely the Fractional Flow Reserve (FFR), has been validated for the decision to revascularize, it is only utilized in less than 10 percent of catheterization labs worldwide [14-16]. As such, cardiologists still rely heavily on an angiographic evaluation, which has been shown to have a poor correlation with haemodynamic impact [17]. Therefore, insight on the functionality of CBLs is important in order to improve the current strategies and thus, reduce the risk associated with their treatment.

Therefore, the main objective of the thesis is to provide insight on the functionality of CBLs. As such, a numerical model of a diseased coronary bifurcation that enables the computation of the gold-standard diagnostic index (FFR), is developed and subsequently utilized to systematically quantify and compare the effect of various geometric parameters on the corresponding haemodynamic impact. Specifically, the effects of lesion configuration and severity, and the effects of luminal eccentricity and bifurcation angle are investigated. The results showed that clinical manifestation of the disease is a complex factor of both local and global haemodynamic interactions. Specifically, the numerical simulations demonstrated that the number of lesions does not govern the functional severity of a CBL configuration and that the characteristics of the supplying vessel stenosis play an important role in the clinical manifestation of the disease. Within the limitations of the work, the findings have potentially important clinical implications which, with future validation, could help improve the current diagnostic guidelines.

La maladie cardiovasculaire est l’une des principales causes de mortalité dans les pays développés [1-3]. La majorité des décès sont provoqués par une insuffisance coronarienne, qui consiste à un épaississement et un endurcissement de la paroi vasculaire, ainsi qu’un rétrécissement de la lumière artérielle. Jusqu’à 20 pourcents des interventions coronariennes percutanées (ICP) servent à traiter des lésions de bifurcation coronaires (LBC) [4-6], qui sont sujettes à un rétrécissement de la lumière vasculaire situé dans une branche de bifurcation significative ou bien à proximité de celle-ci [4, 7]. Les incertitudes persistent quant au degré de sévérité des LBC [8] et les traitements qui leurs sont associés [7]. Ces derniers sont reconnus pour être à l’origine de conséquences cliniques néfastes aux niveaux péri- et post-procéduraux [4, 5, 7, 9-13]. Il s’agit donc d’une limitation majeure en cardiologie interventionnelle.

Jusqu'à présent, les études traitant des lésions de bifurcation coronaires se concentraient principalement sur le risque de l’apparition de la maladie, ainsi que de sa progression, prenant en compte la perturbation locale du flux sanguin. Cependant, aucune étude ne porte actuellement sur la fonctionnalité des LBC, alors que cela pourrait amener à une meilleure compréhension des facteurs à l’origine des symptômes cliniques. En effet, une analyse fonctionnelle des LBC serait primordiale puisque le développement de l'ischémie y est plus complexe que celui des lésions isolées dû à la présence des interactions hémodynamiques. Une norme de référence étalon appelée Fraction de Flux de Réserve (FFR, mesure de la réserve coronaire) a été développée à partir du degré de sévérité de l’ischémie pour définir le besoin d’une intervention de revascularisation. Cependant, au niveau mondial, moins de 10 pourcents des laboratoires de cathétérisme cardiaque utilisent cette méthode [14-16] et les cardiologues continuent à se fier à l’angiographie. Or, cette dernière a d’ores et déjà présenté de faibles corrélations avec les états hémodynamiques des patients [17]. C’est pourquoi une compréhension de la fonctionnalité des LBC par rapport à la FFR est importante, et permettrait d’améliorer les diagnostics des patients (avec l’angiographie), réduisant ainsi les risques associés aux traitements.

Pour conclure, l'objectif principal du projet de doctorat vise à mieux comprendre la fonctionnalité des LBC. Un modèle numérique de bifurcation coronaire athérosclérotique, permettant de calculer la FFR, a été développé. Il a ensuite été utilisé pour quantifier et comparer de façon systématique l’effet de divers paramètres géométriques sur l’état hémodynamique. Plus spécifiquement, le degré de sévérité des lésions, leurs configurations, l’excentricité de la lumière et l’angle de bifurcation, ont été étudiés. D’après les simulations numériques, les signes cliniques de la maladie seraient dépendants des interactions hémodynamiques locales et globales. En particulier, les résultats ont démontré que le nombre de lésions présentes n’affecte pas la fonctionnalité d’une configuration de LBC et que les caractéristiques de la lésion principale (dans le vaisseau mère) jouent un rôle central dans l’apparition des symptômes cliniques. Ainsi, malgré les limitations, les résultats ont potentiellement des implications cliniques importantes pouvant aider, après validation, à améliorer le diagnostic des patients.