Simulations numériques vasculaires, spécifiques et réalistes

Specific and realistic, arterial flow simulations

• Auteur / Autrice : Ramiro Moreno Roa
• Direction : Hervé Rousseau, Franck Nicoud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Radiophysique et imagerie médicales
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Jury : Président / Présidente : Jacques Bittoun
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Valérie Deplano

Mots clés

Mots clés contrôlés

Informatique

Imagerie médicale

Modèles mathématiques

Biomécanique

Chirurgie

Aorte

Mots clés libres

Pathologie aortique

Cfd

Irm

Stent-Graft

Maillage mobiles

Résumé

Ce travail fait suite aux interrogations soulevées par la médecine interventionnelle concernant la prise en charge des pathologies de la paroi artérielle (anévrisme, dissection, coarctation, athérosclérose). En effet, les cliniciens cherchent actuellement un outil suffisamment robuste et intuitif pour prévoir les conséquences du geste médical. Une approche numérique, notamment de type Mécanique des Fluides Numériques (MFN), peut répondre aux questions posées avec une imagerie fonctionnelle de type biomécanique, à condition d'être intégrée à la fois en pratique clinique et en développement technologique. L'originalité de ce travail est centrée sur la façon comment est imposée la position de la paroi dans le domaine discret. Les simulations hémodynamiques réalisées à ce jour ont beaucoup de mal à décrire une loi de comportement pour la paroi artérielle. Nous proposons d'opter plutôt pour un modèle non-couplé, fluide /structure, imposant au code de calcul, à chaque instant, la position de la paroi basée sur l'imagerie médicale dynamique. Un nouveau protocole d'IRM est à la base des conditions imposées aux calculs numériques. La preuve du concept est donnée à travers quelques applications in-vitro et in-vivo. Une étude clinique permet de donner la preuve de faisabilité pour les cas de patients ayant un contrôle de Stent-Graft aortique. Ce projet de recherche compte propulser la médecine moderne vers une meilleure connaissance de la pathologie vasculaire et des moyens techniques pour sa prise en charge.

This work is a response to the queries raised by interventional medicine concerning the taking in charge of the wall's pathologies (aneurysm, dissection, coarctation, atherosclerosis). Indeed, clinicians are currently looking forward for a sufficiently robust and intuitive tool to forecast the consequences of therapeutic interventions. A numerical approach, in particular, Computational Fluid Dynamics (CFD), can answer to the interrogations put forward by biomechanical functional imaging, provided it is integrated to both clinical routine and to technological development. The originality of this work is focused on the way how the position of the wall is set in the discrete field. The hemodynamic simulations carried out up to now can hardly describe the behaviour for the arterial wall. We propose to choose a non-coupled, fluid / structure model, which will impose at each time step of the CFD code, the position of the wall based on the dynamic medical imaging. A new MRI protocol is at the heart of the conditions imposed to the numerical calculations. The validation of this concept is averred through some in-vitro and in-vivo applications. A clinical study enabled to realise the feasibility in the case of patients having an Aortic Stent-Graft control. This research project intends to drive modern medicine towards a better knowledge of vascular pathologies and innovative technical means to handle them.