Le système urinaire inférieur : modélisation et validation expérimentale : Étude de son activation sélective

Lower urinary tract : modeling and experimental validation : Study of its selective activation

• Auteur / Autrice : Jérémy Laforêt
• Direction : David Guiraud, Christine Azevedo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique, traitement du signal et génie informatique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Montpellier 2

Mots clés

Mots clés contrôlés

Stimulation électrique

Vessie

Simulation par ordinateur

Bioinformatique

Mots clés libres

Modélisation

Vessie

Muscle lisse

Stimulation électrofonctionnelle

Identification

Sélectivité

Résumé

Le système urinaire inférieur (SUI) réalise le stockage et l'évacuation de l'urine. C'est un système dont le contrôle est complexe et le fonctionnement global insuffisamment décrit. Chez les blessés médullaires deux déficiences du contrôle de la vessie sont communes : l'hyper-reflexie (HR) et la dyssynergie detrusor-sphincter. La stimulation électrofonctionnelle peut être utilisée pour contrer l'HR et rétablir artificiellement un contrôle contrôle synergique à condition de pouvoir activer sélectivement le sphincter strié et le detrusor. Globalement, cela nécessite aussi une meilleure connaissance du système à stimuler. La contribution de cette thèse se scinde en trois : la modélisation du SUI et notamment du détrusor, la validation expérimentale de ce modèle et enfin l'étude du recrutement sélectif en stimulation électrique multi-polaire. Le modèle du SUI proposé ici rend compte des spécificités des muscles lisses (le détrusor). C'est un modèle multi-échelle, partant des réactions biochimiques dictant l'activation des muscles jusqu'à la physique macroscopique à l'échelle du système vessie+sphincter. Nous avons réalisé une implémentation numérique de ce modèle et en avons tiré une étude de la sensibilité des paramètres. Nous avons enfin validé expérimentalement notre modèle sur l'animal en condition isométrique et nous avons identifié les paramètres principaux. Enfin, nous avons mis en place une chaine logicielle pour simuler la stimulation électrique sélective multi-polaire, ainsi que des techniques de recrutement inverse. Nous présentons les résultats de simulations. Nous proposons un protocole expérimental pour évaluer fonctionnellement ces méthodes sur l'animal.

The Lower Urinary Tract (LUT) stocks and evacuate urine. Its neural control is complex and its mechanisms are scarcely described. Among spinally injured patients two deficiencies of the control of the bladder are common : detrusor over-activity (DOA) and detrusor-sphincter dyssynergia. Functional Electro-stimulation (FES) can be use to counter DOA and artificially manage the bladder. However it requires a better understanding of the system and to be able to activate selectively the detrusor and the striated sphincter. The contribution of this thesis can be divided in three parts : the model of the LUT, of the detrusor in particular, the experimental validation of this model, and finally the study of the recruitment in selective multi-polar electrical stimulation. The LUT model proposed here takes account the specificity of the smooth muscle (the detrusor). Its a multi-scale model. It describe the system from the biochemical reactions of the muscle activation to the macroscopical physics at the global scale of the bladder+sphincter system. We realise a numerical implementation of the model and used it to study the model sensibility to parameters. We also validated our model with animal experiments in isometric condition and identified its main parameters. Finally, we set up a tool-chain to simulate selective multi-polar electrical stimulation and inverse recruitment technics. We present here simulation results. We propose an experimental protocol to evaluate functionally these methods on animal model.