Caractérisation et modélisation du comportement mécanique des tissus conjonctifs de la paroi abdominale humaine par approche histologiquement fondée

Characterization and histologically-based modeling of the mechanical behavior of connective tissues constituting the human abdominal wall

• Auteur / Autrice : Laure Astruc
• Direction : Mathias Brieu, Jean-François Witz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique, génie civil, énergétique, matériaux
• Date : Soutenance le 01/04/2019
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Lille
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Mécanique Multiphysique Multiéchelle / LaMcube
• Jury : Président / Présidente : Yohan Payan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Ange Bueno, Franck Jourdan
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sabine Bensamoun, Edoardo Mazza

Mots clés

Mots clés contrôlés

Milieux continus, Mécanique des

Paroi abdominale

Tissu conjonctif

Propriétés mécaniques

Tissus (histologie)

Anisotropie

Hyperélasticité

Biomécanique

Mots clés libres

Biomécanique

Hyperélasticité

Anisotropie

Tissu conjonctif

Modélisation

Microscope confocal biphotonique

Paroi abdominale

Bioméchanics

Hyperelasticity

Anisotropy

Connective tissue

Modeling

Biphotonic confocal microscope

Abdominal wall

Résumé

Les opérations de hernies abdominales sont l’une des chirurgies les plus répandues dans le monde. Pourtant, malgré des progrès considérables en particulier dans le développement des textiles prosthétiques pour consolider la paroi abdominale, le taux de récurrence reste très élevé. Il apparaît donc nécessaire de développer des modèles numériques patient-spécifiques de la paroi abdominale afin de mesurer puis améliorer l’impact des solutions de soins. Les tissus assurant la cohésion et la stabilité de la paroi abdominale sont les gaines rectusiennes antérieure et postérieure et la ligne blanche, qui sont des tissus conjonctifs. Leur structure particulière, composée d’un entremêlement de fibres de collagène et d’élastine sont au cœur de cette étude.Ce mémoire a permis de mettre en évidence la relation entre architecture microscopique et comportement macroscopique des tissus fibreux. Grâce à des campagnes expérimentales combinant essais mécaniques et observations microscopiques, la structure des tissus a pu être identifiée et corrélée aux paramètres mécaniques. Des outils d’analyse d’images tridimensionnelles ont été développés afin d’estimer automatiquement l’anisotropie d’une texture. Les informations recueillies ont alors menées au développement d’un modèle constitutif anisotrope hypo-paramétré. Basé sur une description tridimensionnelle du réseau fibrillaire, le modèle a été écrit de manière à décorréler les paramètres liés à la structure et ceux relatifs à la nature même du matériau. En considérant les paramètres matériau similaires pour tous les individus, le modèle a démontré sa capacité à prédire le comportement mécanique à partir d’informations texturales

Abdominal hernia operations are one of the most common surgeries in the world. However, despite considerable progress, particularly in the development of prosthetic textiles to strengthen the abdominal wall, the recurrence rate remains very high. It therefore appears necessary to develop patient-specific numerical models of the abdominal wall in order to measure and improve the impact of care solutions. The tissues that ensure the cohesion and stability of the abdominal wall are the anterior and posterior rectus sheaths and the linea alba, which are connective tissues. Their particular structure, composed of an intertwining of collagen and elastin fibers, is at the heart of this study. This thesis highlighted the relationship between microscopic architecture and macroscopic behaviour of fibrous tissues. Thanks to experimental campaigns combining mechanical tests and microscopic observations, the structure of tissues has been identified and correlated to mechanical parameters. Three-dimensional image analysis tools have been developed to automatically estimate the anisotropy of a texture. The collected information then led to the development of a hypo-parameterized anisotropic constitutive model. Based on a three-dimensional description of the fibrillary network, the model was written in such a way as to uncorrelate the parameters related to the structure and those related to the nature of the material. By considering similar material parameters for every individual, the model demonstrated its ability to predict mechanical behaviour based on textural information