Thèse soutenue

Réseau microvasculaire de la rétine : modèle 1D et données de haute résolution pour le dépistage des anomalies vasculaires

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Auteur / Autrice : Laureline Julien
Direction : José-Maria FullanaMichel Paques
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique
Date : Soutenance le 08/12/2023
Etablissement(s) : Sorbonne université
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris (Paris ; 2000-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jean Le Rond d'Alembert (Paris ; 2006-....)
Jury : Président / Présidente : Sylvie Lorthois
Examinateurs / Examinatrices : Pierre-Yves Lagrée, Valérie Deplano, Marcela Gabriela Szopos
Rapporteurs / Rapporteuses : Simon Mendez, Astrid Decoene

Mots clés

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Résumé

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Cette thèse porte sur la modélisation du réseau microvasculaire de la rétine dans le but d’étudier les processus circulatoire en jeu dans la rétine saine et en présence de rétinopathies, en faisant le pont entre modélisation numérique, expérimentales, et données cliniques. Le réseau rétinien présente l'avantage unique d'être le seul réseau microvasculaire accessible de manière non invasive pour l'étude in-vivo du corps humain. Nous vivons de grandes avancées techniques dans le domaine de l'imagerie rétinienne avec un accroissement de la précision des images de la morphométrie et du flux sanguin, fournissant des informations sur la situation vasculaire dans l'œil et le reste du système microvasculaire. De plus, ces données constituent une ressource précieuse pour la modélisation, complément utile aux études cliniques de la rétine, car elle permet l’accès à des paramètres non mesurables dans l'ensemble du réseau et la simulation de perturbations ou de pathologies contrôlées. Les pathologies cardiovasculaires peuvent induire des modifications dans les réseaux microvasculaires, par altération des processus biologiques et des conditions hémodynamiques. Les observations cliniques associées montrent des anomalies de la morphométrie locale et de la topologie du réseau. Ces anomalies vasculaires peuvent entraîner d'importantes variations du flux sanguin, car une forte interaction existe entre l'hémodynamique et la morphologie à l'échelle microvasculaire ; et provoquer des variations dans l’oxygénation et les capacités fonctionnelles, car c’est la zone d'échanges essentiels entre le sang et les tissus. Ainsi, la distribution discrète des globules rouges et des nutriments, dans le réseau est cruciale dans le bon fonctionnement des organes. Cette distribution, guidée par la topologie du réseau, est le résultat de nombreux phénomènes non linéaires complexes. Mieux comprendre ce qui se passe au niveau microvasculaire serait d'un intérêt majeur pour mesurer les retentissements hémodynamiques d’une anomalie locale et plus globalement d’une pathologie, ce qui permettrait d’en améliorer le dépistage et la prise en charge. Dans cette thèse, nous proposons deux types d'approches sur le sujet : l'une est une modélisation numérique où nous nous concentrons sur la répartition du flux dans le réseau avec une approche continue du sang ; et l'autre est une modélisation expérimentale où nous nous concentrons sur la répartition des globules rouges avec une approche discrète du sang. Pour les deux modélisations, des images morphométriques cliniques servent de base pour construire le réseau, une étape cruciale lors de l'étude de tels systèmes. D’abord, nous avons développé un modèle unidimensionnel patient-spécifique de la circulation artériolaire dans la rétine. Notre modèle est basé sur les lois de conservation et utilise des données d’imagerie de flux sanguin pour imposer des conditions aux limites réalistes. Pour vérifier notre modèle, nous effectuons une analyse de sensibilité et comparons ses résultats à des données de la littérature. Dans l'ensemble, notre modèle constitue un outil pour explorer la dynamique du flux sanguin rétinien et ses éventuelles implications cliniques. Ainsi, une application pour les cas de sténoses simples et multiples est présentée dans la dernière partie. En parallèle, nous avons développé un dispositif microfluidique imitant le réseau artériel rétinien. Les expériences réalisées fournissent des données sur la résistance de la puce et le flux dans l'ensemble du réseau rempli de sang, ce qui permet une comparaison avec les résultats du modèle. De plus, il apporte des données nouvelles sur la répartition des globules rouges dans un vaste réseau, ce qui donne des pistes pour l’amélioration des lois mathématiques existantes pour la modélisation de la viscosité et de la répartition des globules rouges.