Caractérisation ex vivo et in vivo des tissus mous humains pour la modélisation biomécanique du sein

Ex vivo and in vivo characterisation of biological soft tissues for the biomechanical modelling of human breast

• Auteur / Autrice : Noémie Briot
• Direction : Yohan Payan, Gregory Chagnon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologie, instrumentation, signal et imagerie pour la biologie, la médecine et l'environnement
• Date : Soutenance le 29/11/2022
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale ingénierie pour la santé, la cognition, l'environnement (Grenoble ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Gestes médico-chirurgicaux assistés par ordinateur (Grenoble)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Techniques de l’ingénierie médicale et de la complexité - Informatique, mathématiques et applications (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Christian Geindreau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gregory Chagnon, Aline Brunon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Karine Bruyère, Fabrice Morestin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Sein -- Maladies

Tissus (histologie) -- Propriétés mécaniques

Tissu mou

Mots clés libres

Caractérisation

Modélisation

Tissus mous

Caracterisation

Modelling

Soft tissues

Résumé

Cette thèse a pour but d’avancer sur la caractérisation mécanique des tissus biologiques mous par l’utilisation de méthodes classiques et le développement de dispositifs expérimentaux originaux. Les méthodologies sont appliquées sur le sein dans le cadre de cette thèse, mais pourraient également s’appliquer à d’autres tissus biologiques.L’originalité de cette thèse est de proposer aussi bien des moyens de mesure ex que in vivo. Les tests mécaniques ex vivo sont des tests réalisés sur des échantillons post mortem. Une caractérisation expérimentale par des tests de traction uniaxiale a été réalisée sur une partie du sein très peu étudiée et qui pourtant joue un rôle majeur dans la structure mécanique de l’ensemble du sein : les ligaments de Cooper. Pour tester et analyser l’hypothèse classique utilisée dans la modélisation des tissus mous biologiques à savoir l’incompressibilité des tissus, un dispositif de mesure de compressibilité a été développé puis utilisé pour la mesure du coefficient de compressibilité des différents tissus du sein. Les résultats illustrent la faible compressibilité des tissus et renforcent la nécessité de la précision dans le choix des coefficients de Poisson de ces tissus biologiques.Au regard des limites des caractérisations post mortem, une adaptation de méthodes de caractérisations aux tissus biologiques in vivo a été développée dans cette thèse. Un dispositif d'aspiration de matériaux bicouches, permettant la mesure des modules d'Young, a été adapté puis mis en œuvre pour les tissus biologiques et testés sur des volontaires sains. Les résultats de la méthode sont concluants et en accord avec la littérature.Au final, l’ensemble de méthodes de caractérisations mécaniques développées lors de cette thèse est transposable à tous les tissus mous.

The aim of this thesis is to advance the mechanical characterisation of soft biological tissues through the use of classical methods and the development of original experimental devices. The methodologies are applied to the breast in this thesis, but could also be applied to other biological tissues.The originality of this thesis is to propose both ex and in vivo measurement methods. The ex vivo mechanical tests are tests performed on post mortem samples. An experimental characterisation by uniaxial traction tests was carried out on a part of the breast that has been little studied and yet plays a major role in the mechanical structure of the whole breast: Cooper's ligaments. To test and analyse the classical assumption used in biological soft tissue modelling, namely the incompressibility of the tissues, a compressibility measurement device was developed and used to measure the compressibility coefficient of the different breast tissues. The results illustrate the low compressibility of the tissues and reinforce the need for precision in the choice of Poisson's ratios for these biological tissues.Considering the limitations of post-mortem characterisations, an adaptation of characterisation methods in vivo biological tissue was developed in this thesis. A suction device for bilayer materials, allowing the measurement of Young's moduli, was developed and implemented for biological tissues and tested on healthy volunteers. The results of the method are conclusive and in accordance with the literature.In the end, the set of mechanical characterisation methods developed during this PhD is transposable to all soft tissues.