Etude sur le défaut septal ventriculaire - L'impact de la patient-spécificité sur des accidents de la route

Investigation of Ventricular septal defect – The impact of traffic road accidents on specific patient

• Auteur / Autrice : Dorian Sweidy
• Direction : Morgane Evin
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences du Mouvement Humain - UGE
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2023
• Etablissement(s) : Université Gustave Eiffel
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences du mouvement humain
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LBA - Laboratoire de Biomécanique Appliquée

Mots clés

Mots clés libres

Défaut septal ventriculaire

Post-traumatique

Patient-spécificité

Accidents de route

Ventricular septal defect

Post traumatic

Patient-specific

Road accidents

Résumé

Ce projet de doctorat vise à étudier l'impact des accidents de la route et à comprendre le mécanisme associé à la communication interventriculaire post-traumatique. Les lésions cardiaques sont une complication courante des traumatismes fermés du thorax (BCT). La contusion myocardique est la lésion cardiaque la plus fréquente après une BCT et survient chez 16 à 76 % des patients victimes d'accidents de la route. D'autres blessures courantes comprennent les lésions valvulaires et l'insuffisance aortique. Cependant, la rupture ou le défaut traumatique de la cloison ventriculaire (VSR ou VSD) est une complication rare de la BCT. Les mécanismes des VSD traumatiques résultant d'un traumatisme contondant ont été peu préoccupants jusqu'à présent, mais deux théories dominantes ont été décrites. Le premier mécanisme postulé de VSD est une compression aiguë du cœur entre le sternum et la colonne vertébrale, entraînant une augmentation soudaine de la pression intracardiaque à la fin de la diastole ou de la systole isovolumétrique. Le deuxième mécanisme postulé est une perturbation microvasculaire provoquée par une lésion du myocarde, conduisant à un infarctus et à une liquéfaction du septum. L'intégration des conditions de débit spécifiques au patient ainsi que de la fonction cardiaque (interactions ventricule gauche - VG et ventricule droit-VD) pourrait être bénéfique pour la simulation d'accident spécifique au patient et la validation des hypothèses évoquées. Un tel projet de doctorat fournira ensuite : une spécificité du patient basée sur le flux mise en œuvre via un modèle localisé 1D (Partie 1), une interaction spécifique LV-RV et des obturations en fonction du patient (Partie 2) et enfin un banc de validation qui pourrait être utilisé pour une application ultérieure (aortique dynamique brutale par exemple). La première partie du programme de doctorat est l'étude du mécanisme basée sur une revue de la littérature et en utilisant un modèle localisé 1D du cœur basé sur le code Circadapt (Arts et al., 2003, 1991). Cette première partie vise à simuler les différentes hypothèses en terme de modification pression volume : c'est-à-dire simuler l'effet du blunt et de la circulation sanguine. Cette partie comprenant la revue de la littérature permettra de déterminer la modification nécessaire du modèle lumpé développé pour prendre en compte les différentes physiopathologies. La partie 2 vise à quantifier le changement de débit associé aux changements morphologiques et anatomiques ventriculaires et septaux. Sur la base d'un modèle de ventricule gauche précédemment développé, l'étude examinera 1) la modification de la contraction ventriculaire et de la pression de remplissage et des volumes des deux ventricules en cas de VSD aigu ; 2) la modification du flux pulmonaire et son impact dans ces conditions ; 3) les propriétés matérielles du myocarde septal sur la base de données préliminaires récentes sur la caractérisation mécanique biaxiale du myocarde. La partie 3 est la création d'un simulateur cardiaque pour la validation du modèle cardiaque et utilisant la vélocimétrie par image de particules. Une telle création de fantôme permettra de reproduire l'altération du remplissage et de la pression ventriculaire à l'aide d'un fantôme à deux chambres. L'eau glycérol sera utilisée pour imiter le sang et la quantification du modèle d'écoulement se fera en utilisant différentes approches de dynamique des fluides. Le fantôme à créer sera compatible IRM et utilisable avec la vélocimétrie par image de particules. Un travail spécifique a été mené sur les propriétés des matériaux synthétiques élastiques (obtenus par moulage et impression 3D) afin de pouvoir reproduire avec précision la contraction du ventricule gauche et le défaut septal. Ce programme de doctorat est réalisé en collaboration entre deux autres universités: l'Université Concordia à Montréal dans le laboratoire du Prof. L.Kadem pour la partie expérimentale du doctorat et avec l'université de Coventry pour la simulation cardiaque traumatique.

This PhD project aims at investigating the impact of traffic road accident and understand the mechanism associated with post traumatic ventricular septal defect. Cardiac injury is a common complication of blunt chest trauma (BCT). Myocardial contusion is the most frequent cardiac injury following BCT and occurs in 16–76% of patients in motor vehicle accidents. Other common injuries include valvular damage, and aortic insufficiency. However, traumatic ventricular septal rupture or defect (VSR or VSD) is a rare complication of BCT. The mechanisms of traumatic VSD occurring from blunt trauma have been of little concern until now, but two dominant theories have been described. The first postulated mechanism of VSD is acute compression of the heart between the sternum and the vertebral column, with a resultant sudden rise in intracardiac pressure at the end of diastole or isovolumetric systole. The second postulated mechanism is microvascular disruption caused by myocardial injury, leading to infarction and liquefaction of the septum. Integration of patient-specific flow condition as well as cardiac function (left ventricle - LV and right Ventricle-RV interactions) could be beneficial to patient-specific simulation of accident and validation of evocated hypothesis. Such PhD project will then provide: flow based patient-specificity implemented through 1D lumped model (Part 1), LV-RV specific interaction and fillings according to patient (Part 2) and finally a validation bench which could be used for further application (aortic blunt dynamic for example). Part 1 of the PhD program is the investigation of the mechanism based on a literature review and using a 1D lumped model of the heart based on Circadapt code (Arts et al., 2003, 1991). This first part aim at simulating the different hypothesis in term of pressure volume modification: this is to say simulating the effect of blunt and blood circulation. This part including the literature review will enable to determine the necessary modification of the developed lumped model to take into account the different pathophysiology. Part 2 aims at quantifying the change in flow associated with ventricle and septal morphological and anatomical change. Based on previously developed model of left ventricle, the study will be investigating 1) the modification in ventricular contraction and filling pressure and volumes of both ventricles in case of acute VSD; 2) the modification of pulmonary flow and its impact in those conditions; 3) the material properties of the septal myocardium based on recent preliminary data on myocardium biaxial mechanical characterization. Part 3 is the creation of a cardiac simulator for the validation of the heart model and using particle image velocimetry. Such phantom creation will enable to reproduce alteration of the ventricular filling and pressure using a two chambers phantom. Water glycerol will be used for mimicking the blood and the quantification of the flow pattern will be done using different approaches of fluid-dynamics. The phantom to be created will be MRI compatible and usable with particle image velocimetry. A specific work has been conducting on synthetic material properties of elastic material (obtained by molding and 3D printing) to be able to accurately reproduce the left ventricle contraction and septal defect. This PhD program is performed in collaboration between two other universities: the Concordia University in Montréal in Prof. L.Kadem's lab for the experimental part of the PhD and with Coventry university for traumatic heart simulation.