Prédiction du risque de hernie abdominale par imagerie dynamique et outils biomécaniques

Prediction of abdominal hernia risk using dynamic imaging and biomechanical tools

• Auteur / Autrice : Grégoire Deshairs
• Direction : Thierry Bege
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie-Santé - Spécialité Recherche Clinique et Santé Publique
• Date : Inscription en doctorat le 13/05/2024
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Recherches Biomédicales
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LBA - Laboratoire de Biomécanique Appliquée

Mots clés

Mots clés libres

Biomécanique

Paroi abdominale

Pression intra-abdominale

IRM dynamique

Biomechanics

Abdominal wall

Dynamic MRI

Intra-abdominal pressure

Résumé

La paroi abdominale est une structure anatomique complexe qui délimite la cavité abdominale. Muscles grands droits, muscles latéraux, tissus aponévrotiques et péritoine forment une protection des viscères et jouent un rôle central dans la régulation de la pression intra-abdominale (PIA) lors de la respiration, de la toux ou encore de la miction.Cependant, en présence d'un orifice naturel ou d'une cicatrice issue d'une intervention chirurgicale antérieure, une protrusion de tissus et d'une partie des organes abdominaux peut avoir lieu à travers la paroi abdominale, on parle alors d'hernie abdominale. Deux types de hernies abdominales seront considérés dans cette étude : les hernies dites primaires, lorsque la hernie apparait dans une zone de faiblesse naturelle (ombilic ou faiblesse de la ligne blanche médiane), et les hernies dites incisionnelles ou éventrations, dans le cas où la hernie survient près d'une cicatrice postopératoire constituant une zone fragilisée. La plupart des hernies sont asymptomatiques mais certaines sont le siège d'une incarcération ou d'un effet d'étranglement des viscères provoquant ainsi une douleur et nécessitant une intervention chirurgicale en urgence. Les enjeux médico-économiques sont majeurs. Les réparations de hernies abdominales sont les actes les plus pratiqués en chirurgie viscérale, avec près de 45 000 opérations par an en France et 500 000 par an aux Etats-Unis [1], [2] . Paradoxalement, du diagnostic à la technique chirurgicale et au suivi post-opératoire, le chirurgien ne dispose d'aucun moyen d'évaluation quantitatif du comportement mécanique de la paroi du patient pour le guider dans sa prise de décision, notamment concernant le choix d'un implant pariétal adapté au patient. Ce manque de standardisation et de personnalisation du geste chirurgical pourrait expliquer les taux d'échecs très élevés de la réparation de la paroi abdominale : jusqu'à 18% à un an et 28% à deux ans [3], [4] ainsi que le manque de consensus entre les chirurgiens[5], [6] . Ces échecs conduisent à des récidives de hernies incisionnelles, aggravant le coût économique de la prise en charge chirurgicale, estimé à 200 millions d'euros en France par an et de 3,2 milliards de dollars aux Etats-Unis [1], [2] .A ce jour, peu de connaissances scientifiques sont disponibles pour comprendre les mécanismes qui conduisent à une hernie. Le type d'intervention chirurgicale influence les propriétés mécaniques de la paroi réparée. La croissance et le remodelage de nouveaux tissus doivent permettre de résister aux forces mises en jeu au niveau de la paroi abdominale. Le développement de techniques permettant de définir in vivo des paramètres biomécaniques mesurables permettraient de standardiser et d'adapter le geste chirurgical. Dans ce contexte plusieurs travaux de recherches sont menés actuellement. L'utilisation de l'imagerie par résonance magnétique dynamique (cine-IRM) est en cours d'évaluation par le Laboratoire de Biomécanique Appliquée (LBA). Elle semble être une technique prometteuse pour l'évaluation des déformations de la paroi abdominale [7], [8] . Un autre axe de recherche de cette équipe porte sur la mesure de la PIA de manière non-invasive grâce à un dispositif ingérable nommé SmartPill TM développé par Medtronic qui permet d'estimer les contraintes mécaniques appliquées à la paroi abdominale [9] . Des travaux sont également menés sur l'élastographie ultrasonore comme un moyen de caractériser l'élasticité des tissus aponévrotiques [10] . D'autres outils spécifiquement développés pour une analyse mécanique non invasive ont récemment émergé, notamment une ceinture abdominale équipée de capteurs d'efforts/déformations. Ces outils pourraient permettre (i) l'amélioration de la prévention des éventrations par l'identification des patients à risque, (ii) la caractérisation de la paroi abdominale in vivo permettant une planification chirurgicale personnalisée pour la réparation des hernies : choix de l'implant (modèle, taille), positionnement de l'implant et type de fixation notamment et (iii) un suivi post-opératoire plus avancé et personnalisé permettant de détecter rapidement la dégradation de la réparation. L'objectif de ce travail de thèse sera de poursuivre l'évaluation et le transfert sur patients des outils précédemment décrits. En parallèle du développement de ces méthodes expérimentales, des outils numériques basés sur la modélisation et la simulation du comportement de la paroi abdominale pourront être utilisés pour apporter des éléments de compréhension supplémentaires.

The abdominal wall is a complex anatomical structure delimiting the abdominal abdominal cavity. The rectus abdominis, lateral muscles, aponeurotic tissue and peritoneum protect the viscera and play a central role in regulating intra-abdominal pressure (IAP) during breathing, coughing and urination. However, in the presence of a natural orifice or a scar from a previous surgical procedure, tissue and part of the abdominal organs may protrude through the abdominal wall, a condition known as abdominal hernia. To date, little scientific knowledge is available to understand the mechanisms mechanisms that lead to a hernia. The type of surgical intervention influences the mechanical properties of the repaired wall. The growth and remodelling of new must be able to withstand the forces acting on the abdominal wall. The development of techniques for defining measurable biomechanical parameters measurable biomechanical parameters would enable us to standardize and adapt the surgical procedure. In this context, a number of research projects are currently underway. The use of dynamic magnetic resonance imaging (cine-MRI) is currently being evaluated by the Applied Biomechanics Laboratory (LBA). It appears to be a promising technique for assessing abdominal wall deformations [7], [8]. Another area of research non-invasive PIA measurement using an ingestible device called SmartPill TM device called SmartPill TM developed by Medtronic, which estimates the mechanical stresses applied to the abdominal wall [9] . Work is also being carried out on ultrasound elastography as a means of characterizing the elasticity of aponeurotic tissues tissues [10] . Other tools specifically developed for non-invasive mechanical analysis non-invasive mechanical analysis, including an abdominal belt equipped with strain/stress sensors. These tools could be used to (i) improve the prevention of venting by identifying at-risk patients, and (ii) characterize the abdominal wall in vivo. identifying patients at risk, (ii) characterizing the abdominal wall in vivo, allowing personalized surgical planning for hernia repair: choice of implant implant choice (model, size), implant positioning and type of fixation and (iii) more advanced and personalized post-operative follow-up, enabling early detection of repair degradation. The aim of this thesis will be to further evaluate and transfer to patients the tools described above. In parallel with the development of these experimental methods, numerical tools based on modeling and simulation of abdominal wall behavior will be used to provide additional insights.