Analyses nonlinéaires du signal turbulent : applications à la microchirurgie vasculaire

par Philippe May

Thèse de doctorat en Sciences chirurgicales

Sous la direction de Éric Vicaut.

Soutenue en 2001

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté de médecine (Le Kremlin-Bicêtre, Val-de-Marne) (autre partenaire) .

Le président du jury était Jean-Marie Servant.

Le jury était composé de Jean-Marie Servant, Alain Pavie, Bernard Lévy, Daniel Loisance, Dominique Franco.

Les rapporteurs étaient Alain Pavie, Bernard Lévy.


  • Résumé

    En microchirurgie la réalisation de sutures et d'anastomoses artérielles aggrave la turbulence hémodynamique et peut favoriser en aval la survenue de microthrombi, d'une sténose, dun anévrysme. L'appréciation immédiate de la qualité de l'hémodynamique dépend encore d'un test de perméabilité subjectif qui n'atteint pas une précision et une reproductibilité scientifique. Une détection scientifique rapide et précise de la sévérité de cette turbulence est primordiale et permettrait une correction per ou postopératoire précoce par le microchirurgien. Cette étude s'est focalisée sur l'analyse de la turbulence du signal de débit. Deux méthodologie­mathématiques ont été employées : La première, issue de la théorie des systèmes dynamiques nonlinéaires de Henri Poincaré, a nécessité la reconstruction de l'espace des phases de chaque signal afin d'en estimer les paramètres de nonlinéarité (dimension de corrélation et plus grand exposant de Lyapunov). La faisabilité méthodologique a été testée grâce à une étude in vitro réalisée sur l'artère carotide de rat placée dans une chambre de flux, puis confirmée par une étude in vivo chez le rat anesthésié. L'analyse de la turbulence du signal pulsé de débit enregistré en aval de sténoses concentriques a démontré expérimentalement l’augmentation du niveau de turbulence hémodynamique en fonction du degré de la sténose artérielle. Cette relation a permis de différencier trois techniques d'anastomoses. La seconde est dérivée d'un outil de traitement du signal puissant : la Transformée en Ondelettes. Elle a été testée sur la banque de signaux de débit enregistrés en conditions in vivo en aval de sténoses, puis appliquée à la détection de la formation de microthrombi. Cette méthodologie a optimisé la rapidité du calcul analytique et l'acuité de l'analyse de la turbulence du signal de débit. Un brevet a été enregistré. Ce travail s'inscrit dans un champ de recherche pluridisciplinaire et novateur : la Microfluidique.

  • Titre traduit

    Nonlinear analyses of the turbulent signal : applications for vascular microsurgery


  • Résumé

    In microsurgery, the sutures and the arterial anastomoses aggravate hemodynamic turbulence and can facilitate the downstream occurrence of microthrombi, a stenosis or an aneurism. Immediate assessment of hemodynamic quality is still dependent upon a subjective test of permeability which does not attain scientific criteria of precision and reproducibility. Fast and precise scientific detection of the severity of this turbulence is useful for per or postoperative microsurgical correction. This study is focused on the analysis of turbulence of the flow signal. Two mathematical methodologies were used: The first, taken from the nonlinear dynamic systems theory of Henri Poincaré, necessitated the reconstruction of the phase space of each signal in order to estimate the parameters of nonlinearity (correlation dimension and largest Lyapunov exponent). Methodological feasibility was tested following an in vitro study conducted on the rat carotid artery placed in a flow chamber, then confirmed by an in vivo study on the anesthetised rat. Analysis of the turbulence of the pulsatile flow signals recorded downstream of the concentric stenoses experimentally demonstrated the increase of hemodynamic turbulence level in function of the degree of arterial stenosis. This pulsatile flow / turbulence relation led to the differentiation between three techniques of anastomoses. The second methodology is derived from a powerful signal analysis tool: the Wavelet Transform. It was tested on the bank of flow signais recorded in vivo conditions downstream of the stenoses, then applied to detecting the formation of microthrombi. This methodology optimised the speed of analytical calculation and the accuracy of analysis of the flow signal. A patent has been taken out. This work forms part of an emerging pluridisciplinary research field: the microfluid dynamics.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (224 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 214-223 (114 réf.)

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université de Paris-Sud (Le Kremlin-Bicêtre, Val-de-Marne). Service Commun de la Documentation. Section Médecine.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TD/2001T036
  • Bibliothèque : Bibliothèque interuniversitaire de santé (Paris). Pôle pharmacie, biologie et cosmétologie.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : MFTH 3863
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