Caractérisation des micro-mécanismes de déformation et de rupture de la paroi d’anévrisme aortique

Characterization of deformation and rupture micro-mechanisms in aortic aneurysm wall

• Auteur / Autrice : Cristina Cavinato
• Direction : Pierre Badel, Laurent Orgéas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et Ingénierie
• Date : Soutenance le 23/01/2019
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : Ed Sis 488
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École nationale supérieure des mines (Saint-Etienne ; 1816-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Ingénierie et Santé / CIS-ENSMSE
• Jury : Président / Présidente : Bertrand Wattrisse
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Orgéas, Bertrand Wattrisse, Sam Evans, Katia Genovese, Sabine Rolland du Roscoat, Olivier Germain-Thomas, Salvatore Campisi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bertrand Wattrisse, Sam Evans

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rupture

Microstructure (physique)

Anévrisme de l'aorte

Mots clés libres

Anévrisme de l’aorte ascendante

Rupture

Phénomènes microstructuraux

Réponse mécanique locale

Ascending aortic aneurysm

Rupture

Microstructural phenomena

Local mechanical response

Résumé

La paroi de l'aorte thoracique ascendante présente une microstructure complexe et hétérogène qui peut être sujette à la pathologie d'anévrisme, une dilatation irréversible associée à un remodelage dégénératif de la microstructure. Ce dernier entraîne une modification du comportement mécanique du tissu, dont les conséquences les plus graves sont la rupture ou la dissection.L'objectif de cette thèse est d'aborder l’hypothèse scientifique suivante : les phénomènes qui se produisent au niveau de la structure fibreuse microscopique de collagène et d'élastine sont impliqués ou même responsables de la réponse mécanique macroscopique des anévrismes de l'aorte thoracique ascendante, notamment proche de la rupture. Une méthodologie expérimentale a permis d’allier, en une approche unifiée, un essai mécanique de gonflement ex vivo, un dispositif optique de mesure haute résolution de l'épaisseur des échantillons, un dispositif de corrélation d’images numériques pour la mesure de champs de déplacement, un microscope confocal biphotonique. Des analyses spécifiques aux patients ont été réalisées sur des échantillons d'aorte animale et humaine, en particulier des anévrismes de l'aorte thoracique ascendante humaine, d'un état non chargé jusqu’à rupture. Les relations entre l’état mécanique local et la morphologie microstructurale des composants fibreux de la couche aortique externe, l'adventitia généralement considérée comme la barrière ultime avant rupture, ont été étudiées. Les contributions majeures consistent en des observations des structures fibreuses en réponse au scénario de chargement, jusqu'à rupture, et des liens quantitatifs avec l'état mécanique et les données cliniques.

The wall of the ascending thoracic aorta retains a complex heterogeneous microstructural organization which can be subjected to aneurysms, irreversible dilatations associated with degenerative remodeling processes of the microstructure. The latter results in an altered mechanical behavior of such key tissue whose utmost consequences are rupture or dissection.The following hypothesis is addressed: the phenomena which occur at the microscopic fibrous structure of collagen and elastin are involved or even responsible for the macroscopic mechanical response of ascending thoracic aortic aneurysms, in particular when close to rupture. Towards an improved understanding of the structure-to-mechanics relationship, an experimental methodology enabled the consistent coupling of several test benches: a mechanical inflation test, an optical device for high resolution measurements of the specimen thickness, a image correlation set-up for full-field displacement measurements and a two-photon microscopy bench. Patient-specific analyses were conducted on ex-vivo specimens of animal and human thoracic aortae, in particular human ascending thoracic aortic aneurysms, up to rupture. The analyses focus on the relationship between local mechanical state and microstructural morphology of the principal fibrous components of the outer aortic layer, usually seen as ultimate resistive barrier before rupture. The connection between these data and fundamental information inherent to clinics or morphometry are analyzed. The resulting contribution consists of advanced observations of the fibrous recruitment and reactions to the loading scenario and quantitative links with mechanics and clinics