Modulographie vasculaire : application à l'identification in-vivo du module de Young local des plaques d'athérosclérose

• Auteur / Autrice : Simon Le Floc'h
• Direction : Gérard Finet, Jacques Ohayon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologie, instrumentation, signal et imagerie pour la médecine, la biologie et l'environnement
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Inversion (géophysique)

Athérosclérose

Biomécanique

Résumé

Ce travail de thèse a pour ambition le développement d'outils favorisant l'aide au diagnostic des patients atteints de la maladie cardiovasculaire. Il s'inscrit dans un programme de recherche qui vise à développer les nouvelles méthodologies de caractérisation in-vivo des plaques d'athéroscléroses coronariennes et de la prédiction de leur rupture spontanée. Ce travail s'inscrit dans la problématique de la résolution des problèmes inverses en mécanique des milieux continus, soit la recherche des propriétés locales d'un milieu à partir de la mesure de champs de déplacement en un grand nombre de points de ce milieu, ou « full-field measurements » en anglais. Dans ce cadre, nous proposons l'utilisation de critères de détection d'hétérogénéités permettant un préconditionnement des méthodes classiques de recherche de la répartition du module de Young. L'utilisation de tels critères est effectuée en employant un modèle paramétrique piloté par une segmentation itérative du domaine. L'outil développé au cours de cette thèse, l'iMOD (pour imaging modulography) a été validé en utilisant dans un premier temps des données simulées de type champs de déformation. Dans un second temps, nous avons utilisé des modèles physiques en polymère reproduisant des parois artérielles contenant des hétérogénéités. Cette phase expérimentale nous a permis d'estimer la précision de la méthode d'identification du module d'Young grâce à une comparaison avec les résultats de la mesure issue de l'aspiration par micropipette. Enfin, nous avons estimé la répartition locale du module de Young de quatre plaques d'athérosclérose humaines à partir de données cliniques acquises in-vivo. L'iMOD se révèle être un outil prometteur permettant de révéler la morphologie de la plaque pour aider au diagnostic. De plus, cet outil pourra aider à comprendre les mécanismes de développement de la plaque d'athérosclérose, puisqu'il délivre des informations sur les caractéristiques mécaniques des tissus de la plaque, qui sont directement reliées à leur composition biologique.

This thesis has the ambition to develop tools for assisting diagnosis of patients with cardiovascular disease. It is part of a research program which focuses on developing new methodologies for in-vivo characterization of coronary atherosclerotic plaques and the prediction of their rupture. This work deals with inverse problems in continuum mechanics, namely the local estimation of the mechanical properties of a medium from full-field measurements. In this context, we propose to use criteria based on continuum mechanics for the detection of heterogeneities allowing a pre-conditioning method for the algorithms estimating the distribution of Young modulus. The use of such criteria is performed by using a parametric model driven by an iterative segmentation of the domain. The tool developed in this thesis, the iMOD (for imaging modulography) was firstly validated using simulated strains. In a second step, we used polymer models replicating of the arterial walls which contained heterogeneities. This experimental phase has allowed us to estimate the accuracy of the identification method of Young modulus by comparison with the Young's modulus resulting of micropipette aspiration experiment. Finally, we estimated the local distribution of the Young modulus corresponding to four human atherosclerotic plaques using clinical data acquired in-vivo. The iMOD is very promising to provide information about plaque morphology for clinical diagnosis. In addition, this tool could help to a better understanding of the development of atherosclerotic plaque, as it gives information about the tissue stiffness which is directly related with its biological composition.