Evaluation du risque de rupture d'un anévrisme de l'aorte thoracique ascendante en fonction de la rigidité artérielle locale

Assessment of the ascending thoracic aortic aneurysm rupture risk based on the local arterial stiffness

• Auteur / Autrice : Solmaz Farzaneh
• Direction : Stéphane Avril, Olfa Trabelsi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et Ingénierie
• Date : Soutenance le 15/02/2019
• 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 : Ambroise Duprey
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olfa Trabelsi, Ambroise Duprey, Michel Labrosse, Alain Lalande, Umberto Morbiducci
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Michel Labrosse, Alain Lalande

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diagnostic non invasif

Éléments finis, Méthode des

Anévrisme de l'aorte

Mots clés libres

Méthode inverse non invasive

Rigidité membranaire locale

Éléments finis

Critère de risque de rupture spécifique au patient

Critère de risque en déformation

Non–invasive inverse method

Local extensional stiffness

Finite–elements

Patient–specific rupture risk criterion

Stretch ratio risk criterion

Résumé

Une méthodologie appelée identification de la rigidité membranaire locale (LESI) a été développée pour identifier de manière non invasive la rigidité membranaire locale in vivo chez les patients souffrant d’anévrisme de l’aorte thoracique ascendante (AATA). Pour l’aorte thoracique, un diamètre supérieur à 5.5 cm est considéré comme anévrismal et une intervention chirurgicale est recommandée. Le diamètre en tant qu’indicateur de risque actuel entraîne un taux élevé d’interventions chirurgicales mal programmées. Il est suggéré d’aider les médecins à prendre la bonne décision en prenant en compte des facteurs biomécaniques tels que les propriétés matérielles, comme nous l’avions précédemment indiqué en montrant qu’il existe une corrélation significative entre un critère de rupture de l’ AATA basé sur la déformation et la rigidité membranaire locale de l’aorte. La tomodensitométrie et les pressions brachiales ont été utilisées pour évaluer le risque de rupture des AATAs. Nous appliquons la méthode LESI à 11 patients pour reconstruire la déformation tout au long du cycle cardiaque, puis associer les déformations obtenues à des tensions, par le biais d’équations d’équilibre locales, afin d’estimer la rigidité membranaire locale à chaque position. Une très bonne corrélation entre le critère de risque de rupture et la rigidité membranaire locale a été trouvée. Enfin, nous montrons que les patients peuvent être séparés en deux groupes: un groupe d’AATAs rigides et fragiles et un groupe d’ AATAs relativement extensibles. Nous appliquons également la méthodologie LESI à l’échographie et l’IRM, pour étudier la possibilité de remplacer le scanner par d’autres modalités.

A methodology named local extensional stiffness identification (LESI) was developed to identify in vivo local extensional stiffness non-invasively in patients suffering from ascending thoracic aortic aneurysm (ATAA). An aneurysm is a ballooning of an artery, which can burst and lead to life threatening hemorrhage. For the thoracic aorta, a diameter greater than 5.5 cm is generally considered aneurysmal, and surgical intervention is recommended. The diameter as current risk indicator causes very high rate of misprogrammed surgical interventions. It this thesis it is suggested to assist physicians in taking the correct decision by considering biomechanical factors such as in vivo material properties of the tissue as we previously showed that there is a significant correlation between a stretch based rupture criterion of the ATAA and the local ex-tensional stiffness of the aorta. Gated computed tomography (CT) scans and brachial pressures were used to assess the risk of rupture of ATAAs. Using these images, we apply the LESI method for 11 patients to first reconstruct the strain throughout the cardiac cycle and then relate the obtained strains to tensions, through local equilibrium equations, to estimate the local extensional stiffness at every position. A very good correlation between the rupture risk criterion and the local extensional stiffness was found. Finally we show that patients can be separated in two groups: a group of stiff and brittle ATAA and a group of relatively compliant ATAA. We also apply the LESI methodology to other modalities, e.g. ultrasound and MRI, to investigate the possibility of substituting CT scans by other modalities avoiding radiations.