Fiche Résumé du sujet de thèse 2017 Champs disciplinaire Génie Biologique et Médical Titre de la thèse : Simulation de l’interaction hémodynamique en assistance circulatoire mécanique mots-clés : ACRONYME Assitance circulatoire mécanique / simulation biomécanique / analyse hémodynamique SIMAC Unité/équipe encadrante : LTSI Inserm U 1099 / équipe IMPACT Nom du directeur scientifique et du co-directeur Erwan FLECHER (directeur), Pascal HAIGRON (co-directeur) Contacts : [email protected], [email protected] Contexte socioéconomique et scientifique L’insuffisance cardiaque (IC) est la principale cause de décès en Europe et aux Etats-Unis et près de 2% des dépenses de santé en Europe. Dans un contexte de pénurie de greffon, les pompes cardiaques, ou dispositifs d'assistance circulatoire mécanique de longue durée, ont acquis un rôle prépondérant pour le traitement des patients porteurs d’IC avancée. Ces dispositifs permettent de retarder ou d’éviter la transplantation. En raison des spécificités et de l'état critique des patients, un certain nombre de difficultés subsiste en per et postopératoires malgré la multiplicité des examens préopératoires. Cette option thérapeutique reste associée à des complications immédiates et au suivi parfois particulièrement graves (telles que la thrombose de pompe, les évènements thromboemboliques et le dysfonctionnement du dispositif). Des travaux récents menés dans l’équipe sur la description et l’analyse des structures anatomiques à partir de l’imagerie scanner ont permis d’envisager une implantation virtuelle en phase préopératoire. Les hypothèses et questions posées Nous formulons l’hypothèse qu’il est possible d’optimiser la prise en charge des patients (choix du dispositif, choix du site ventriculaire et des modalités d’implantation) par le moyen d’une planification préopératoire assistée par ordinateur. Les quelques études reportées jusqu’à présent, dont celles de l’équipe, s’appuient essentiellement sur l’analyse morphologique, notamment pour l’évaluation de l’encombrement thoracique. A ce jour, la littérature ne présente que de rares travaux relatifs à la simulation dans le contexte des assistances ventriculaires, permettant la compréhension des complications postopératoires. La principale question abordée dans ce travail est de mettre en œuvre une approche de simulation numérique fiable pour l’analyse précise des interactions fonctionnelles (de type fluide-structure) du dispositif avec l’environnement cardio-vasculaire. Les grandes étapes de la thèse et démarche Après une étude de l’état de l’art, les travaux porteront sur la modélisation biomécanique et la simulation CFD (Computational Fluid Dynamics) à partir de données réalistes et spécifiques patient afin de mieux comprendre le comportement et le fonctionnement du dispositif in-situ et son interaction hémodynamique. Il s'agira d'élaborer des connaissances permettant de déterminer et d'objectiver de nouveaux critères d'aide à la pose de pompes cardiaques, qui pourront ensuite être intégrés dans des solutions de planification. La simulation sera utilisée pour étudier l'influence de la position et de l'orientation des canules d’admission et d’éjection sur les performances hémodynamiques afin de définir des plages d'implantation optimale du dispositif et d’anticiper les complications. Le paramétrage du modèle et des simulations s’appuiera sur des observations issues de l’imagerie et de mesures spécifiques réalisées sur le patient (e.g. description morphologique à partir de l’imagerie scanner, mesure de flux et de la déplétion ventriculaire à partir de l’échographie, mesures de la résistance vasculaire systémique par monitorage hémodynamique non invasif), ainsi que sur les paramètres de réglage du dispositif (vitesse de la pompe). Approches méthodologiques et techniques envisagées Sur la base des connaissances théoriques actuelles, le modèle mis en œuvre devra satisfaire un compromis entre précision intrinsèque et faculté de paramétrage au regard des données observables / disponibles. Les simulations CFD pourront s'appuyer sur des modèles simplifiés et équivalents électriques pour la définition des conditions aux limites. Le dispositif sera assimilé à une fonction de transfert. Sur la base de l’état de l’art, plusieurs approches de modélisation seront envisagées : transitoire / stationnaire, en configuration statique ou dynamique (cœur battant), représentation générique / spécifique patient. Compétences scientifiques et techniques requises par le candidat Le candidat devra être issu d’un Master Recherche ou d'une école d'ingénieur proposant une formation solide en biomécanique, en modélisation et en traitement d'images.