Fiche Résumé du sujet de thèse 2017 Champs disciplinaire Génie

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 SIMAC
Assitance circulatoire mécanique / simulation biomécanique / analyse hémodynamique
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 : [e-mail], [e-mail]
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 post-
opératoires 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.