Estimation de la pression aortique à l’aide de l’imagerie par résonance magnétique : Développement d’un modèle biomécanique d’écoulement.

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Ajouté le: 2/06/2014
Directeur : RODRIGUEZ Dima - dima.rodriguez@u-psud.fr
Titre : Estimation de la pression aortique à l’aide de l’imagerie par résonance magnétique : Développement d’un modèle biomécanique d’écoulement.
Thèmes : Physique et imagerie médicales
Laboratoires : IR4M UMR 8081 Imagerie par résonance magnétique médicale et Mul
Description :

ÉQUIPE D’ACCUEIL : Imagerie par Résonance Magnétique Médicale et Multi-Modalité (IR4M), UMR 8081

DIRECTEUR DE THESE : Dima Rodriguez

 

DESCRIPTIF ET APPORT DU TRAVAIL DE THÈSE :

Contexte de la recherche

La pression artérielle centrale est un déterminant principal de la fonction cardiaque, sa mesure est souvent cruciale pour l’évaluation clinique et le suivi des maladies cardiovasculaires. La forme de l’onde de pression renseigne sur la rigidité artérielle systémique, les réflexions, et la compliance aortique, parmi d’autres propriétés fonctionnelles du système cardiovasculaire. Associée à des mesures de flux aortique ou de volume ventriculaire, la pression centrale permet également de remonter à des indices d’efficacité ventriculaire gauche.
Contrairement à la pression périphérique qui est facilement mesurable avec un tensiomètre en routine clinique, les estimations précises de la pression dans les vaisseaux profonds tels que l’aorte nécessitent l’utilisation de cathéters intravasculaires. Cependant étant donné la nature invasive de cette procédure, l’exposition aux radiations qu’elle implique pour le guidage du cathéter, ainsi que le coût et le risque qui y sont associés, le développement de techniques alternatives non invasives offrirait un outil clinique de grande valeur pour la caractérisation de la fonction aortique et cardiaque.
Les techniques d’imagerie non invasives telles que l’imagerie par résonance magnétique (IRM), déjà largement utilisée pour la caractérisation du flux, de son interaction avec la paroi artérielle ainsi que l’évaluation de la fonction cardiaque et valvulaire, peut potentiellement constituer un outil alternatif de mesure de pression.
L’IRM peut fournir des images anatomiques ainsi que des images fonctionnelles, permettant une analyse précise de l’anatomie des organes et une bonne compréhension de leurs fonctions et des pathologies qui les affectent. Au niveau cardiovasculaire, elle permet d’acquérir non seulement des images dynamiques du cœur et des gros vaisseaux mais également des images fonctionnelles de vitesse de l’écoulement sanguin voire de son accélération. Le développement d’une technique de mesure de pression par IRM offrirait un outil important d’évaluation et de surveillance permettant une localisation précise des estimations de pression par rapport à l’anatomie. Cette alternative servirait également comme outil non invasif de recherche pour l’étude de la physiologie, la dynamique et la fonction cardiovasculaire.
Des méthodes basées sur l’échographie et l’imagerie par résonance magnétique ont déjà été proposées dans la littérature. En se basant sur les équations de Bernoulli ou de Navier-Stokes, ces méthodes permettent d’estimer un gradient de pression à partir de mesures de vitesse ou d’accélération. Les pressions estimées par ces méthodes restent cependant relatives à un point de pression de référence qui doit être choisi arbitrairement ou mesuré d’une façon invasive. La mesure non-invasive de la pression « absolue » demeure donc un enjeu majeur pour l'imagerie cardiovasculaire.
C’est ainsi qu’en couplant l’IRM à la modélisation biomécanique que nous cherchons à remonter à des estimations de pression locale absolue dans l’aorte, et ce à partir d’images de vélocimétrie.


Objectifs

L’objectif de ce travail est de développer un modèle biomécanique tenant compte de la géométrie complexe de l’aorte ainsi que des hétérogénéités dans le comportement élastique des parois artérielles. Le modèle devrait s’adapter à différentes pathologies et être personnalisable (spécifique au patient).

Un banc expérimental d’écoulement constitué d’une pompe à flux pulsatile simulant le cœur et des fantômes vasculaires d’aorte sera mis en place pour valider le modèle théorique en effectuant des mesures simultanées de pression par fibre optique et de vélocimétrie par IRM. La comparaison des mesures locales, obtenues par les sondes de pression, aux estimations données par le modèle mènera au perfectionnement de ce dernier. Les résultats expérimentaux aideront à ajuster les paramètres du modèle, et examiner la pertinence des différentes hypothèses simplificatrices, de sorte à aboutir au modèle le moins complexe possible qui représenterait au mieux la réalité.

La validation expérimentale du modèle permettra de remonter à des estimations de pression « absolues » et « locales » tout au long de l’aorte à partir des images de vitesse uniquement.
Ultérieurement, un protocole d’acquisition sur des volontaires sains et des patients serait envisageable afin d’examiner la légitimité de la méthode en tant qu’outil clinique de diagnostic.

Par ailleurs, le modèle biomécanique pourrait également permettre la mise au point de nouvelles techniques d’IRM de vélocimétrie. En effet, il peut fournir des a priori sur l’écoulement qu’on pourrait utiliser pour améliorer les techniques d’acquisition d’image notamment les rendant mieux ciblées et plus rapides.

 

Pré-requis

Le profil idéal du candidat est scientifique/ingénieur, il (elle) devra avoir une bonne maitrise des mathématiques et des connaissances solides en mécanique/biomécanique des fluides. Le candidat doit avoir un goût pour l’expérimentation, un intérêt pour les applications médicales et des compétences en programmation (langage C et Matlab)


Compétences acquises lors du travail de thèse

A l’issu de ce travail de thèse le doctorant aura acquis des connaissances en biomécanique, en physique de résonance magnétique, approfondi ses connaissances en programmation et maitrisé les outils et techniques d’imagerie. Au cours de la thèse il (elle) sera amené à communiquer sur son travail au niveau national et international, il (elle) prendra en main la conduite et la gestion de son projet, et il (elle) acquerra une méthodologie rigoureuse de travail scientifique, dans un esprit analytique et critique.