Recherche fondamentale

Simulations numériques

Publié le 09/01/2009 à 16h39 (mis à jour le 12/01/2009 à 14h06)

Mécanique des Fluides Numériques (MFN) et pathologie aortique
H. Rousseau , R. Moreno

INSERM U 858 I2MR (Institut de médecine moléculaire de Rangueil) Equipe X (Athérosclérose et artèriosclérose de Greffe) et Service de Radiologie. - CHU Rangueil, 1 Avenue Jean Poulhes - Bâtiment L3 - BP 84225 - 31432 Toulouse Cedex 4

La puissance de calcul des nouveaux ordinateurs permet actuellement d’effectuer des simulations numériques complexes, notamment de type Mécanique des Fluides Numériques (MFN), utiles dans l’industrie et dans la recherche pour optimiser la conception de nouveaux systèmes ou mieux comprendre certains phénomènes mal maîtrisés.

La plupart des simulations d’écoulements sanguins publiées jusqu’à présent, ont été réalisées sur des modèles in vitro théoriques ou in vivo avec une hypothèse de paroi rigide, voire linéaire élastique homogène isolée de toute contrainte extérieure. En d’autres termes, les simulations hémodynamiques réalisées à ce jour ne prennent pas en compte les variations physiologiques de la géométrie artérielle, négligeant ainsi l’effet pourtant majeur qu’elles ont sur l’écoulement sanguin.

L’objectif du projet OCFIA qui a eu un financement par l’ANR en 2007 est de coupler les techniques d’imagerie médicale, essentiellement morphologiques (IRM ou CT), et le calcul scientifique, à travers la MFN, afin de produire une imagerie fonctionnelle propre à fournir aux praticiens des informations quantitatives sur les paramètres physiques pertinents pour la compréhension de l’état biomécanique (champ de vitesses, de pression, de frottement pariétal, …) des patients.

Le projet OCFIA présenté ici, vise à relever un double défi :
1) faire le pas vers une prise en compte des variations géométriques physiologiques, des conditions limites pulsées et de la rhéologie sanguine lors de la simulation de l’écoulement sanguin dans les vaisseaux,
2) mettre au point une chaîne complète et optimisée de traitement des données médicales brutes, permettant ainsi une imagerie fonctionnelle biomécanique d’une qualité suffisante et en un temps suffisamment court pour constituer une véritable aide au diagnostic et à la décision thérapeutique.

Ainsi l’initiation et la progression d’un anévrisme, d’une dissection ou d’une sténose peuvent être mieux évaluées par ces méthodes. D’autres applications en particulier pour évaluer les contraintes sur les stent-grafts peuvent être envisagées, permettant d’optimiser le traitement et le matériel.

Patiente ayant bénéficiée d’une implantation d’un Stent-Graft sur la portion horizontale de l’arche, pour un faux anévrysme traumatique. L’imagerie fonctionnelle de l’aorte obtenue par IRM et calculs mathématiques, permet d’évaluer le flux et les turbulences au sein de l’arche aortique. On peut voir l’importance des turbulences aux deux extrémités du Stent-Graft et dans les courbures de l’arche.
Figure 1

Etude des forces de cisaillement (WSS) de la paroi.

Contrôle d’un Stent-Graft de la portion 1/2 de l’aorte thoracique descendante. On peut voir l’importance de ces forces (WSS) aux deux extrémités du Stent-Graft et dans les zones d’angulation.