Soutenance mémoire
La problématique des lésions hépatiques
Rappelons tout d’abord que notre problématique de recherche porte sur l’analyse biomécanique des mécanismes qui gouvernent les lésions hépatiques en situation d’impact. Définir le contexte de ce travail de recherche nécessite alors dans un premier temps de considérer l’anatomie de cet organe et son environnement, mais aussi l’épidémiologie des lésions qui le touchent pour évaluer leurs conséquences en termes de santé publique. En parallèle, une étude mécanique est également pertinente puisque toute lésion peut également être considérée comme un phénomène de rupture complexe qu’il s’agit de décrire au mieux pour pouvoir le prédire et le prévenir.
Description anatomique du foie
La glande hépatique, organe le plus volumineux du corps humain, présente ses propres spécificités structurales et environnementales que doivent prendre en compte les approches mécaniques et numériques. Il convient donc de lever les verrous suivants :
✪ Quelles sont les principales caractéristiques de la structure « foie » et quels types de matériaux y associer ?
✪ Dans quel environnement évolue le foie ? Quelles sont les contraintes que lui imposent les autres constituants de la cavité abdominale ?
Le foie dans son contexte anatomique
Pour comprendre dans quelles conditions le foie évolue dans la cavité abdominale, les structures qui interagissent avec cet organe doivent être isolées. Il s’agit alors de déterminer dans quelle mesure ces interactions sont déterminantes dans le mécanisme d’accroche et de maintien du foie.
Organisation générale de la cavité abdomino-pelvienne
La cavité abdomino-pelvienne
La cavité abdomino-pelvienne est située au dessous du thorax et a très grossièrement la forme d’un cylindre aplati dans le sens antéropostérieur (Bouchet et Cuilleret 2001). Elle contient la plus grande partie de l’appareil digestif et de l’appareil uro-génital. Elle est divisée en deux étages par un plan virtuel correspondant à l’ouverture supérieure du bassin . Au dessus de ce plan se trouve la cavité abdominale séparée de la cavité thoracique par le diaphragme. Au dessous de ce plan se trouve la cavité pelvienne dont l’orifice inférieur est fermé par les formations musculo-aponévrotiques du périnée.
La cavité abdominale
C’est dans la cavité abdominale que se loge la plus grande partie de l’appareil digestif, dont le foie, et la partie haute de l’appareil urinaire. Les parois de la cavité abdominale sont essentiellement musculaires et souples, contrairement à celles de la cavité pelvienne qui sont plus osseuses (Bouchet et Cuilleret 2001). A l’intérieur, le péritoine sépare la cavité péritonéale, qui contient l’appareil digestif, de l’espace rétropéritonéal où se trouve l’appareil urinaire . Dans la cavité péritonéale, on distingue deux étages : l’étage sus-mésocolique et l’étage sous-mésocolique, séparés horizontalement par le méso colon et le colon transverse .
Situation et morphologie du foie
Situation et vascularisation
Le foie est l’organe le plus volumineux du corps humain. Il est situé sous le diaphragme dans l’étage sus-mésocolique . Sa plus grande partie occupe la totalité de l’hypochondre droit mais il se prolonge dans la partie antérieure de l’épigastre devant l’estomac et parfois jusqu’à la rate dans l’hypochondre gauche . Il est en grande partie recouvert par la paroi thoracique .
Une de ses principales particularités est sa vascularisation très riche. La vascularisation afférente est à la fois nourricière par l’intermédiaire des artères hépatiques et fonctionnelle par l’intermédiaire de la veine porte qui lui apporte le sang issu du tube digestif, de la rate et du pancréas (Bouchet et Cuilleret 2001). La vascularisation efférente transportée par les veines hépatiques se draine dans la veine cave inférieure . Le foie possède en plus son propre appareil excréteur formé par les canaux biliaires qui déversent la bile dans le duodénum par l’intermédiaire des voies biliaires extra hépatiques.
Morphologie générale
La forme générale du foie est celle d’un ovoïde aplati disposé transversalement avec une grosse extrémité à droite et une extrémité gauche effilée. Ses dimensions moyennes, chez l’adulte, sont de 28 cm de long sur 15 cm dans le sens antéropostérieur et 8 cm d’épaisseur au niveau de la partie droite (Bouchet et Cuilleret 2001). In vivo, il pèse environ 2 kg, dont 800g de sang. De couleur rouge brun, le foie est de consistance ferme. Il est constitué d’un parenchyme friable entouré d’une enveloppe fibreuse d’origine péritonéale, la capsule de Glisson, qui creuse des sillons caractéristiques dans l’organe.
Le foie est décrit comme présentant trois faces en coupe sagittale (Vitte et Chevallier 2006) :
• la face supéro-antérieure (ou diaphragmatique) est convexe, soulève la coupole du diaphragme et s’abaisse derrière la paroi abdominale antérieure. Sur cette face, la ligne de réflexion du péritoine viscéral du foie (la capsule de Glisson) sur le péritoine pariétal antérieur forme le ligament falciforme qui permet de distinguer un lobe droit et un lobe gauche du foie .
• la face inférieure (ou viscérale), légèrement concave, est au contact des viscères sous jacents. Elle regarde en bas et en arrière et reçoit le pédicule vasculaire hépatique. Les structures observées décrivent un H : deux sillons sagittaux reliés par un sillon transverse (Vitte et Chevallier 2006). Le sillon transverse, plus profond, forme le hile du foie qui abrite le pédicule hépatique. Le sillon sagittal droit, large, contient la vésicule biliaire en avant et la veine cave inférieure en arrière. Le sillon sagittal gauche, plus étroit, est formé par la fissure du ligament rond. Entre les deux sillons sagittaux sont délimités le lobe carré en avant du hile et le lobe de Spiegel (ou lobe caudé) en arrière du hile .
• la face postérieure est verticale et sépare les deux faces précédentes.
Variations anatomiques
La morphologie générale décrite dans le paragraphe précédent peut varier d’un individu à l’autre. En effet, le développement respectif des lobes gauche et droit dépend en grande partie du type morphologique du sujet (Cheynel 2007). Deux morphotypes extrêmes sont alors observés (Caix et Cubertafond 1978) :
• Chez le sujet bréviligne, la région thoraco-abdominale est large et l’angle infrasternal est ouvert. Les hauteurs des coupoles diaphragmatiques sont grandes et les profondeurs des hypochondres sont importantes. Cela se répercute au niveau du foie par un lobe gauche relativement important qui s’étale largement dans l’hypochondre gauche et recouvre complètement l’œsophage abdominal. Le foie gauche passe alors devant le rachis et peut ainsi être comprimé en cas de choc antéropostérieur. Le lobe droit n’atteint lui qu’un développement modéré. La disposition du foie est ventropétale et frontale et la cage thoracique le recouvre quasi-totalement.
• Chez le sujet longiligne, la région thoraco-abdominale est étroite et l’angle infra sternal est refermé. Les hauteurs des coupoles diaphragmatiques sont petites et les profondeurs des hypochondres sont peu importantes. Dans cette configuration, le parenchyme hépatique se déjette vers la droite et vers l’avant. Sa partie gauche est réduite. Sa partie droite, au contraire, atteint un développement maximum. La disposition du foie est alors dorsopétale et sagittale et il est plus partiellement recouvert par la cage thoracique.
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Table des matières
Introduction générale
Table des matières
Partie A La problématique des lésions hépatiques
Chapitre 1 Description anatomique du foie
I. Le foie dans son contexte anatomique
II. Structure et organisation du foie
III. Bilan de l’étude anatomique
Chapitre 2 Traumatologie du foie : épidémiologie et tolérance des tissus
I. Epidémiologie des traumatismes du segment abdominal
II. Epidémiologie des traumatismes du foie
III. Tolérances et critères de lésion
IV. Bilan de l’étude traumatologique
Chapitre 3 Observation et modélisation biomécanique des tissus mous
I. Etude expérimentale du comportement mécanique des tissus mous abdominaux
II. Quel comportement mécanique pour les tissus mous abdominaux ?
III. La modélisation numérique des tissus biologiques
IV. Bilan de l’étude biomécanique
Partie B Etude expérimentale du comportement du foie
Chapitre 1 Protocoles et résultats généraux
I. Introduction
II. Matériel et Méthodes
III. Analyse descriptive des résultats
IV. Bilan préliminaire de l’étude expérimentale
Chapitre 2 Exploitation détaillée des données expérimentales
I. Normalisation et construction de corridors
II. Evolution de grandeurs caractéristiques de l’essai
III. Analyse de corrélation
IV. Influence de la pressurisation
V. Les cas des foies pathologiques
Table des matières
Mémoire de thèse Page
Cécile CONTE
VI. Bilan de l’analyse des données expérimentales .
Chapitre 3 Discussion et perspectives
I. Les résultats obtenus
II. La méthodologie utilisée
III. Perspectives : poursuite et amélioration du protocole
IV. Bilan
Partie C Description mécanique du foie
Chapitre 1 Des modèles de comportement pour la description mécanique du foie
I. Les lois issues d’études expérimentales
II. Les lois utilisées dans les modèles HUMOS et MELBA
III. Modélisation de l’endommagement et de la rupture
IV. Bilan
Chapitre 2 Sur les milieux hyperélastiques endommageables
I. Théorie des grandes déformations : thermodynamique des milieux continus et lois de comportement
II. Modélisation du comportement hyperélastique
III. Modélisation de l’endommagement continu
Chapitre 3 L’approche choisie pour décrire le foie
I. Description du comportement de la structure « foie »
II. La description de l’endommagement : couplage entre éléments finis et description des structures
III. Recours à l’analyse inverse
IV. Bilan
Partie D Modélisation numérique
Chapitre 1 Etude du modèle homogène
I. Description du modèle
II. Recalage par rapport aux données expérimentales
III. Analyse de robustesse
IV. Bilan de l’étude de faisabilité sur modèle homogène
Chapitre 2 Construction d’un modèle de foie vascularisé
I. Mise en place géométrique
II. Maillage des différents constituants
III. Attribution des propriétés matériau
IV. Gestion des interactions
V. Implémentation de la rupture
VI. Bilan de la construction du modèle
Chapitre 3 Recalage, évaluation et discussion
I. Recalage du comportement général
II. Evaluation du modèle
III. Discussion
Table des matières
Mémoire de thèse Page
Cécile CONTE
IV. Bilan de l’étude numérique
Conclusion générale
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