Soutenance mémoire
Revue des essais mécaniques pour les organes abdominaux
Dans le cadre de ce projet, un modèle numérique de l’abdomen, prenant mieux en compte les organes creux, sera réalisé. Au sein de ce modèle il faudra renseigner le comportement des organes en fonction du type de sollicitation appliquée (compression, traction, cisaillement…) et ceci aussi bien en statique qu’en dynamique. Ainsi pour la modélisation certaines données seront nécessaires :
– des données « matériaux » pour choisir les propriétés matériaux du modèle
– des données « organe complet » afin de valider les modèles à l’échelle de l’organe.
Les organes pleins
La revue bibliographique concernant ces organes n’est pas exhaustive mais est présentée à titre d’exemple.
Le foie
Le foie étant une structure d’un grand intérêt, il a été testé de façon conséquente. Une revue des différents test effectués sur le foie (échantillon et organe complet), est disponible . Il ressort de ce tableau qu’il existe un nombre conséquent de données concernant les propriétés mécaniques du foie en statique et en dynamiques. Il semble donc raisonnable d’essayer d’intégrer ces données au sein d’un modèle numérique avant de faire de nouveaux essais.
Les reins
Les reins sont actuellement les organes les mieux documentés. Il existe un nombre conséquent de données concernant les propriétés mécaniques des reins en statique et en dynamique. Il semble donc raisonnable d’essayer d’intégrer ces données au sein d’un modèle numérique.
Revue bibliographique : Les modèles « éléments finis » de l’abdomen
L’expérimentation sur corps humain est essentielle pour accéder aux propriétés mécaniques des tissus et tenter d’appréhender les mécanismes lésionnels. Toutefois, elle est très difficile à mettre en œuvre. C’est pourquoi, l’expérimentation est de plus en plus complétée par de la simulation numérique. Différents facteurs ont aidé au développement des modèles numériques par éléments finis :
– l’amélioration des moyens de calcul
– un coût inférieur par rapport aux essais sur sujets humains et sur mannequins
– une représentation plus fidèle en terme de géométrie mais également en terme de comportement mécanique
– le fait d’avoir accès aux déplacements, aux contraintes et aux déformations des structures anatomiques.
Avant de développer un nouveau modèle numérique de l’abdomen, il semblait logique de faire une synthèse des modèles numériques du corps humains. Les modèles répertoriés sont des modèles numériques d’être humain correspondant à un homme moyen. On notera que différents degrés de détails sont présents au niveau des organes abdominaux et que tous les modèles représentent les organes pleins (foie, rate et reins). Pour ce qui est des organes creux, l’estomac est l’organe le mieux représenté en terme de géométrie alors que les intestins sont le plus souvent modélisés par un ou plusieurs sacs. Les éléments de fixation des organes sont principalement modélisés par des interfaces de contact. La modélisation du réseau vasculaire se limite le plus souvent à la veine cave et à l’aorte. Les modèles présentés ci-après tentent de reproduire la cinématique de l’occupant ainsi que les réponses globales (effort, pénétration…) obtenues dans différentes configurations d’essais . La validation de ces modèles se fait le plus souvent sur la base de corridors expérimentaux. Il faut également noter que les modèles numériques ne sont encore que peu utilisés pour prédire les lésions des organes de l’abdomen et plus particulièrement celles des organes creux.
La plupart des modèles utilisent des lois de matériau viscoélastique linéaire pour les organes principaux de l’abdomen hormis le modèle WSUHAM qui utilise une loi viscoélastique nonlinéaire. Les organes creux sont modélisés le plus souvent par un unique sac. Deux approches sont utilisées pour les organes creux :
– une modélisation à l’aide d’un solide
– une modélisation à l’aide d’un airbag.
La modélisation des organes creux est donc assez sommaire et ne permet pas une simulation fine des mécanismes lésionnels. On peut également noter que les propriétés des organes abdominaux peuvent différer fortement d’un modèle à l’autre.
Synthèse et problématique de l’étude
L’état de l’art qui a été réalisé a permis de mettre en évidence plusieurs points. Les lésions de organes creux et du mésentère sont devenues majeures toutefois les hypothèses portant sur les mécanismes lésionnels ont été formulés pour la plupart par des cliniciens et n’ont jamais été validés. Les propriétés matériaux des organes creux sont peu documentées car les modes de chargement des organes creux sont complexes et difficiles à appréhender par l’expérimentation. L’importance de la fonction mécanique du mésentère a été soulignée. En effet, il est l’un des principaux éléments de fixation des organes creux. De plus il ressort que dans la plupart des modèles numériques de type éléments finis, la modélisation de la région abdominale est peu détaillée. Cette étude a donc pour objectif :
– de caractériser les propriétés mécaniques du mésentère
– d’améliorer les modèles EF en terme de comportement et de modélisation des organes creux
– d’intégrer les propriétés mécaniques du mésentère dans les modèles EF afin d’essayer de prédire des lésions.
La caractérisation des propriétés mécaniques du mésentère sera réalisée par le biais de la mise en place d’un protocole expérimental portant sur des essais de traction sur échantillons. Des principes de modélisation seront étudiés afin de comprendre la relation entre des paramètres numériques (interface, continuité du maillage…) et le comportement physique des modèles. Ces données de simulation seront validées par rapport aux essais de la littérature.
|
Table des matières
Introduction
Chapitre 1 : État de l’art
1.1. Eléments d’anatomie
1.1.1. La cavité péritonéale
1.1.2. Le mésentère
1.1.3. Disposition et moyens de fixation des organes
1.2. Revue épidémiologique : Lésions de l’abdomen
1.2.1. Bilan lésionnel de l’abdomen
1.2.2. Bilan lésionnel de l’appareil digestif
1.2.3. Lésions du mésentère
1.2.4. Mécanismes lésionnels des organes creux
1.2.5. Conclusion
1.3. Revue des essais mécaniques pour les organes abdominaux
1.3.1. Les organes pleins
1.3.2. Les organes creux
1.3.3. Les éléments de fixation
1.3.4. Conclusions
1.4. Revue bibliographique : Les modèles « éléments finis » de l’abdomen
1.5. Synthèse et problématique de l’étude
Chapitre 2 : Caractérisation des propriétés mécaniques du mésentère
2.1. Matériels et méthodes
2.1.1. Matrice d’essais
2.1.2. Prélèvement du mésentère et préparation des éprouvettes
2.1.3. Les moyens d’essais
2.1.4. Traitement des données
2.2. Résultas des essais
2.2.1. Localisation et aspect de la zone de rupture
2.2.2. Courbes Force vs. Déplacement
2.2.3. Efforts maximaux et déplacements associés
2.2.4. Contrainte vs. Déformation globale
2.2.5. Contrainte vs. Déformation moyenne
2.3. Discussion et conclusions
Chapitre 3 : Etude numérique – Eléments hexaèdres vs. éléments tétraèdres
3.1. Introduction
3.2. Aspect Numériques
3.2.1. Matériels et méthodes
3.2.2. Résultats
3.2.3. Discussion
3.3. Comportement global
3.3.1. Matériel et méthodes
3.3.2. Description des essais pour l’évaluation du comportement global
3.3.3. Résultats
3.3.4. Discussion
3.4. Conclusion
Chapitre 4 : Modélisation de l’abdomen – Comparaison d’approches de modélisation avec et sans interfaces internes et influence sur la cinématique du mésentère
4.1. Introduction
4.1.1. Description des modèles éléments finis
4.1.2. Propriétés matériaux des organes abdominaux
4.1.3. Type de chargement modélisé pour l’étude comparative
4.1.4. Comparaison des modèles
4.2. Résultats
4.2.1. Réponse mécanique globale
4.2.2. Variation de volume de la cavité abdominale
4.2.3. Cinématique globale et contraintes de Von Mises
4.2.4. Cinématique du mésentère et estimation de lésions du mésentère
4.3. Discussion et conclusions
Conclusions
