Simulation numérique des interactions fluide-structure dans une fistule artério-veineuse sténosée et des effets de traitements endovasculaires

• Main Author: Decorato, Iolanda
• Language: FRE
• Published: Université de Technologie de Compiègne 2013
• Subjects: [SDV:MHEP] Life Sciences/Human health and pathology; [SDV:MHEP] Sciences du Vivant/Médecine humaine et pathologie; Simulation numérique; Traitements endovasculaires; Compliance vasculaire; Sténose artérielle; Angioplastie par ballonnet; Positionnement d'un stent; FAV
• Online Access: http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00832342; http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/83/23/42/PDF/These_UTC_Iolanda_Decorato.pdf

Une fistule artérioveineuse (FAV) est un accès vasculaire permanent créé par voie chirurgicale en connectant une veine et une artère chez le patient en hémodialyse. Cet accès vasculaire permet de mettre en place une circulation extracorporelle partielle afin de remplacer les fonctions exocrines des reins. En France, environ 36000 patients sont atteint d'insuffisance rénale chronique en phase terminale, stade de la maladie le plus grave qui nécessite la mise en place d'un traitement de suppléance des reins : l'hémodialyse. La création et présence de la FAV modifient significativement l'hémodynamique dans les vaisseaux sanguins, au niveau local et systémique ainsi qu'à court et à plus long terme. Ces modifications de l'hémodynamiques peuvent induire différents pathologies vasculaires, comme la formation d'anévrysmes et de sténoses. L'objectif de cette étude est de mieux comprendre le comportement mécanique et l'hémodynamique dans les vaisseaux de la FAV. Nous avons étudié numériquement les interactions fluide-structure (IFS) au sein d'une FAV patient-spécifique, dont la géométrie a été reconstruite à partir d'images médicales acquises lors d'un précédent doctorat. Cette FAV a été créée chez le patient en connectant la veine céphalique du patient à l'artère radiale et présente une sténose artérielle réduisant de 80% la lumière du vaisseau. Nous avons imposé le profil de vitesse mesuré sur le patient comme conditions aux limites en entrée et un modèle de Windkessel au niveau des sorties artérielle et veineuse. Nous avons considéré des propriétés mécaniques différentes pour l'artère et la veine et pris en compte le comportement non-Newtonien du sang. Les simulations IFS permettent de calculer l'évolution temporelle des contraintes hémodynamiques et des contraintes internes à la paroi des vaisseaux. Nous nous sommes demandées aussi si des simulations non couplées des équations fluides et solides permettaient d'obtenir des résultats suffisamment précis tout en réduisant significativement le temps de calcul, afin d'envisager son utilisation par les chirurgiens. Dans la deuxième partie de l'étude, nous nous sommes intéressés à l'effet de la présence d'une sténose artérielle sur l'hémodynamique et en particulier à ses traitements endovasculaires. Nous avons dans un premier temps simulé numériquement le traitement de la sténose par angioplastie. En clinique, les sténoses résiduelles après angioplastie sont considérées comme acceptables si elles obstruent moins de 30% de la lumière du vaisseau. Nous avons donc gonflé le ballonnet pour angioplastie avec différentes pressions de manière à obtenir des degrés de sténoses résiduelles compris entre 0 et 30%. Une autre possibilité pour traiter la sténose est de placer un stent après l'angioplastie. Nous avons donc dans un deuxième temps simulé ce traitement numériquement et résolu le problème d'IFS dans la fistule après la pose du stent. Dans ces simulations, la présence du stent a été prise en compte en imposant les propriétés mécaniques équivalentes du vaisseau après la pose du stent à une portion de l'artère. Dans la dernière partie de l'étude nous avons mis en place un dispositif de mesure par PIV (Particle Image Velocimetry). Un moule rigide et transparent de la géométrie a été obtenu par prototypage rapide. Les résultats expérimentaux ont été validés par comparaison avec les résultats des simulations numériques.