Fabrication des modèles physiques en polymère

micropipette ... 158 7.3. Acquisition de données à l’aide d’un banc IVUS de pressurisation des

modèles d’artère ... 161 7.4. Segmentation des contours intérieur et extérieur des modèles en PVA-C ... 162 7.5. Estimation des déformations à l’aide du LSME ... 163 7.5.1. Paramètres de l’estimateur de déformations 163 7.5.2. Ordre de grandeur des déformations radiales de la paroi des modèles

d’artère 164

7.6. Paramètres de notre algorithme de reconstruction de l’élasticité ... 164 7.7. Performance de notre algorithme pour la détection des insertions souples des

modèles d’artère ... 164 7.7.1. Identification de la répartition de la rigidité d’un modèle homogène 164 7.7.2. Détection des inclusions souples au sein des modèles 165 7.7.3. Evolution de la fonction objectif au cours de la détection des

constituants 166

7.8. Précision des contours identifiés... 167 7.8.1. Contours de référence utilisés comme base de comparaison 167

7.8.2. Indicateurs de qualité utilisés 167

7.8.3. Valeur de sensibilité et de prédiction positive 168

7.8.4. Distance maximale et distance moyenne 168

7.8.5. Estimation de l’épaisseur de la chape fibreuse et de l’aire des

insertions 169

7.9. Validations des modules de Young estimés par l’algorithme... 171 7.10. Reproductibilité des modulogrammes au sein d’une même séquence de

données IVUS ... 172 7.10.1. Reproductibilité de la mesure des déformations 172 7.10.2. Reproductibilité des contours des constituants 173 7.10.3. Reproductibilité des modules de Young identifiés 174 7.10.4. Reproductibilité locale : résultats visuels sur les modulogrammes 175 7.11. Conclusions sur les résultats expérimentaux ... 177

7.11.1. Performance de notre algorithme pour la détection de la morphologie

des modèles d’artère 177

7.11.2. Précision du positionnement des contours des constituants des

modèles et de l’estimation de la chape fibreuse 178 7.11.3. Performance de notre algorithme pour l’identification quantitative

des modules de Young des modèles 178

7.11.4. Reproductibilité de la méthode de reconstruction de l’élasticité 179 7.11.5. Vers la détection de corps nécrotiques in-vivo 179 7.11.6. Limitations liées à l’étude expérimentale 180

Précédemment, nous avons testé la méthode de reconstruction d’élasticité proposée en utilisant des champs de déformation simulés. La robustesse de l’algorithme vis-à-vis d’un certain nombre de biais introduits dans les données a été évaluée. Dans ce chapitre, nous présentons la validation expérimentale de notre méthode sur des modèles d’artère fabriqués en polymère.

Trois modèles d’artères ont été construits en cryogel d’alcool polyvinylique (PVA-C) qui polymérise et se durcit lorsqu’il subit des cycles de congélation et de décongélation. Cette caractéristique nous a permis, à l’aide de moules que nous avons réalisés, de construire des modèles sous forme de tubes ayant une rigidité entre 20 kPa et 200 kPa, selon le nombre de cycles de congélation-décongélation utilisés. La section des modèles, qui est de topologie constante suivant l’axe longitudinal du tube, contient des insertions plus ou moins rigides par rapport à la paroi environnante. L’ordre de grandeur de rigidité utilisé est comparable à l’ordre de grandeur de la rigidité des tissus constitutifs des artères. De plus, le polymère a l’avantage d’être quasi-incompressible, ce qui en fait un matériau mimant bien le comportement mécanique passif des tissus biologiques.

La chaîne complète de mesure in-vivo de la rigidité des artères est ainsi utilisée (i.e. acquisition de données RF, estimation des déformations (LSME), reconstruction de l’élasticité (iMOD), excepté la mesure du gradient de pression appliqué à la paroi intérieure du tube. Nous n’évaluons donc pas seulement notre algorithme mais bien l’ensemble de la chaîne de mesure qui pourra être utilisée en conditions in-vivo plus tard.

Nous évaluons la performance de la méthode de reconstruction de l’élasticité en tenant compte de la précision des contours des constituants détectés (cf. paragraphe 7.8) et celle des modules de Young identifiés pour chacun des constituants (cf. paragraphe 7.9). Pour estimer la précision des contours identifiés, nous les comparons aux contours estimés par segmentation manuelle sur l’image IVUS enregistrée au cours de l’essai de pressurisation. Pour estimer la précision des modules de Young identifiés, nous les comparons aux mesures d’élasticité effectuées au sein de notre laboratoire en utilisant la méthode d’aspiration par micropipette. Enfin, nous évaluons la reproductibilité de la méthode en estimant la répartition du module de Young d’une même section pour chacune des 10 paires d’images successives acquises au cours de l’augmentation de la pression intérieure (cf. paragraphe 7.10).

7.1. Fabrication des modèles physiques en polymère

Les modèles d’artères ont été construits en utilisant un polymère, le cryogel d’alcool polyvinylique (en anglais polyvinyl alcohol cryogel, ou PVA-C). La rigidité du PVA-C croit avec le nombre de cycle de congélation-décongélation qu’il subit. Une préparation rigoureuse telle que décrite par Fromageau et col., 2007 a été suivie. La solution utilisée a une concentration de 10% en masse d’alcool polyvinylique dissout dans de l’eau (Polyvinyl alcohol, Sigma-Aldrich). Le pourcentage en masse de particules employées comme diffuseurs (Sigmacell Cellulose, type 50, Sigma Chemical, St. Louis, MO, USA) est de 3%. Ces diffuseurs permettent d’avoir un bon signal échographique. La polymérisation et la rigidification du polymère a été induite par un nombre de cycles de congélation-décongélation égal à 1 ou 6, en utilisant une chambre à température contrôlée. Un cycle de congélation-décongélation dure 24h avec une cinétique de changement de température de ± 0.2 °C/minute.

Figure 55 : Photographies des sections des modèles fabriqués en cryogel d’alcool polyvinylique (PVA-C). Le Modèle # 1 ne présente aucune insertion et a été construit en utilisant un cycle de congélation-décongélation. Le Modèle # 2 présente une insertion moins rigide (un cycle) que le reste de la paroi plus rigide (six cycles). Le Modèle # 3 présente 2 insertions moins rigides (1 cycle) que la paroi (six cycles). Les insertions sont visibles car elles sont de couleur plus foncée sur ces photographies.

Les moules utilisés lors de la polymérisation ont été construits avec des tubes et des barres de différents diamètres et de différentes formes. Une attention particulière a été portée sur l’adhérence entre les différents constituants d’un même modèle d’artère, en vérifiant, après leur polymérisation, qu’aucun glissement n’était constaté à leur interface, et

cela au niveau des extrémités des modèles. Lors de la découpe des échantillons en fine tranche (ce qui a permit l’acquisition des images de la figure 55), l’adhérence entre les différents constituants a aussi pu être vérifiée. La figure 55 illustre les coupes des trois modèles réalisés et permet de s’apercevoir des dimensions des inclusions. Le tableau 6

indique les rayons moyens intérieurs et extérieurs des modèles en PVA-C. (mm) Modèle # 1 R intérieur 2.95 R extérieur 5.21 Modèle # 2 R intérieur 1.61 R extérieur 3.68 Modèle # 3 R intérieur 1.66 R extérieur 4.28

Tableau 6 : Rayons moyens, en mm, des contours des trois modèles en PVA-C.

7.2. Mesure des modules de Young à l’aide de l’expérience