• Aucun résultat trouvé

mechanobiologyof the

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2022

Partager "mechanobiologyof the"

Copied!
38
0
0

Texte intégral

(1)

Institut Mines-Télécom

Mechanics and

mechanobiology of the wall of the thoracic aorta

Stéphane AVRIL

(2)

Institut Mines-Télécom

ascending aorta

descending aorta

(thoracic aorta and abdominal aorta)

arch of aorta ▶ a local dilation of the aorta

due to aortic wall weakening

AORTIC ANEURISMS

MODMAD - 2015/11/09 - Stéphane AVRIL 2

(3)

Institut Mines-Télécom

SOCIETAL AND MEDICAL ISSUES

MODMAD - 2015/11/09 - Stéphane AVRIL 3

How can we predict the aneurysm’s rupture?

Thoracic aortic aneurysms per year: 15000 people in the US, +30000 people in Europe with a male preponderance.

50-60% involves the ascending aorta.

(4)

Institut Mines-Télécom MODMAD - 2015/11/09 - Stéphane AVRIL 4

I) Aneurysm excised specimen.

II) Separation of Media and Adventitia.

Adventitia Media

Circumferential

A x ia l

Circumferential

A x ia l

III) Inflation test device. Speckle pattern is made before starting the

inflation test Circumferential

A x ia l

Adventitia & Media

Circumferential

A x ia l

II) Media and Adventitia.

Characterization of the modes of rupture

Romo et al. Journal of Biomechanics -

2014.

(5)

Institut Mines-Télécom

camera

Instron machine protector

Undeformed Deformed

x y

Full-field measurements

MODMAD - 2015/11/09 - Stéphane AVRIL 5

(6)

Institut Mines-Télécom

Local stress reconstruction

𝐴 ∙ 𝝈 = [𝐵]

𝑑𝑖𝑣 𝝈 + 𝑓 = 0

MODMAD - 2015/11/09 - Stéphane AVRIL 6

(7)

Institut Mines-Télécom

Rupture picture and area of interest

(AOI) Local thickness

evolution (mm)

= NodeMAX

= NodeTOP

= NodeRUP Mesh

A. Romo, S. Avril, P. Badel, A Duprey, J.P.

Favre. In vitro analysis of localized aneurism rupture. Journal of Biomechanics -2014, vol 47, N°3, pp 607-616.

Local analysis of rupture

MODMAD - 2015/11/09 - Stéphane AVRIL 7

(8)

Institut Mines-Télécom

55% of the ultimate stress

Local damage initiation

MODMAD - 2015/11/09 - Stéphane AVRIL 8

(9)

Institut Mines-Télécom MODMAD - 2015/11/09 - Stéphane AVRIL 9

Rupture

modes

(10)

Institut Mines-Télécom MODMAD - 2015/11/09 - Stéphane AVRIL 10

𝜎 𝑅𝑢𝑝 = (𝜎 ∙ 𝑞 𝜃 ) ∙ 𝑞 𝜃

1.31 MPa 1.13 MPa 1.05 MPa

0.88 MPa

Ultimate stress values

(11)

Institut Mines-Télécom

Fit a strain energy density function at every point

MODMAD - 2015/11/09 - Stéphane AVRIL 11

𝛽 𝛽

Strain energy function:

(12)

Institut Mines-Télécom

MATLAB ®

Identification of a hyperelastic constitutive model

MODMAD - 2015/11/09 - Stéphane AVRIL 12

Davis et al. Biomechanics and Modeling in

Mechanobiology - 2015.

(13)

Institut Mines-Télécom

Results

MODMAD - 2015/11/09 - Stéphane AVRIL 13

(14)

Institut Mines-Télécom

Results

MODMAD - 2015/11/09 - Stéphane AVRIL 14

(15)

Institut Mines-Télécom

Application to computational retrospective predictions

MODMAD - 2015/11/09 - Stéphane AVRIL 15

Image acquisition and 3D reconstruction

5 patients: Dynamic preoperative scanners during cardiac cycle ( 0.92 s) = 10 phases.

CT: (resolution 512x512, slice thickness of 0.5 mm)

Isolation of the aneurysm 1 phase superposition of

10 phases

Systolic and diastolic geometries

Trabelsi et al. Journal of Biomechanics - 2015.

(16)

Institut Mines-Télécom

Good prediction of in vivo volume variations

MODMAD - 2015/11/09 - Stéphane AVRIL 16

CT image geometry (diastolic geometry) Zero-pressure geometry

Patient 1

Patient 2

Patient 3

Patient 4

Patient 5 0

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

1 2 3 4 5

Relative volume variation

Patients

Comparison between actual and predicted relative volumes variation of the aneurysm

Relative FEM volume variation Relative CT volume variation

(17)

Institut Mines-Télécom

Identification of hyperelastic parameters by calibrating the volume changes

MODMAD - 2015/11/09 - Stéphane AVRIL 17

A

C B

D

-40000

-40000

-40000

-40000 -200

00

-2 0000

-20000

-20000

-20000

-200 00 0

0

0

0

0

0

0

0 20000

20000

20000 20000

20000

20000

40000

40000

40000 40000

60000 D1 (kPa)

D2

Patient 1: Variation between predicted and CT systolic and mid-cycle volumes (mm3)

2 3 4 5 6 7 8 9 10

2 3 4 5 6 7 8 9

F(sys) F(mid)

Trabelsi et al. Journal of Biomechanics - 2015.

INVERSE ANALYSIS

(18)

Institut Mines-Télécom

Stress analysis and rupture risk estimation

MODMAD - 2015/11/09 - Stéphane AVRIL 18

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4

1 2 3 4 5

R el at iv e Ris k

Patient ID

Relative diameter

Rupture risk index (regression propreties)

Rupture risk index (Experimental properties)

Overpressure Risk (Experimental propreties)

Overpressure Risk (Regression

properties)

(19)

Institut Mines-Télécom MODMAD - 2015/11/09 - Stéphane AVRIL 19

Future work: predicting and stopping aneurism growth

4D MRI

(20)

Institut Mines-Télécom MODMAD - 2015/11/09 - Stéphane AVRIL 20

MECHANOBIOLOGY OF THE THORACIC AORTA

(21)

Institut Mines-Télécom

PATIENTS WITH ATAA HAVE A DISORGANIZED MEDIA WITH FRAGMENTED ELASTIN AND

PRESENCE OF VACUOLES

MODMAD - 2015/11/09 - Stéphane AVRIL 21

(22)

Institut Mines-Télécom MODMAD - 2015/11/09 - Stéphane AVRIL 22

FUNDAMENTAL STUDY USING A MOUSE

« MODEL »

(23)

Institut Mines-Télécom MODMAD - 2015/11/09 - Stéphane AVRIL 23

MECHANICAL CHARACTERIZATION

TENSION - INFLATION

(24)

Institut Mines-Télécom

MEASUREMENT OF THE RESPONSE USING DIGITAL IMAGE CORRELATION

MODMAD - 2015/11/09 - Stéphane AVRIL 24

classical panoramic

(25)

Institut Mines-Télécom

PANORAMIC DIGITAL IMAGE CORRELATION

MODMAD - 2015/11/09 - Stéphane AVRIL 25

K. Genovese.

Optics and Lasers in Engineering, Vol. 47, pp. 995-1008, 2009.

(26)

Institut Mines-Télécom MODMAD - 2015/11/09 - Stéphane AVRIL 26

EXAMPLES

(27)

Institut Mines-Télécom

CONSTITUTIVE MODEL

MODMAD - 2015/11/09 - Stéphane AVRIL 27

(28)

Institut Mines-Télécom

PARAMETERS TO BE IDENTIFIED

MODMAD - 2015/11/09 - Stéphane AVRIL 28

(29)

Institut Mines-Télécom MODMAD - 2015/11/09 - Stéphane AVRIL 29

Set of parameters

Stress derivation

Cost function:

deviation from equilibrium minimization

IDENTIFICATION OF CONSTITUTIVE PROPERTIES

initialization

identification

(30)

Institut Mines-Télécom MODMAD - 2015/11/09 - Stéphane AVRIL 30

EXAMPLE DE RESULTS

(31)

Institut Mines-Télécom MODMAD - 2015/11/09 - Stéphane AVRIL 31

EXAMPLE DE RESULTS

(32)

Institut Mines-Télécom MODMAD - 2015/11/09 - Stéphane AVRIL 32

EXAMPLE DE RESULTS

(33)

Institut Mines-Télécom MODMAD - 2015/11/09 - Stéphane AVRIL 33

EXAMPLE DE RESULTS

(34)

Institut Mines-Télécom MODMAD - 2015/11/09 - Stéphane AVRIL 34

EXAMPLE DE RESULTS

(35)

Institut Mines-Télécom MODMAD - 2015/11/09 - Stéphane AVRIL 35

EXAMPLE DE RESULTS

(36)

Institut Mines-Télécom MODMAD - 2015/11/09 - Stéphane AVRIL 36

CONCLUSIONS - PERSPECTIVES

We can now begin to establish a

correlation between regional mechanical properties and the underlying biological expression in

murine models of

aneurysms.

(37)

Institut Mines-Télécom

ACKNOWLEDGEMENT

MODMAD - 2015/11/09 - Stéphane AVRIL 37

(38)

Institut Mines-Télécom

INVITATION

MODMAD - 2015/11/09 - Stéphane AVRIL 38

Références

Documents relatifs

Crawling of Web objects and intelligent crawling Information extraction and information integration Social network mining. Relevance and ranking of

After positions at Arts et Métiers ParisTech (France) and Loughborough University (UK) where he developed the Virtual Fields Methods, Stéphane returned to his

k

Context Current diagnosis Future diagnosis Measurement method General objective Inverse approach Idealised 2D model Synthetic data Objectives of the study FE model?. Influence

classical panoramic.. Institut Mines-Télécom [email protected] [email protected] Stéphane Avril - 2018 March 21 - Toulouse Photomechanics.. Bulge

7 Stéphane Avril - 2018 July 23 - NYC WCCM.. Institut Mines-Télécom [email protected] [email protected].. Bulge

4.. Institut Mines-Télécom [email protected] [email protected] Stéphane Avril - 2018 Dec 19 - ISBM Nanjing.. Bulge

Mechanical characteristics of both the healthy ascending aorta and acute type A aortic dissection were investigated using in vitro biaxial tensile tests, in vivo measurements