Experimental study of the mechanical properties of arteries : development of an electromechanical system of in vitro tests, wall rheology of normal, atherosclerotic and cryopreserved arteries, and clinical applications
Etude expérimentale des propriétés mécaniques des artères : développement d'un banc électromécanique de tests in vitro, rhéologie pariétale d'artères normales, athéromateuses et cryoconservées, et applications cliniques
Résumé
The three-dimensional properties of the artery wall are a major element in ageing process and the development of vascular diseases (atherosclerosis, hypertension... ). Their degradation through processes like cryopreservation is subjected to
, controversy. The more informative experimental data are those obtained from in vitro inflation tests of full segments in static or dynamic conditions. The mechanical model used hasto take into accounts the particular rheological characteristics of blood vessels (non linearity, finite strains and anisotropy among others). After recalling instrumentation (technology of measurement devices), physiological (normal and pathological) and biomechanical (theoretical and applied) data, this work presents the development, the realisation and the validation of a new electromechanical system of tests for blood vessels in vitro. This device includes a conditioning test chamber (temperature regulated bath) for full samples of
arteries, an optoelectronics sensor allowing non-contacting measurement of extemal diameter, a differential pressure sensor for measurement of the transmural pressure and a force sensor measuring the longitudinal traction exerted during tension of the segment. After analog conditioning of the signais coming fram the various sensors, data are digitalized and stored. The hardware and software
interfaces also allow to servo-control an hydrodynamic generator with the volume of perfused liquid.dilating the arterial segment. Thanks to the technological characteristics of the electronics instrumentation, the results obtained for 3 types of human arteries (normal, atherasclerotic and cryopreserved), associated with the consideration of various initial reference states (unloaded, zero stress) and with the expression of different models and parameters (thick-walled, strain energy density...) brought some complementary information on the compared rheology of these three types of vessels. For instance, the increased rigidity of atherosclerotic arteries is more significantly expressed by compliance than other elastic parameters and a low pressure study allows a better differentiation. Allografts show 3D strains highly increased (comparing to an identical initial state) which confirms the occurrence of a structural modification during the cryopreservation process.
Thanks to the technical system developed, several straightforward clinical applications are in pragress or considered : integrity test and conditioning of allografts during surgical implantation, adequate relation between extension and distensibility, and cou pied protocol to echographic follow-up of implanted allografts.
Les propriétés mécaniques tridimensionnelles de la paroi artérielle jouent un rôle important au cours du vieillissement et du développement des pathologies vasculaires (artériosclérose, hypertension...). Leur altération lors de processus tels que la cryoconservation est controversée. Les données expérimentales les plus informatives,restent celles issues de tests in vitro en dilatation statique ou dynamique de segments entiers. La modélisation mécanique doit prendre en compte les caractéristiques rhéologiques spécifiques des vaisseaux sanguins (non linéarité, grandes déformations et anisotropie entre autre).Après une présentation des données instrumentales (technologie des appareillages de mesure), physiologiques (normales et pathologiques) et biomécaniques (théorique et appliquée), cette thèse expose la conception, le développement, la réalisation et la
validation d'un nouveau banc électromécanique de tests de segments de vaisseaux in vitro. Ce système comprend une chambre de conditionnement (bain régulé en température) d'échantillons entiers d'artères, un capteur optoélectronique permettant la mesure de diamètre exteme sans contact, un capteur de pression différentielle pour la mesure de pression transmurale et un capteur de force mesurant la traction longitudinale exercée lors de la tension du segment. Après conditionnement (traitement analogique) des signaux
issus des différents capteurs, les informations sont numérisées puis stockées. L'interface matérielle et logicielle permet également la commande d'un générateur hydrodynamique asservi sur le volume de liquide envoyé pour dilater le segment artériel. Grâce aux caractéristiques technologiques de l'instrumentation électronique mise en oeuvre, les résultats obtenus pour 3 types d'artères
humaines (normales, athéromateuses et cryoconservées), associés à la considération de plusieurs états de référence initiaux (non chargé, zéro contrainte) et à la formulation de différents modèles et paramètres (paroi épaisse, énergie de déformation...) apportent des informations complémentaires sur la rhéologie comparée des ces trois types de vaisseaux. Par exemple, la rigidité accrue des artères athéromateuses est traduite de manière plus significative par la compliance que par d'autres paramètres élastiques et une étude à basse pression permet de mieux les différencier encore. Les allogreffes présentent des déformations 3D largement augmentées (comparaison à partir d'un état initial identique) ce qui confirme une modification de la structure lors du processus de cryoconservation.
Grâce au système technique développé, plusieurs applications cliniques directes sont en cours ou envisagées : test d'intégrité et conditionnement peropératoire des greffons, adéquation allongement - pulsatilité, protocole couplé au suivi échographique d'allogreffes implantées.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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