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Maher, Marc. Couplage numérique unidimensionnel de l'écoulement vasculaire cérébral et du liquide céphalo-rachidien dans l'enceinte cranio-spinale

Maher, Marc (2019). Couplage numérique unidimensionnel de l'écoulement vasculaire cérébral et du liquide céphalo-rachidien dans l'enceinte cranio-spinale.

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Résumé en francais

Le liquide céphalo rachidien ou cérébro-spinal (LCS) s'écoule dans les ventricules cérébraux, les espaces sous arachnoidiens cérébraux et spinaux. Son écoulement est essentiel au fonctionnement normal du cerveau et sa perturbation est liée à des pathologies cérébrales. Un paramètre crucial directement lié à sa dynamique est la pression intracrânienne qui ne peut être mesurée que de manière invasive. Dans cette thèse, en se basant sur l'hypothèse suivant laquelle le mouvement du LCS est principalement dû à la pulsation artérielle cérébrale, nous modélisons numériquement le couplage entre l'écoulement sanguin dans la vascularisation cérébrale (VC), depuis les voies d'apports carotidiennes et vertébrales jusqu'aux veines jugulaires, et l'écoulement du LCS dans les espaces sous arachnoidiens cérébraux (ESAC) et spinaux (ESAS). La modélisation de ces écoulements est basée sur les équations de Navier-Stokes unidimensionnelles (1D) dans une configuration de tubes coaxiaux et souples. Dans le compartiment cérébral, le réseau des ESAC est coaxial à la VC tandis que dans le compartiment spinal, le réseau des ESAS est coaxial à la moelle épinière. Nos conditions aux limites sont les signaux de pression des artères carotidiennes, vertébrales et des veines jugulaires. Dans un premier temps, nous utilisons un signal de pression sinusoïdal et par la suite un signal de pression physiologique admettant plusieurs harmoniques. Notre modèle a permis de reproduire le caractère pulsatile du LCS et de mettre en évidence les échanges de volume entre le compartiment crânien et spinal. Ainsi, lors d'une expansion vasculaire, nous avons pu reproduire la chasse du LCS crânien et son déplacement dans le canal spinal, mettant en évidence son rôle de compensation volumique. Nous avons également pu retrouver des valeurs d'amplitude de débits de LCS cervical entre 0.5 et 3 mL/s en accord avec des données mesurés par IRM et de pression moyenne de CSF crânien entre 2 et 8 mmHg. La prise en compte de la compliance spinale a permis également de mettre en évidence des valeurs de vitesse de propagtion du CSF spinal et d'atténuation de pression en accord avec des mesures IRM. Par la suite, nous avons procédé à une étude paramétrique dans laquelle nous nous sommes intéressés à l'influence de la variation du volume du LCS et de la compliance des espaces sous arachnoidiens cérébraux et spinaux sur les pressions et débits dans la VC, les ESAC et les ESAS. Ces paramètres étant fortement liés aux pathologies crânio-spinales. Les résultats montrent une influence non négligeable de ces paramètres sur les maxima de débit, l'amplitude de pression et le stroke volume du LCS au niveau crânien de même que spinal. Un optimum de stroke volume du CSF spinal était atteint pour un volume global de LCS de 216 mL. Le modèle a permis de mettre en évidence qu'une diminution de la compliance cranio-spinale peut augmenter la pression intracrânienne et altérer l'écoulement du LCS. Enfin, nous avons adapté notre modèle 1D à des données spécifiques issues de mesures IRM d'une population de personnes saines ou avec des symptômes pathologiques et obtenu de bonnes corrélations entre les débits de LCS cervical calculés et mesurés. Par la suite, cette étude permettra d'explorer le mécanisme d'autorégulation cérébrale sous la forme d'un problème de contrôle optimal en boucle fermée (dit feedback ou rétro-actif).

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Cathalifaud, Patricia
Ecole doctorale:Mécanique, énergétique, génie civil, procédés (MEGeP)
laboratoire/Unité de recherche :Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse (IMFT), UMR 5502
Mots-clés libres :Pression intracrânienne - Compliance cranio-spinale - Modélisation 1d - Couplage sang-LCS
Sujets :Mathématiques
Déposé le :19 May 2021 10:57