Contribution à la compréhension des mécanismes de lésion cérébrale en situation de choc (Inclusion de l'anisotropie et de l'hétérogénéité par techniques d'imagerie médicale)

Le cerveau constitue le segment vital le plus fréquemment lésé en situation de choc traumatique. De par la complexité de cet organe, les lésions intracérébrales restent encore aujourd hui difficiles tant à prédire qu à décrire et à diagnostiquer. L analyse biomécanique permet notamment de faire le lien entre les chargements mécaniques et les lésions subies par l encéphale. De récentes études expérimentales ont mis en avant l importance de l hétérogénéité et de l anisotropie du tissu mécanique sur sa réponse en cas de chargement mécanique, tout en en imputant l origine aux réseaux d axones structurant le segment céphalique. Après la mise en place d un état de l art relativement exhaustif, l objectif de cette thèse est d améliorer le réalisme des lois de comportements des modèles par éléments finis (MEF) en s appuyant sur des techniques d imagerie médicale récemment développées. L influence de l hétérogénéité du tissu cérébral sur sa réponse aux chocs traumatiques est analysée en développant des MEF hétérogènes de cerveau à partir de données expérimentales in vivo d Elastographie par Résonance Magnétique (ERM). Parallèlement, l anisotropie cérébrale est mise en évidence par l étude de la déformation des axones lors de chocs traumatiques, en s appuyant sur des données in vivo d Imagerie du Tenseur de Diffusion (DTI). L ensemble des résultats obtenus est synthétisé pour la mise en place d un MEF visco-hyperélastique anisotrope et hétérogène de cerveau humain basé sur des données in vivo d ERM et de DTI. Ce nouveau modèle permet une meilleure prédictibilité des lésions axonales diffuses en situation de choc traumatique.Brain is the most commonly injured vital segment in case of road accident. Due to its complexity, intra-cerebral injuries remain still difficult to describe and diagnose. The link between mechanical head loadings and brain injuries is proposed by biomechanical analysis. Recent experimental studies have highlighted the importance of heterogeneity and anisotropy of the tissue mechanical response in case of head trauma. Main origin is imputed to axonal network. After a detailed state of the art about brain mechanical properties investigations, aim of this thesis is to improve the realism of behavior laws of Finite Element Models (FEM) by including information from recent medical imaging techniques. The influence of heterogeneity of brain tissue on its response to head impact is analyzed by developing heterogeneous brain FEM based on experimental in vivo Magnetic Resonance Elastography (MRE) data. Meanwhile, the anisotropy brain is highlighted by studying the deformation of axons in case of traumatic injury. The developed method is based on in vivo data from Diffusion Tensor Imaging (DTI) that inform on axons distribution into the brain. The overall results are summarized for the development of a viscohyperelastic anisotropic and heterogeneous human brain FEM based on in vivo MRE and DTI data. This new model provides a better predictability of diffuse axonal injury in case of head trauma.STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF