Chères et chers collègues,

Pierre-Yves Rohan soutiendra son habilitation à diriger des recherches dans l'amphithéâtre Béziers de l'ENSAM Paris et en visioconférence le 23 septembre 2022 à 14h pour ses travaux réalisés à l'IBHGC.

Titre : Biomechanics of soft tissue injuries resulting from mechanical interaction with external medical devices

Fiche Theses HDR 2021 ROHAN

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 Résumé :

La prévention des lésions superficielles et profondes dans les tissus mous biologiques lors de l’interaction physique entre une personne et un dispositif médical mécanique est un enjeu majeur. Les défis existent encore aujourd’hui car il est essentiel que les chargements mécaniques transmis aux tissus mous superficiels et profonds soient maintenus dans des plages d’intensité qui garantissent la viabilité tissulaire. Les personnes à mobilité réduite sont particulièrement exposées. Pour ces personnes, les dispositifs d’assistance tels que les prothèses et les Fauteuils Roulants Manuels permettent de mener une vie saine, productive, indépendante et digne.

La modélisation biomécanique a été identifiée comme un outil potentiel pour aider les cliniciens dans les processus actuels d’évaluation des risques et, également, les industriels dans leur processus de conception. Depuis mon entrée dans le monde de la recherche académique, j’ai eu l’occasion de mettre en application la méthode des éléments finis (MEF) non-linéaire pour évaluer la transmission des efforts lors de l’interaction physique entre une personne et un dispositif médical mécanique. Les applications visent 1/ l’évaluation du risque lésionnel lors de l’interaction physique entre une personne et un dispositif médical mécanique (risques de lésions cutanées et d’inconfort liés à des surpressions résultant d’une orthèse/prothèse mal adaptée et risque d’escarres en position assise ou couchée sur des surfaces d’appui 2/ l’aide à la gestion des troubles chroniques des tissus mous (prise en charge des varices de jambe) et 3/ l’aide à la planification chirurgicale. Cependant, un certain nombre de verrous scientifiques doivent être levés pour comprendre les déterminants mécaniques de l’apparition de lésions dans les tissus mous lors d’un contact prolongé avec un dispositif externe et pour envisager l’intégration de tels outils, d’une part, dans le parcours de soins pour être en mesure de renforcer la prévention des escarres sur le plan clinique et, d’autre part, dans le milieu industriel, pour l’aide à la conception de ces dispositifs externes. Le verrou majeur réside dans le fait que les lésions tissulaires sont régies par un certain nombre de processus biologiques et physiques couplés qui se produisent à différentes échelles spatiales et ont souvent des caractéristiques temporelles très différentes.

Pour progresser dans la représentativité de ces jumeaux numériques de l’être humain et pour assoir leur pertinence clinique, mon projet de recherche est formulé en trois axes principaux pour les années à venir.

Premièrement, d’un point de vue clinique, la durée de la sollicitation mécanique joue un rôle crucial dans l’apparition des escarres. L’étude de référence étant celle de Reswick et Rogers qui a établi, en 1976, une courbe de risque de survenue d’escarre sur la base d’observations sur 980 sujets sains et patients. L’étude, plus récente de Swisher et collaborateurs montre également que l’endommagement tissulaire induite par un chargement externe et quantifiable à l’histologie, est un phénomène réversible jusqu’à un certain seuil. Ainsi, l’étude de l’évolution temporelle de la réponse mécanique et, en particulier, de la dégradation progressive des tissus mous en fonction du chargement, est essentielle pour comprendre et prévenir la formation d’escarres. Les tentatives de caractérisation de la dépendance temporelle des tissus mous supposent généralement une formulation viscoélastique et ignorent la nature poreuse du milieu (les tissus mous étant perfusés par le sang et par le fluide interstitiel, il peut être assimilé à un milieu poreux à double porosité). Le premier objectif vise donc à explorer, à l’aide d’une approche mixte expérimentale-numérique, le lien entre réponse mécanique et microcirculation, ex vivo à travers des essais classiques de laboratoire (traction/compression), in vivo dans un modèle animal et, en routine clinique, dans une population à risque (personnes âgées). Ce travail permettra de poser les bases pour étudier la dégradation progressive des tissus mous lors du couplage entre la réponse mécanique et la réponse biologique (et plus particulièrement avec la biochimie de l’oxygène).

Deuxièmement, d’un point de vue plus fondamental, c’est une dérégulation de la réponse inflammatoire cellulaire et les mécanismes métaboliques qui jouent un rôle clé dans l’apparition de la nécrose. Le deuxième objectif vise donc à explorer ce processus biologique complexe. Plus précisément, en utilisant une approche mixte expérimentale-numérique, l’objectif est d’étudier la cascade d’évènements reliant réponse mécanique, ischémie, inflammation, nécrose et cicatrisation dans les tissus mous biologiques dans un modèle animal et, en routine clinique, dans une population à risque (personnes âgées). Ce travail permettra de mieux comprendre la dynamique inflammatoire chez les personnes qui développent une escarre. Ce travail permettra également d’étudier les traitements potentiels in silico.

Troisièmement, les études de faisabilité du déploiement de tels dispositifs en milieu clinique et industriel et les études pré-cliniques et l’évaluation clinique de l’efficacité de l’approche biomécanique est la finalité à long terme visé pour avoir un impact. Le troisième objectif vise donc à proposer une méthodologie pour rendre l’utilisation de tels modèles multi-échelles et multiphysiques compatibles à la routine clinique afin de pouvoir amorcer les études de faisabilité.

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