DESCRIPTION MORPHOLOGIQUE ET FONCTIONNELLE DE L AORTE SAINE PAR IMAGERIE DE FLUX (CFD)

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Eloi Pelletier
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Marylou PARA, Minh Hoang TRAN, Hervé ROUSSEAU Institut des

1 DESCRIPTION MORPHOLOGIQUE ET FONCTIONNELLE DE L AORTE SAINE PAR IMAGERIE DE FLUX (CFD) Phuong Thao NGHIEM, Ramiro MORENO, Marylou PARA, Minh Hoang TRAN, Hervé ROUSSEAU Institut des Maladies Métaboliques et Cardiovasculaires Inserm/UPS UMR 1048 Equipe 10

2 Introduction: Les maladies cardiovasculaires sont la principale cause de décès des pays industrialisés, en particulier pour des pathologies aortiques. La contrainte de cisaillement pariétal (WSS : Wall Shear Stress) joue un rôle important dans la genèse et le développement des troubles de la paroi artérielle à l origine de l athérosclérose, des anévrismes et des dissections. Aucune étude n a évaluée les valeurs normales des flux et des WSS sur des adultes sains. Ce paramètre biomécanique est présenté dans ce travail à partir d examens TDM de l aorte utilisant un code de mécanique des fluides numérique.

3 Objectifs Proposer une méthode combinant Tomodensitométrie (TDM) à la mécanique des fluides numériques (CFD : Computational Fluid Dynamic) pour l imagerie fonctionnelle aortique. Fournir aux cliniciens un processus quasi-automatisé pour la modélisation CFD de l'aorte avec un minimum d'intervention humaine. Quantifier et donner une meilleure compréhension des paramètres morphologiques et fonctionnels de l'aorte.

4 Matériels et Méthode Population: 30 patients ( ans, 18hommes et 12 femmes) explorés en TDM avec produit de contraste sans pathologie cardiovasculaire Segmentation: extraction de la géométrie native avec Osirix (Pixmeo, Suisse) Conditions : génération d un maillage de surface et définitions des flux d entrée sortie. Solveur : méthode Lattice Boltzman (Xflow, Next Limit Technologies, Espagne) Résultats : Pour chaque segment aortique (selon la nomenclature) : Vitesse, WSS, Diamètre, Volume

5 Matériels et Méthode Sortie:TABC,CCG,SCG Entrée Sorties TC AMS AR Extraction de la géométrie native avec Osirix Maillage de surface

Environnent Temps:4s Matériels et Méthode Définition des Conditions aux limites (géométrie, flux entré/sortie, viscosité, densité) Calcul sur 5 cycles cardiaques (stabilité), 1mm de résolution

6 Environnent Temps:4s Matériels et Méthode Définition des Conditions aux limites (géométrie, flux entré/sortie, viscosité, densité) Calcul sur 5 cycles cardiaques (stabilité), 1mm de résolution spatiale = 2h de calcul. Interface graphique («user friendly») = travail effectué par un clinicien Materials Densité : 1056 kg.m -3 Viscosité : Pa.s -1 newtonien Geometry Inlet et outlet massflow Simulation Resolution: 1mm

7 Résultats 1) Diamètres et volumes aortiques 1 2 A4 A3 A2 A1 A5 3 Volume (cm 3 ) Diamètre (mm) Segment 1 V1= 60,4±1,6 A1 = 31,3 ± 3,5 A2 = 23,6 ± 2,5 A3 = 26,6 ± 3,1 Segment 2 V2= 23,4±6,1 A4 = 22,7 ± 2,1 Segment 3 V3= 93,9±2,5 A5 = 21,6 ± 2,3 4 A6 A7 A8 Segment 4 V4=32,1±9,9 A6 = 18,4 ± 1,9 A7 = 15,4 ± 2,1 A8 = 14,7 ± 2,0 A1: sinus valsalva; A2: la jonction sino-tubulaire; A3: segment ascendant moyen (à mi hauteur de l aorte ascendante); A4: arche; A5: descendent au niveau bifurcation de l artère pulmonaire; A6: tronc cœliaque; A7: inter-rénal; A8: bifurcation aortique

8 Vitesse (m/s) 2) La vitesse 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 0 0,08 0,11 0,2 0,3 0,33 0,25 0,18 0,15 0,16 0,14 0,13 Temps (s) (a): Vitesse aux différents segments aortiques de l aorte descendant en 3 è cycle cardiaque (b): profil de vitesse de l aorte. La vitesse maximale, l accélération et la décélération maximale de la vitesse se trouvent au niveau l aorte abdominale supra rénale. La vitesse est similaire entre la courbure antérieure et courbure postérieure.

9 3- Contraintes de cisaillement (WSS) sur un cycle cardiaque T=0 T=0,15s WSS(Pa) Pic systolique T=0,9 s Pic systolique

4- Courbes d évolution temporelle du WSS sur 7 segments aortiques S2 S3 S1 S5 S7 S4 S6 WSS augmente progressivement de la valve aortique (0,46±0,26Pa) à l isthme (0,83±0,41Pa) WSS est plus élevé au

10 4- Courbes d évolution temporelle du WSS sur 7 segments aortiques S2 S3 S1 S5 S7 S4 S6 WSS augmente progressivement de la valve aortique (0,46±0,26Pa) à l isthme (0,83±0,41Pa) WSS est plus élevé au niveau de l aorte abdominale supra-rénale WSS de l aorte abdominale sousrénale est plus faible que celui de l aorte abdominale supra-rénale. (p=0.001) WSS de l aorte abdominale sous rénale postérieure est plus faible que celui de l aorte abdominale sous rénale antérieure (p=0.027) La plupart du WSS des segments aortiques sont corrélés aux volumes respectifs (r>0,7;p<0.01)

11 Discussion / Conclusion Nombreux avantages pour la méthode proposée (rapidité, gestion des géométries, interface) par rapport à la méthode de CFD traditionnelle qui résout les équations de Navier-Stokes. Le logiciel Xflow facilite l application des CFD en médecine. La distribution du WSS sur les différents segments aortiques sont qualitativement et quantitativement comparable aux valeurs de référence (réf) Cette étude illustre les résultats sur le WSS mais d autres paramètres dérivés du WSS sont à étudier, tels que le Oscilatory Shear Index (OSI) et le temps de résidence. Ils sont fortement liés à la biologie cellulaire. D autres études ont montré que la partie sous rénale de l'aorte abdominale est un site fréquent d'athérosclérose tandis que l'aorte supra cœliaque est le plus souvent épargnée. La distribution de la sévérité sur l'aorte abdominale n'est pas uniforme, il s'agit préférentiellement de la parois postérieure.

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