Offre de thèse
Apports de la simulation numérique pour la diminution des risques lors d'un accouchement instrumenté par ventouse
Date limite de candidature
01-06-2024
Date de début de contrat
01-10-2024
Directeur de thèse
LAURENT Cédric
Encadrement
La thèse aura lieu principalement dans l'antenne du LEM3 située à Vandoeuvre-lès-Nancy au sein des locaux de l'ENSEM, en raison notamment de la proximité des collaborateurs des praticiens de la maternité du CHU de Nancy, du laboratoire IADI, ou encore du centre de simulation CUESIM. Les essais expérimentaux se dérouleront dans la salle expérimentale de biomécanique située dans les locaux du LEM3 à l'ENIM de Metz. La thèse s'articulera avec celle d'une médecin urgentiste portant sur la pertinence des simulateurs physiques basse fidélité pour la formation en obstétrique.
Type de contrat
école doctorale
équipe
contexte
Le contexte de la thèse concerne les apports de la simulation numérique, associés à l'intérêt des simulateurs physiques, dans l'amélioration des pratiques lors de l'accouchement par voie basse. L'objectif est la diminution des complications et conséquences de l'accouchement instrumenté par ventouse sur l'endommagement des tissus mous maternels et foetaux.spécialité
Mécanique des Matériauxlaboratoire
LEM3 - Laboratoire d Etude des Microstructures et de Mécanique des Matériaux
Mots clés
simulation numérique, biomécanique, médecine obstétrique, endommagement
Détail de l'offre
Lors d'un accouchement par voie basse, la phase d'expulsion est une période particulièrement à risque : en cas d'anomalies, l'obstétricien peut être amené à réaliser une extraction instrumentale dont le taux d'extraction représente entre 15 et 20% des naissances, quel que soit l'âge gestationnel. Parmi les techniques d'extraction instrumentale pratiquées en France, il existe une prédominance nette de la ventouse obstétricale avec un chiffre en constante augmentation. Comme tout instrument d'extraction, son utilisation n'est toutefois pas dénuée de risque en cas de pratique inadaptée, au niveau des lésions du scalp foetal et des déchirures des tissus maternels, qui sont encore fréquentes et constituent une problématique socio-économique importante. Dans ces deux situations, il est donc question de chercher à comprendre et minimiser l'endommagement des tissus maternels et foetaux lors de cet acte médical.
De nombreuses questions restent largement ouvertes concernant l'utilisation idéale de la ventouse. La forme et la composition de cette ventouse pourraient être sujets à des améliorations pour minimiser les risques associés à son utilisation. Des études expérimentales à ce sujet sont bien évidemment limitées par la difficulté de collecter des données cliniques pendant la phase de travail. Afin de contourner cette difficulté, des modèles numériques associées à des simulateurs physiques peuvent permettre de modéliser le comportement des différents tissus impliqués lors de la parturition et l'effet des pratiques cliniques sur les risques de complication.
Dans le cadre d'une précédente thèse dans l'équipe, de premiers outils de modélisation, de simulation et de validation ont été proposés. La présente thèse s'inscrit dans la continuité de ce précédent travail, qui a permis de faire naître une collaboration désormais solide entre la maternité du CHRU de Nancy et l'équipe de biomécanique du LEM3. Ces premiers travaux ont concerné principalement le développement d'outils expérimentaux et méthodologiques relevant du domaine de la biomécanique, validés sur la base d'un mannequin d'entraînement uniquement, aux géométries et matériaux bien maitrisés, mais éloigné de la réalité clinique. Il s'agit maintenant d'étendre la portée de ce précédent travail en le rapprochant de la réalité clinique.
Objectifs et méthodologie
L'objectif de la thèse est de définir les conditions d'utilisations de la ventouse obstétricale qui permettent de minimiser les risques de lésions des tissus maternels et fœtaux. Les outils méthodologiques développés précédemment seront mis à profit et étendus pour augmenter le réalisme des simulations proposées, et leurs capacités à rendre compte des lésions observées en clinique. Cet objectif s'accompagne de différentes tâches fondamentales ou appliquées qui constitueront le coeur du travail de thèse :
• L'intégration de géométries réalistes en se basant sur l'exploitation de bases de données d'imagerie médicale IRM constituées au laboratoire IADI et leur exploitation pour la constitution d'une base de données statistiquement représentative d'une population cible ;
• L'intégration de lois de comportement hyperélastiques anisotropes réalistes en se basant sur la littérature ;
• L'intégration de lois permettant de rendre compte des lésions des tissus mous en se basant sur la mécanique de l'endommagement ;
• La confrontation entre des modèles d'endommagement continus et d'autres types de modélisation de la rupture des tissus mous dans leur capacité à rendre compte des lésions observées lors de l'accouchement instrumenté par ventouse ;
• La validation des résultats obtenus sur la base d'un dialogue expérience - numérique à partir d'essais mécaniques ad hoc, et également de résultats de la littérature.
Keywords
computational simulation, biomechanics, obstetrical medicine, tissue damage
Subject details
During vaginal delivery, the expulsion phase is a particularly high-risk period: in the event of anomalies, the obstetrician may have to perform an instrumental extraction, which accounts for between 15 and 20% of births, regardless of gestational age. Among the instrumental extraction techniques used in France, the obstetric suction cup is clearly predominant, and its use is constantly increasing. Like all extraction instruments, however, its use is not without risk in the event of inappropriate practice, in terms of damage to the foetal scalp and tearing of maternal tissues, which are still frequent and constitute a major socio-economic problem. In both these situations, the aim is to understand and minimise damage to maternal and foetal tissues during this medical procedure. Many questions remain unanswered concerning the ideal use of the suction cup. The shape and design of the suction cup could be improved to minimise the risks associated with its use. Experimental studies on this subject are obviously limited by the difficulty of collecting clinical data during the labour phase. To overcome this difficulty, computational models combined with physical simulators can be used to model the behaviour of the different tissues involved during parturition and the effect of clinical practices on the risk of complications. As part of a previous PhD thesis in the team, initial modelling, simulation and validation tools were proposed. The present PhD thesis is a continuation of this previous work, which led to the development of a now solid collaboration between the maternity unit of the Nancy CHRU and the LEM3 biomechanics team. This previous work mainly concerned the development of experimental and methodological tools in the field of biomechanics, validated on the basis of a training dummy only, with well-controlled geometries and materials, but far removed from clinical reality. The aim now is to extend the scope of this previous work by bringing it closer to clinical reality. The aim of this PhD thesis is to define the conditions of use of the obstetric suction cup that minimise the risk of damage to maternal and foetal tissues. The methodological tools developed previously will be used and extended to increase the realism of the simulations proposed, and their ability to reflect the lesions observed in clinical practice. This objective is associated by various fundamental or applied tasks that will form the core of the thesis work : • The implementation of realistic geometries based on the use of MRI medical imaging databases created in the IADI laboratory and their use to create a database that is statistically representative of a target population; • Integration of realistic anisotropic hyperelastic constitutive laws based on the literature ; • Integration of laws to account for soft tissue injuries based on damage mechanics ; • The comparison between continuous damage models and other types of methods for soft tissue rupture modelling in their ability to account for the lesions observed during vacuum-assisted delivery ; • Validation of the results obtained on the basis of a dialogue between experiments and computational methods, using both ad hoc mechanical tests and results from the literature.
Profil du candidat
Le ou la candidat.e devra être issu.e d'une formation en mécanique des solides et des structures, type école d'ingénieur, avec de solides compétences en comportement des matériaux et en simulation numérique. Une spécialisation en biomécanique (imagerie médicale, lois de comportement des tissus biologiques, applications cliniques) sera bienvenue. Il ou elle devra faire preuve de curiosité et de créativité, être capable d'évoluer dans un milieu fortement pluridisciplinaire, et devra montrer une forte motivation pour les applications visées.
Candidate profile
The candidate should have a background in solid and structural mechanics, such as engineering school, with solid skills in material behaviour and computational simulation. Specialisation in biomechanics (medical imaging, constitutive laws for biological tissues, clinical applications) would be welcome. He or she will need to demonstrate curiosity and creativity, be able to work in a highly multidisciplinary environment, and show strong motivation for the applications targeted.
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