Description du poste

Résumé du projet :
Le projet de stage vise à développer une méthode de tomographie dynamique pour suivre l’évolution temporelle de la microstructure d’une aorte lors d’un gonflement afin de comprendre les mécanismes de rupture aortique. Une méthodologie de micro-tomographie (µCT) stroboscopique sera appliquée afin de synchroniser le chargement mécanique et l’acquisition de scans successifs pour suivre temporellement en 3D le chargement d’une aorte pour identifier les mécanismes de rupture. L’étudiant.e aura en charge la mise en place de cette méthode sur les tomographes du laboratoire MatéIS. Le protocole de scan tomographique devra notamment considérer la dose de rayonnement absorbée par l’aorte afin de limiter sa dégradation.
Description du projet :
La dissection aortique (DA) est l’une des pathologies cardiovasculaires la plus répandue, avec 35 cas sur 100 000 pour les personnes âgées de 65 à 75 ans [1]. DA est caractérisée par une délamination soudaine de la couche interne de la paroi aortique, permettant au sang de s’écouler entre les différentes couches internes et moyennes. Ces déchirures peuvent avoir des conséquences graves comme la survenue d’accidents vasculaires cérébraux. Une DA peut être résumée en trois étapes clefs :
• Une fragilité pre-dissection : une dégradation graduelle de la couche médiale résultant en la formation de défauts structuraux locaux.
• Une déchirure : l’initiation d’une fissure lorsque la pression sanguine excède la résistance mécanique de la paroi dégradée
• Une évolution soudaine : la propagation rapide de la fissure au travers des différentes couches constituant la paroi aortique en suivant le chemin privilégié par une résistance mécanique moindre
Dans ce contexte, l’objectif du projet, dans sa globalité, est de proposer de nouvelles méthodes permettant aux cliniciens de mieux estimer le risque de dissection aortique pour le patient en se basant sur des données cliniques disponibles. Pour cela, un sous-objectif consiste à prédire la pression sanguine à laquelle l’initiation d’une fissure sur les couches internes de la paroi aortique se produit. Cela implique une meilleure compréhension de l’influence de la microstructure et des défauts structuraux sur l’amorce de la dissection.
Les méthodes de suivi in situ par tomographie aux rayons X sont prometteuses pour caractériser l’évolution d’une microstructure lors d’un chargement mécanique critique. Classiquement, le chargement complet de l’échantillon est scindé en plusieurs étapes entre lesquelles un scan tomographique est réalisé [2]. Par exemple, une étude de gonflement aortique dans ces conditions a déjà été menée au sein du laboratoire [3].
Mais si cette méthode est adaptée pour les matériaux présentant un faible comportement viscoélastique, la relaxation des tissus aortiques pendant la durée du scan peuvent à la fois altérer les données d’imagerie et le comportement de l’échantillon. Ainsi, il est indispensable de proposer une approche continue du suivi microstructural. La µCT stroboscopique apparaît comme une solution potentielle. Cette technique se base sur le caractère cyclique d’un événement et de sa synchronisation avec l’acquisition de scan successifs pour finalement permettre la reconstruction 3D de l’échantillon à toutes les étapes de l’événement [4]. Cette méthode est par exemple déjà exploitée en clinique pour suivre en direct les battements du cœur [5].
Ainsi, l’étudiant.e aura pour rôle de développer des méthodes d’essai in situ sous microtomographie au sein du laboratoire MatéIS dans le but de suivre l’évolution structural aortique lors d’un chargement de type gonflement. La mise en place de protocoles de corrélation de volume, de tracking, ou encore de tomographie stroboscopique sera évaluée et réalisée. Les expérimentations pourront notamment être réalisée sur les tomographes standard ou au DTHE (Double Tomographes Haute Energie) disponible sur le site de l’INSA Lyon afin de permettre l’acquisition plus rapide du fait de l’acquisition de scans tomographiques par 2 appareils simultanément.
Référence :
[1] C.A. Nienaber, R.E. Clough, N. Sakalihasan, T. Suzuki, R. Gibbs, F. Mussa, M.P. Jenkins, M.M. Thompson, A. Evangelista, J.S.M. Yeh, N. Cheshire, U. Rosendahl, J. Pepper, Aortic dissection, Nat. Rev. Dis. Prim. 2 (2016) 16053. https://doi.org/10.1038/nrdp.2016.53.
[2] J.Y. Buffiere, E. Maire, J. Adrien, J.P. Masse, E. Boller, In situ experiments with X ray tomography: An attractive tool for experimental mechanics, Proc. Soc. Exp. Mech. Inc. 67 (2010) 289–305. https://doi.org/10.1007/s11340-010-9333-7.
[3] J. Brunet, B. Pierrat, J. Adrien, E. Maire, N. Curt, P. Badel, A Novel Method for In Vitro 3D Imaging of Dissecting Pressurized Arterial Segments Using X-Ray Microtomography, Exp. Mech. 61 (2021) 147–157. https://doi.org/10.1007/s11340-020-00645-x.
[4] A. Klos, L. Bailly, S. Rolland du Roscoat, L. Orgéas, N. Henrich Bernardoni, L. Broche, A. King, Optimising 4D imaging of fast-oscillating structures using X-ray microtomography with retrospective gating, Sci. Rep. 14 (2024) 1–17. https://doi.org/10.1038/s41598-024-68684-1.
[5] S. Dubsky, S.B. Hooper, K.K.W. Siu, A. Fouras, Synchrotron-based dynamic computed tomography of tissue motion for regional lung function measurement, J. R. Soc. Interface 9 (2012) 2213–2224. https://doi.org/10.1098/rsif.2012.0116.

Description de l'employeur

MatéIS est un laboratoire de Science des Matériaux à l’intersection de champs disciplinaires, principalement en chimie, physique et mécanique. On y étudie les trois classes de matériaux, métaux, céramiques, olymères et leurs composites en intégrant les caractéristiques en volume, en surface et les interfaces, pour des applications dans les domaines de la santé, de l’énergie, du transport ou encore du bâtiment. Le laboratoire s’attache à décrire les relations élaboration-microstructure-propriétés, avec une approche expérimentale et/ou de modélisation-simulation.

Descriptif du profil recherché

Le ou la stagiaire devra suivre un cursus en mécanique/biomécanique/mécatronique et avoir une appétence pour la mise en place d'un protocole expérimental de même que pour l’utilisation d'outil pour le traitement de données issues de l'imagerie.

Langues

Français / anglais