Soutenance mémoire
Le prolapsus génital est une pathologie fonctionnelle féminine fréquente dont le retentissement sur la qualité de vie des femmes peut être important et constitue aujourd’hui un véritable enjeu de santé publique. Les données épidémiologiques rapportent 11 à 19% de risque de développer cette pathologie durant la vie d’une femme . Les troubles de la statique pelvienne et de l’hypermobilité urétrale concernent une femme sur trois tous âges confondus et plus de 60% des femmes de plus de 60 ans [5,6]. Le prolapsus génital est une véritable hernie, permanente ou à l’effort, faisant protrusion dans la lumière vaginale et dans laquelle s’engagent un ou plusieurs éléments du contenu pelvien. La survenue d’un prolapsus génital féminin est complexe et multifactorielle : il provient d’une déficience des moyens de soutien naturel des organes pelviens entrainant un dysfonctionnement anatomique et mécanique du système pelvien. De nombreuses théories anatomiques ont tenté d’expliquer les mécanismes physiopathologiques du prolapsus génital mais sans aucune évaluation ni certitude scientifique [7-12]. Environ 11% des femmes auront recours à la chirurgie pour le traitement d’un prolapsus, ce qui nécessite pour le clinicien une parfaite compréhension de l’anatomie pelvienne, des mécanismes physiopathologiques du prolapsus et des techniques de réparation chirurgicale actuellement disponibles . La chirurgie pelvienne reconstructrice a beaucoup évolué ces dix dernières années, avec le développement de nouvelles voies d’abord et de nouveaux matériaux prothétiques de renfort mais les indications respectives des différentes interventions restent actuellement difficiles à préciser, par manque de niveau de preuve suffisant. Le choix d’une technique chirurgicale est actuellement basé sur l’âge, la morbidité, le type de prolapsus mais pas sur l’évaluation des structures anatomiques défaillantes impliquées dans la physiopathologie du prolapsus [13]. Ma démarche scientifique a pour objectif de développer un modèle numérique 3D des mobilités pelviennes basé sur la méthode des Eléments Finis à partir d’IRM dynamiques. Mon travail de thèse propose de concevoir un modèle 3D biomécanique d’un prolapsus intégrant les principales structures anatomiques pelviennes afin d’effectuer des simulations de différentes techniques chirurgicales de correction. La simulation des corrections chirurgicales via notre modèle biomécanique 3D permettra une meilleure compréhension des mécanismes de réparation chirurgicale du prolapsus et l’amélioration de ces techniques chirurgicales. Ainsi, il pourrait être possible grâce à mon modèle de prévoir le résultat d’une chirurgie du prolapsus et d’adapter la technique chirurgicale envisagée pour chaque patiente grâce à une simulation pré opératoire. Mon travail de recherche constitue une application des techniques numériques en biomécanique en traitant de la modélisation des tissus mous biologiques et de la simulation numérique des interactions entre les organes pelviens.
Situation du sujet
Justification
Le prolapsus génito-urinaire est un trouble de la statique pelvienne de la femme avec altération des systèmes de soutènement et de suspension des organes pelviens. Il s’agit d’un trouble de la mobilité des organes pelviens féminins pouvant entrainer un retentissement important sur la qualité de vie avec une réelle demande d’amélioration. Plusieurs tendances se dessinent :
1. Le vieillissement de la population féminine conjointement lié à l’augmentation de l’espérance de vie des femmes et de la qualité de vie rendra nécessaire l’établissement dans les années à venir d’une thérapeutique personnalisée pour chaque patiente.
2. Les patientes sont de plus en plus favorables aux procédures chirurgicales dans l’attente d’une meilleure qualité de vie.
3. Une forte incitation à la généralisation de procédures chirurgicales mini-invasives dans le but de diminuer les durées de séjour hospitalier et de favoriser le rétablissement rapide des patientes, incitent la recherche en statique pelvienne à développer de nouvelles techniques chirurgicales et des matériaux adaptés.
La prise en charge des prolapsus de stade sévère ≥ 3 selon la classification POP-Q est actuellement chirurgicale [14-16]. Le compartiment antérieur est le plus fréquemment atteint mais également le plus difficile à traiter quelle que soit la voie d’abord utilisée . La correction isolée de la cystocèle représente 40.1% des interventions, 18% lorsqu’elle est intégrée à un geste sur les 3 compartiments, 15.6% en association à un geste postérieur et 8.6% en association à un geste sur l’apex [2]. Actuellement, la littérature scientifique décrit une très grande diversité de techniques de corrections chirurgicales avec parfois un taux élevé de récidives à distance, pouvant s’élever jusqu’à 40% . Ce taux élevé de récidives peut s’expliquer en partie par une physiopathologie très complexe du prolapsus non parfaitement bien comprise. Les recommandations de bonnes pratiques actuelles sont essentiellement basées sur des données cliniques (sévérité des symptômes, degré du prolapsus) mais aucune sur la nature des structures anatomiques pelviennes impliquées dans le mécanisme du prolapsus . Il n’y a actuellement pas suffisamment de données pour fournir des recommandations concernant la technique optimale ni de consensus sur le choix de la meilleure technique [12,20]. La chirurgie a pour objectif de fixer un ou plusieurs organes pelviens sur des structures anatomiques pelviennes ou à l’aide de renforcements prothétiques . De nombreuses techniques de réparation (promontofixation, réparation vaginale par tissu autologue ou par renforcement prothétique) ont été développées pour le traitement de la cystocèle mais il n’existe actuellement aucun facteur prédictif pré opératoire disponible pour décider du choix de la technique chirurgicale [20]. De plus, en pratique clinique, il n’y a pas toujours de corrélation entre le stade anatomique et la technique chirurgicale utilisée, ni de méthode réellement efficace comparant les différentes techniques chirurgicales de correction.
Au cours des dernières décennies, les progrès en mathématiques, le développement de technologies assistées par ordinateur, et plus précisément la simulation numérique par méthode des Eléments Finis, nous permettent de développer avec une meilleure précision des modèles fonctionnels du système pelvien. C’est dans ce contexte que nous avons utilisé la méthode des Eléments Finis (EF) pour étudier la mobilité des organes afin d’améliorer la compréhension des phénomènes biomécaniques impliqués dans la physiopathologie du prolapsus. L’implémentation d’un modèle numérique 3D des mobilités pelviennes par l’intermédiaire de la simulation EF nous permettra de mieux comprendre les mécanismes générateurs des troubles de la statique pelvienne, de simuler les mobilités pelviennes pathologiques et les corrections chirurgicales du prolapsus. Dans ces conditions, nos voies de recherche par le biais de la modélisation du système pelvien 3D viseront à mieux comprendre les mécanismes physiopathologiques du prolapsus et ses techniques chirurgicales de correction.
Rationnel de mes travaux de recherche
Même si les facteurs de risque du prolapsus sont actuellement bien identifiés, les mécanismes physiopathologiques restent mal connus. L’enjeu du diagnostic et de la connaissance des mécanismes du prolapsus nous permettra d’améliorer notre prise en charge thérapeutique et d’affiner nos techniques chirurgicales de réparation. Les indications chirurgicales s’appuient sur des fondements cliniques et d’analyse comparative de patients mais n’ont pas de réel justificatif scientifique. De plus, il semble actuellement que la voie vaginale soit moins pratiquée par rapport à la voie abdominale coelioscopique. Le but de notre travail est de constater la faisabilité du modèle numérique 3D, son application à la génération de modèles pathologiques, l’étude de la faisabilité de la simulation et la comparaison de plusieurs techniques chirurgicales. Ainsi, l’intérêt de notre travail est d’enrichir nos connaissances sur les mécanismes physiopathologiques du prolapsus et d’améliorer nos indications opératoires via la simulation et l’implémentation d’un modèle numérique 3D des mobilités du prolapsus. La simulation des corrections chirurgicales via notre modèle biomécanique des mobilités pelviennes permettra une meilleure compréhension des mécanismes de réparation chirurgicale du prolapsus, de prédire les résultats d’une chirurgie de cystocèle et d’adapter la technique envisagée pour chaque patiente grâce à une simulation préopératoire.
La nature biomécanique des organes (organes vivants, matériaux anisotropes), la complexité des interactions (ligaments, fascias, viscosité, frottement), la complexité géométrique des organes (organes creux avec épaisseur variable et rayons de courbure parfois très faibles) et la non connaissance explicite des conditions limites font toute la difficulté de notre modèle biomécanique.
Méthodologie
Plusieurs étapes sont indispensables pour une construction valide d’un modèle numérique : l’établissement d’un modèle géométrique 3D, la caractérisation du comportement mécanique des tissus intéressés, la définition des conditions limites en déplacement et en chargement de ce modèle et enfin la réalisation de simulations par la méthode des Eléments Finis. Avant d’initier notre approche en détails, il m’a paru nécessaire d’établir un « état de l’art » sur les connaissances actuelles avec une revue complète de la littérature des structures anatomiques pelviennes impliquées dans les mécanismes physiopathologiques de la cystocèle. J’ai également établi une synthèse des différentes théories de la cystocèle. Cette parfaite connaissance anatomique était pour moi une condition indispensable pour envisager dans un 2ème temps les différentes étapes de simulation d’une cystocèle. De plus, la compréhension de la nature des structures anatomiques de soutien permettra de mieux définir les conditions limites pour tendre vers des simulations réalistes. Ma 1ère démarche scientifique a consisté à créer un modèle géométrique des organes sur 2 patientes témoins saines à l’aide de logiciel de reconstruction géométrique. J’ai établi une reconstruction surfacique des organes avec le logiciel CatiaTM suivie d’une étape de maillage. A partir de ce modèle biomécanique 3D, j’ai intégré les principales structures anatomiques de suspension responsables d’une cystocèle afin d’étudier l’influence de ces structures anatomiques me permettant de simuler différents types de cystocèles.
Le modèle EF a été implémenté des propriétés biomécaniques pour chaque élément impliqué au cours d’une cystocèle médiane, latérale et apicale. Il a pris en compte une modification des paramètres mécaniques (module de Young) et des propriétés géométriques des structures anatomiques permettant plusieurs simulations différentes. Ce modèle géométrique m’a permis d’évaluer les mobilités des organes pelviens selon les différentes théories et de déterminer le rôle de chaque structure ligamento-fasciale nécessaire au développement du prolapsus. Le modèle numérique biomécanique paramétré m’a permis d’analyser l’influence de chaque structure de suspension sur la cystocèle et de comparer les différentes théories anatomiques. La 3ème partie de mon travail s’est concentré sur l’établissement d’une modélisation numérique de simulation des différentes techniques de réparation chirurgicale d’une cystocèle à partir du logiciel numérique AbaqusTM basé sur la méthode des Eléments Finis. Ainsi, j’ai sélectionné 6 patientes présentant une volumineuse cystocèle symptomatique extériorisé au repos et en poussée (grade 3 et 4 selon la classification Baden-Walker). Pour chacune des 6 patientes une IRM dynamique a été réalisé selon le même protocole (balisage vaginal, repos et poussée). J’ai paramétré tous les points POP-Q sur la colonne vaginale antérieure et le col de l’utérus [22]. Par la suite, j’ai défini les différentes techniques chirurgicales que je souhaitais simuler : une promontofixation coelioscopique avec implant prothétique, une suspension par voie vaginale avec implant prothétique et une suspension ligamentaire par voie vaginale sans prothèse. L’une des étapes majeures de notre modélisation numérique consistera à créer puis valider un modèle générique pathologique des organes pelviens. Je réaliserai un modèle EF générique pathologique et d’un modèle EF dédié à la simulation des différentes techniques de correction chirurgicale. Les différentes étapes permettront de réaliser des simulations de correction chirurgicale du prolapsus à partir d’un modèle générique complet et cohérent du pelvis féminin à l’aide du logiciel numérique AbaqusTM.
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Table des matières
I. INTRODUCTION GENERALE
1.1 Situation du sujet
1.2 Définitions des objectifs
1.3 Méthodologie
II. ETAT DE L’ART
2.1 Introduction
2.2 Description des différents prolapsus
2.3 Méthodes d’évaluation de la chirurgie des prolapsus utilisées pour nos travaux
2.4 Techniques de correction chirurgicale du prolapsus
2.5 Caractérisation biomécanique et mesures anatomiques des structures pelviennes
2.6 Modélisation géométrique à partir de l’IRM
2.7 Principe de simulation par Eléments Finis ou « méthode des Eléments Finis »
2.8 Construction du modèle Eléments Finis paramétrique du système pelvien
2.9 Conclusion
III. ARTICLE 1 “Cystocele and the functional anatomy of the pelvic floor: review and update of the various theories”
3.1 Résumé
3.2 Manuscrit
IV. ARTICLE 2 “Pathophysiological aspects of cystocele with a 3D Finite Elements model”
4.1 Résumé
4.2 Manuscrit
V. ARTICLE 3 “Comparison of different cystoceles and surgical corrections on a 3D Finite-Elements model”
5.1 Résumé
5.2 Manuscrit
VI. SYNTHESE ET PERSPECTIVE
VII. ANNEXES
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