Дисертації з теми "Simulations hémodynamiques"

L'étude de l'hémodynamique, c'est-à-dire de la dynamique du sang, est considérée par la communauté médicale comme un biomarqueur essentiel pour caractériser l'apparition et le développement des pathologies cardiovasculaires. Historiquement, l'imagerie à résonance magnétique (IRM), technique non-invasive et non-ionisante, permet de reconstruire des images morphologiques des tissus biologiques. Des progrès récents lui donnent aussi accès à l'évolution temporelle du champ de vitesse du sang dans les trois directions de l'espace. Cette technique, connu sous le nom d'IRM de flux 4D, est encore peu utilisée dans la pratique clinique étant donné sa faible résolution spatio-temporelle et sa longue durée d'acquisition.Cette thèse a pour but d'étudier les performances de la séquence de flux 4D. Dans un premier temps, l'impact de séquences accélérées (GRAPPA, compressed sensing) sur la reconstruction des champs de vitesse est étudié dans un cadre combinant mesures expérimentales sur un fantôme imageur de flux et simulations de mécanique des fluides numérique (MFN). On montre que l'acquisition hautement accélérée avec compressed sensing est en bon accord avec la simulation numérique si les corrections appropriées sont appliquées, notamment par rapport aux courants de Foucault. Dans un second temps, l'impact d'un paramètre de séquence, l'écho partiel, est examiné. L'étude est conduite avec une méthodologie couplant la simulation du processus d'acquisition IRM avec la MFN et permettant de reconstruire des images synthétiques d'IRM. Cette configuration permet de s'affranchir des erreurs expérimentales pour s'intéresser uniquement aux erreurs intrinsèques au processus IRM. Deux séquences constructeur réalistes, sans et avec écho partiel, sont simulées sur deux types d'écoulement dans un fantôme de flux numérique. Pour les deux écoulements, la séquence avec écho partiel donne globalement de meilleurs résultats. Il est ainsi suggéré que l'effet d'atténuation des artéfacts de déplacement permise par l'écho partiel est plus important que celui de réduction du signal IRM acquis que ce paramètre engendre. De plus, la simulation couplée IRM-MFN apparaît comme un outil d'intérêt dans le contexte de la conception et de l'optimisation de séquences IRM et pourrait être étendu à d'autres types de séquences
The study of hemodynamics, i.e. the dynamics of blood flow, is considered by the medical community as an essential biomarker to characterize the onset and the development of cardiovascular pathologies. Historically, magnetic resonance imaging (MRI), a non-invasive and non-ionizing technique, allows to reconstruct morphological images of the biological tissues. Recent progresses have made it possible to access the temporal evolution of the blood velocity field in the three spatial directions. This technique, known as 4D flow MRI, is still little used in the clinical practice due to its low spatiotemporal resolution and its long scan time.This thesis aims at studying how the 4D flow MRI sequence performs. To begin with, the impact of accelerated sequences (GRAPPA, compressed sensing) on reconstructed velocity fields is studied in a framework combining experimental measurements in a flow phantom and computational fluid dynamics (CFD) simulations. It is shown that the highly accelerated sequence with compressed sensing is in good agreement with numerical simulation as long as appropriate corrections are applied, namely with respect to the eddy currents. Then, the impact of a sequence parameter, namely partial echo, is investigated. The study is conducted thanks to a methodology coupling the simulation of the MR acquisition process with CFD and allowing to reconstruct synthetic MR images (SMRI). This configuration is freed from experimental errors and allows to only focus on the errors intrinsic to the MRI process. Two realistic constructor sequences, without and with partial echo, are simulated for two types of flow in a numerical flow fantom. For both flows, the sequence with partial echo results in overall better results. It suggests that the mitigation of the displacement artifacts made possible by the partial echo has a greater impact than the reduced MR signal acquired that it induces. Furthermore, the coupled MRI-CFD simulation appears as a tool of interest in the context of sequence design and optimization. It could be expanded to other types of MR sequences

Cette thèse se concentre sur une pathologie spécifique affectant la section abdominale de l'aorte, connue sous le nom d'anévrisme de l'aorte abdominale (AAA). Un anévrisme implique un affaiblissement persistant et localisé de la paroi du vaisseau, entraînant des élargissements et des renflements, provoquant une recirculation et une turbulence du flux sanguin.Notre thèse expose une méthodologie pour la modélisation géométrique des anévrismes abdominaux. Le processus comprend l'acquisition d'images de scanners CT, la reconstruction de la géométrie 3D de l'aorte et l'isolation de l'anévrisme. La phase de modélisation commence par l'identification et l'approximation de la ligne médiane du vaisseau aortique à l'aide de fonctions B-spline. La paroi aortique est ensuite partitionnée et profilée à l'aide de séries de Fourier.Pour évaluer son efficacité, la technique développée est appliquée à un ensemble de données de scanners CT de patients. Les reconstructions obtenues à partir des scans sont également présentées comme des exemples détaillant chaque étape de la procédure. De plus, une évaluation quantitative et la logique derrière les paramètres de modélisation sont expliquées. Ensuite, en tant que première application, la modélisation est intégrée à un processus de registration pour le diagnostic clinique et le suivi.La procédure de modélisation géométrique développée est utilisée dans un pipeline pour des simulations hémodynamiques et une évaluation des risques, en utilisant une approche de modélisation d'ordre réduit pour construire un espace de solution. Des simulations, utilisant des géométries paramétrées, sont réalisées dans des conditions réalistes, et des indicateurs de risque sont calculés et liés à la représentation géométrique à l'aide d'une fonction interpolante à base radiale. Enfin, des prédictions sur les indicateurs de risque sont obtenues pour une géométrie inconnue. Les résultats, bien que prometteurs, pourront être améliorés en augmentant de manière appropriée l'ensemble de données initial.Pour remédier à la pénurie mentionnée de données cliniques, nous avons élaboré un flux de travail automatisé pour générer des géométries synthétiques. Cette approche permet l'identification de paramètres géométriques pertinents et implique l'apprentissage automatique pour générer une population virtuelle de patients cohérente avec les données d'origine. En plus d'améliorer la capacité prédictive des modèles réduits, la méthode peut également être appliquée de manière prospective pour des essais in silico et des études impliquant des populations virtuelles de patients
This thesis focuses on a specific pathology affecting the abdominal section of the aorta, known as abdominal aortic aneurysm (AAA). An aneurysm involves a persistent and localized weakening of the vessel wall, leading to enlargements and bulges, causing recirculation and turbulence of blood flow.Our thesis outlines a methodology for geometric modeling of abdominal aneurysms. The process involves acquiring CT images, reconstructing the aorta 3D geometry, and isolating the aneurysm. The modeling phase begins by identifying and approximating the centerline of the aortic vessel using B-spline functions. The aortic wall is then partitioned and profiled using Fourier series.To evaluate its effectiveness, the developed technique is applied to a dataset of CT scans from patients. Reconstructions obtained from the scans are also presented as examples to detail each step of the procedure. In addition, a quantitative evaluation and rationale behind modeling parameters are explained. Then, as a first application, the modeling is integrated into a registration process for clinical diagnosis and follow-up.The geometrical modeling procedure developed is used in a pipeline for hemodynamic simulations and risk assessment, employing a reduced-order modeling approach to construct a reduced solution space. Simulations, utilizing parameterized geometries, are conducted under realistic conditions, and risk indicators are computed and linked to the geometrical representation using Radial Basis Functions interpolant. Finally, predictions on risk indicators are obtained for an unknown geometry. The results, despite being promising, can be further improved by appropriately augmenting the initial dataset.To address the aforementioned scarcity of clinical data, we devised an automated workflow for generating synthetic geometries. This approach allows for the identification of relevant geometry parameters and involves machine learning to generate a virtual patient population consistent with the original data. In addition to improving the predictive capability of reduced models, the method can also be applied prospectively for in-silico trials and studies involving virtual patient populations

L'aorte conduit le sang oxygéné aux organes et amortit l'onde pulsatile cardiaque. Au cours du vieillissement, elle est exposée à des altérations hémodynamiques et à une rigidité augmentée, elle-même associée à la mortalité.L'objectif de ma thèse est de proposer, à partir de l'IRM et des simulations, des indices non-invasifs de l'hémodynamique aortique locale, qui soient simples, rapides et complémentaires aux indices IRM de géométrie et de fonction aortiques établis.Un premier volet est consacré au développement et la personnalisation d'un modèle 1D de l'aorte descendante, validé qualitativement et quantitativement avec des données IRM sur 7 sujets, afin d'extraire des paramètres de pression, vitesse et surface.Un second volet, dédié aux données IRM, est centré sur :la comparaison de 7 méthodes d'évaluation de la pulsatilité aortique et leur validation avec la référence sur 70 sujets sainsla quantification du flux réverse aortique et l'étude de sa variation avec l'âge, ainsi que l'identification de ses déterminants sur 96 sujets sainsl'estimation automatique d'indices hémodynamiques de la sténose valvulaire aortique (SVA) et leur comparaison à l'échocardiographie Doppler sur 53 patients avec une SVA et 21 contrôles.Ainsi, le modèle aortique pourrait aider à identifier les déterminants des altérations aortiques et à consolider les observations in vivo. Par ailleurs, les outils mis au point pour l'analyse reproductible des données d'IRM fournissent des indices caractéristiques du vieillissement, qui pourraient être étudiés vis-à-vis des organes cibles (coeur, cerveau, rein, etc.) dans les pathologies cardiovasculaires (hypertension artérielle, drépanocytose).

Contexte : des etudes cliniques et des simulations numeriques ont montre que le polygone de willis est un facteur determinant de l'hemodynamique cerebrale en aval de lesions obstructives severes des arteres carotides internes (acais). L'objectif de cette these est (i) de developper un modele physique simulant la macrocirculation cerebrale et (ii) d'etayer ou d'infirmer les resultats simules numeriquement. Methode et resultat : un modele rigide et plan du polygone de willis et de ses arteres afferentes et efferentes, constitue d'un reseau de 20 tubes, dont les dimensions sont egales a celle des vaisseaux correspondants chez l'homme, a ete usine dans du plexiglas. Les resistances peripheriques, les stenoses ou occlusions carotidiennes et le diametre de l'artere communicante anterieure sont des parametres variables. Ce modele inclus dans une boucle circulatoire permet de reproduire un ecoulement de type physiologique. Les signaux de pression, de debit et les profils de vitesse instantanes sont mesures en un grand nombre de points dans le reseau. Pour un reseau sain et symetrique, les resultats experimentaux sont precisement correles avec ceux d'un modele lineaire. En presence de lesions obstructives unilaterales des acais, les effets non-lineaires induits par les singularites (bifurcations, retrecissements brusques) au niveau des arteres communicantes (acos), mettent en defaut ce modele. Une etude specifique a permis de quantifier les chutes de pression au niveau de ces arteres, montrant qu'elles varient de maniere quadratique avec le debit qui les traverse. Une nouvelle version du modele numerique, prenant en compte ces phenomenes, fournit des resultats en excellent accord avec les resultats experimentaux. Conclusion : nos simulations numeriques et experimentales confirment que l'impact d'une lesion carotidienne sur l'hemodynamique cerebrale depend tres fortement du calibre des acos. Elles permettent de quantifier plus precisement leur role et de valider, en la corrigeant, la simulation numerique. Les resultats obtenus dans cette etude pourraient etre a court terme transposes chez l'homme, apres avoir ete precises par une etude sur un modele tridimensionnel de forme anatomique.

Ce travail de doctorat se décompose en quatre parties distinctes. La première partie concerne la caractérisation hémodynamique sur simulateur cardiovasculaire de prothèses valvulaires mitrales de différents constructeurs en vue de leur évaluation clinique et du diagnostique de leur dysfonction. La seconde partie se focalise sur les prothèses valvulaires mécaniques bi-clapet au travers desquels le phénomène de recouvrement de pression dû au passage de l'écoulement à travers les trois orifices formés par les clapets peut engendrer une surestimation du gradient transvalvulaire. Ce phénomène peut entrainer une ambiguïté lors de l'évaluation de la prothèse en cas de gradient transvalvulaire important. Cette partie s'attache à quantifier ce phénomène et à évaluer l'influence d'une dysfonction (disproportion patient-prothèse ou obstruction d'un clapet) sur celui-ci. La troisième partie concerne la procédure valve-in-valve dans laquelle une prothèse percutanée est implantée dans une bioprothèse défaillante. Elle fournit une caractérisation in vitro, première au niveau mondial, d'assemblages de la prothèse SAPIEN Edwards dans des bioprothèses issues de différents constructeurs. Enfin et suite à la mise en évidence dans les parties précédentes de profils de vitesse en amont de la prothèse ne pouvant être assimilés à des profils plats, l'étude des patrons de flux auriculaires a été réalisée grâce à des acquisitions in-vitro
This PhD work is divided into four different parts. the first part concerns the hemodynamic characterization by in-vitro cardiovascular testing of mitral valvular prosthesis from different manufacturers in order to provide reference values for clinical diagnosis. The second part focus on bi leaflet mechanical heart valve in each pressure recovery resulting of flow through the three orifices could lead to an overestimation of transvalvular pressure gradient. This could create ambigious assessment in case of high value of transvalvular pressure gradient. This part aims to quantify this pressure recovery and identify the influence of dysfunction (leaflet obstruction or patient prosthesis mismatch) on this value. Third part consists in valve-in-valve procedure in which a transcatheter valve is impllanted in a failled bioprosthesis. It provides in vitro testing, first globally, of assemblies composed of SAPIEN Edwards prostheses in different manufacturers' bioprosthesis.As highlighted in the previous parts inflows of the mitral prostheses can not be considered as plane and results of left atrium flow patterns. The last part studies the left atrium flow following mitral valve replacement

En imagerie cardiovasculaire, un biomarqueur est une information quantitative permettant d'établir une corrélation avec la présence ou le développement d'une pathologie cardiovasculaire. Ces biomarqueurs sont généralement obtenus grâce à l'imagerie de l'anatomie et du flux sanguin. Récemment, la séquence d'acquisition d'IRM de flux 4D a ouvert la voie à la mesure du flux sanguin dans un volume 3D au cours du cycle cardiaque. Or, ce type d'acquisition résulte d'un compromis entre le rapport signal sur bruit, la résolution et le temps d'acquisition. Le temps d'acquisition est limité et par conséquent les données sont bruitées et sous-résolues. Dans ce contexte, la quantification de biomarqueurs est difficile. L'objectif de cette thèse est d'améliorer la quantification de biomarqueurs et en particulier du cisaillement à la paroi. Deux stratégies ont été mises en œuvre pour atteindre cet objectif. Une première solution permettant le filtrage spatio-temporel du champ de vitesse a été proposée. Cette dernière a révélé l'importance de la paroi dans la modélisation d'un champ de vitesse. Une seconde approche, constituant la contribution majeure de cette thèse, s'est focalisée sur la conception d'un algorithme estimant le cisaillement à la paroi. L'algorithme, nommé PaLMA, s'appuie sur la modélisation locale de la paroi pour construire un modèle de vitesse autour d'un point d'intérêt. Le cisaillement est évalué à partir du modèle de la vitesse. Cet algorithme intègre une étape de régularisation a posteriori améliorant la quantification du cisaillement à la paroi. Par ailleurs, une approximation du filtre IRM est utilisée pour la première fois pour l'estimation du cisaillement. Enfin, cet algorithme a été évalué sur des données synthétiques, avec des écoulements complexes au sein de carotides, en fonction du niveau de bruit, de la résolution et de la segmentation. Il permet d'atteindre des performances supérieures à une méthode de référence dans le domaine, dans un contexte représentatif de la pratique clinique
In cardiovascular imaging, a biomarker is quantitative information correlated with an existing or growing cardiovascular pathology. Biomarkers are generally obtained by anatomy and blood flow imaging. Recently, the 4D Flow MRI sequence opened new opportunities in measuring the blood flow within a 3D volume along the cardiac cycle. However, this sequence is a compromise between signalto-noise ratio, resolution and acquisition time. Allocated time being limited, velocity measurements are noisy and low resolution. In that context, biomarkers' quantification is challenging. This thesis's purpose is to enhance biomarkers' quantification and particularly for the wall shear stress (WSS). Two strategies have been investigated to reach that objective. A first solution allowing the spatiotemporal filtering of the velocity field has been proposed. It revealed the importance of the wall for the velocity field modelization. A second approach, being the major contribution of this work, focused on the design of a WSS quantification algorithm. This algorithm, named PaLMA, is based on the local modelization of the wall to build a velocity model near a point of interest. The WSS is computed from the velocity model. This algorithm embeds an a posteriori regularization step to improve the WSS quantification. Besides, a blurring model of 4D Flow MRI is used for the first time in the WSS quantification context. Finally, this algorithm has been validated over synthetic datasets, with carotids' complex flows, concerning the signal-to-noise ratio, the resolution, and the segmentation. The performances of PaLMA are superior to a reference solution in that domain, within a clinical routine context

Les maladies valvulaires mitrales induisent une surcharge de pression ou de volume dans l’oreillette. L’augmentation de la pression auriculaire initie alors des complications secondaires, telles que l’hypertension artérielle pulmonaire, la fibrillation auriculaire et la thromboembolie. Les objectifs du remplacement valvulaire mitral sont donc d’améliorer l’hémodynamie de la valve, mais aussi de normaliser les pathologies secondaires. Ces objectifs ne sont pas nécessairement atteints chez tous les patients. Parfois, ils ne le sont que partiellement. L’objectif général de cette thèse est de mieux comprendre les interactions complexes entre le substitut valvulaire, les écoulements intra-auriculaires et la circulation pulmonaire. Nous avons donc développé un nouveau simulateur expérimental atrio-ventriculaire capable d’estimer ces interactions. Il est basé sur le respect du synchronisme entre les contractions et relaxations des deux cavités cardiaques, modélisées par deux moules en silicone. Deux pompes, asservies par un contrôleur temps réel, autorisent une double activation rigide et synchronisée, et la maîtrise des volumes des moules de l’oreillette et du ventricule. Un modèle Windkessel simule la circulation pulmonaire et une troisième pompe l’éjection du ventricule droit. Les courbes pression-volume des cavités et les impédances aortique et pulmonaire mesurées sur le simulateur sont totalement physiologiques, excepté l’amplitude de la pression auriculaire qui demeure encore trop élevée. La forme du moule de l’oreillette, totalement anatomique et comprenant quatre veines pulmonaires et l’appendice auriculaire gauche, permet une organisation de l’écoulement intra-auriculaire très proche de celle observée in-vivo. La visualisation de ces écoulements est réalisée par vélocimétrie par images de particules trois composantes et multi-plans, associée à une méthode de masquage automatique des régions d’intérêt. Nous avons étudié, par une approche numérique, l’impact de la disproportion patient-prothèse en position mitrale sur les pressions auriculaire gauche et artérielle pulmonaire. Le modèle numérique a permis de valider les seuils d’aire valvulaire effective indexée utilisés en clinique pour estimer la présence et la sévérité de la disproportion patient-prothèse. Par ailleurs, nous avons démontré au moyen du simulateur atrio-ventriculaire que l’aire valvulaire effective d’une prothèse mitrale varie de l’ordre de 30% durant la diastole, ce qui remet en cause l’hypothèse selon laquelle cette variable ne change pas durant cette période. Enfin, nous avons mis en évidence l’impact positif de la régurgitation d’une prothèse mécanique sur la thrombogénèse, similairement à l’insuffisance mitrale, au détriment d’une augmentation de la pression artérielle pulmonaire. Les nouvelles connaissances et le nouvel outil expérimental présentés dans cette thèse pourraient être utilisés, à l’avenir, pour améliorer les prothèses valvulaires mitrales et développer des stratégies visant à optimiser les résultats du remplacement valvulaire mitral.
Mitral valve diseases induce left atrial pressure or volume overload. The resulting increase of left atrial pressure, in turn, leads to secondary abnormalities, such as pulmonary arterial hypertension, atrial fibrillation and thromboembolism. Therefore, the main goals of mitral valve replacement are to restore the valvular hemodynamics and to normalize the secondary abnormalities. The general objective of this thesis is to better understand the complex interactions between the valve substitute, the intra-atrial flow patterns, and the pulmonary circulation. We, therefore, developed a new in-vitro pulsed atrio-ventricular mock circulatory system to investigate these interactions. The setup is based on the perfect synchronization between the contractions and relaxations of the two cardiac cavities, which are mimicked by two silicone moulds. Two pumps, real time servo-controlled, allow the double rigid and synchronized activations of the moulds, and the control of left atrial and left ventricular volumes. A Windkessel model is used as the pulmonary circulation and a third pump mimick the right ventricular ejection. Pressure-volume curves of the cardiac cavities and aortic and pulmonary impedances, measured in-vitro, are totally concordant with the cardiac physiology, except the amplitude of the left atrial pressure which remains too elevated. The anatomical shape of the left atrial mould includes the four pulmonary veins and the left atrial appendage. This realistic geometry allows flow patterns very closed to those observed in-vivo. Their visualization is performed using multi-planes three components particle image velocimetry, associated with an automatic mask generation. Using a numerical approach, we investigated the impact of mitral prosthesis-patient mismatch on left atrial and pulmonary arterial pressures. The numerical model was used to validate the cut-off values of indexed effective orifice areas generally used to define the presence and the severity of prosthesis-patient mismatch in the clinical setting. With the use of the mock circulatory system, we showed that the effective orifice area of mitral prostheses may exhibit variations of ±30% during diastole, which contradicts the previous hypothesis stating that this variable remains constant during this period. Finally, we described the positive impact of the mechanical mitral prosthetic valve regurgitation on thrombogenesis, similarly to mitral insufficiency, to the expense of an increase of the pulmonary arterial pressure. The new knowledge and the new experimental setup presented in this thesis may prove to be useful to optimize the design of mitral prosthetic valves and the performance of mitral valve replacement.

La structure de l’oeil permet d’observer la microcirculation, grâce aux caméras de fond d’oeil. Ces appareils sont bon marché et couramment utilisés dans la pratique clinique, permettant le dépistage de maladies oculaires. La capacité des vaisseaux à adapter leur diamètre (autorégulation) afin de réguler le débit sanguin est importante dans la microcirculation. L’hémodynamique de l’oeil est impactée par la pression à l’intérieur du globe oculaire (IOP), qui est à son tour influencée par le flux sanguin oculaire. Les altérations de l’autorégulation et l’IOP jouent un rôle dans les maladies oculaires. La modélisation mathématique peut aider à interpréter l’interaction entre ces phénomènes et à mieux exploiter les données médicales disponibles. Dans la première partie, nous présentons un modèle simplifié d’interaction fluidestructure qui inclut l’autorégulation, appliqué à un reseau 3D obtenu par imagerie médicale. Les cellules musculaires lisses regulant le diamètre du vaisseau sont modélisés dans la structure. Ensuite, nous utilisons des équations de poroélasticité pour décrire le flux sanguin dans la choroïde, dans un modèle multi-compartiments de l’oeil. Cette approche permet de rendre compte de la transmission de la pulsatilité de la choroïde à la chambre antérieure, où l’IOP est mesurée. Nous présentons des résultats préliminaires sur la choroïde, l’humeur aqueuse et sur la choroïde couplée avec la vitrée. Enfin, nous présentons un modèle d’ordre réduit pour accélérer des simulations multi-physique. Des modèles de haute précision sont utilisés pour les compartiments d’intérêt et une représentation réduite de l’opérateur de Steklov-Poincaré est utilisée pour les autres compartiments
The structure of the eye offers a unique opportunity to directly observe the microcirculation, by means, for instance, of fundus camera, which are cheap devices commonly used in the clinical practice. This can facilitate the screening of systemic deseases such as diabetes and hypertension, or eye diseases such as glaucoma. A key phenomenon in the microcirculation is the autoregulation, which is the ability of certain vessels to adapt their diameter to regulate the blood flow rate in response to changes in the systemic pressure or metabolic needs. Impairments in autoregulation are strongly correlated with pathological states. The hemodynamics in the eye is influenced by the intraocular pressure (IOP), the pressure inside the eye globe, which is in turn influenced by the ocular blood flow. The interest in the IOP stems from the fact that it plays a role in several eye-diseases, such as glaucoma. Mathematical modelling can help in interpreting the interplay between these phenomena and better exploit the available data. In the first part of the thesis we present a simplified fluid-structure interaction model that includes autoregulation. A layer of fibers in the vessel wall models the smooth muscle cells that regulate the diameter of the vessel. The model is applied to a 3D image-based network of retinal arterioles. In the second part, we propose a multi-compartments model of the eye. We use the equations of poroelasticity to model the blood flow in the choroid. The model includes other compartments that transmit the pulsatility from the choroid to the anterior chamber, where the measurements of the IOP are actually performed. We present some preliminary results on the choroid, the aqueous humor and on the choroid coupled with the vitreous. Finally, we present a reduced order modelling technique to speed up multiphysics simulations. We use high fidelity models for the compartments of particular interest from the modelling point of view. The other compartments are instead replaced by a reduced representation of the corresponding Steklov-Poincaré operator

L'hémodynamique (la manière dont le sang coule) est aujourd'hui considérée par la communauté médicale comme un marqueur prépondérant dans l'apparition et dans l'évolution de certaines pathologies cardiovasculaires (formation d’un caillot sanguin, anévrisme, sténose...). Les récents progrès technologiques ont permis d'adapter l'Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) à l'exploration vélocimétrique 3D du système cardiovasculaire grâce à l'IRM de flux 4D. En plus d'être non invasive et non ionisante, cette technique ouvre l'accès à l'évaluation de quantités dérivées du champ de vitesse telles que la pression ou le frottement pariétal, pertinentes lors des diagnostics médicaux, mais difficilement accessibles par imagerie. Néanmoins, les contraintes technologiques (temps d'acquisition, résolution spatiale, dépendance aux vitesses d'encodages) limitent la précision des mesures. De plus, les complexités intrinsèques au processus d’acquisition en IRM rendent difficilement identifiables les sources d'erreurs de mesures.Cette thèse à pour but de développer une méthodologie standardisée permettant l'évaluation systématique des mesures par IRM de flux 4D dans un régime d'écoulement complexe. Dans ce but, un fantôme IRM compatible capable de générer un écoulement typique de ceux observés dans la circulation thoracique (crosse aortique, bifurcation, anévrisme) est conçu et intégré à un banc d'essai expérimental. L'écoulement est prédit par simulation numérique (Mécanique des fluides Numérique) et simultanément mesuré par IRM de flux 4D.Grâce à une évaluation rigoureuse des différences entre ces deux modalités, on montre d’abord que la simulation numérique peut être considérée comme une représentation fidèle du champ de vitesse réel.Une évaluation rigoureuse des différences entre ces deux modalités permet de considérer la simulation numérique comme l’écoulement de référence représentant le champ de vitesse réel. L'analyse met aussi en lumière d'une part des erreurs typiques de mesures du champ de vitesse par IRM de flux 4D, ainsi que des erreurs relatives au calcul de quantités dérivées (pression et le frottement pariétal).Enfin, une méthodologie de simulation du processus d'acquisition en IRM est développée. Couplée avec la MFN, celle-ci permet de reconstruire des images IRM synthétiques correspondant à l'écoulement de référence mesuré par un protocole d'acquisition donné, mais exemptes de toutes erreurs expérimentales. La capacité à produire des images in silico permet notamment d’identifier les sources d’erreurs (matériel, logiciel, séquence) en IRM de flux 4D
Hemodynamics (blood flow dynamics) is now recognized as a key marker in the onset and evolution of many cardiovascular disorders such as aneurysms, stenoses, or blood clot formation. As it provides a comprehensive access to blood flows in-vivo, time-resolved 3D phase-contrast magnetic resonance imaging (or 4D Flow MRI) has gained an increasing interest over the last years and stands out as a highly relevant tool for diagnosis, patient follow-up and research in cardiovascular diseases. On top of providing a non-invasive access to the 3D velocity field in-vivo, this technique allows retrospective quantification of velocity-derived hemodynamic biomarkers such as relative pressure or shear stress, which are pertinent for medical diagnosis but difficult to measure in practice. However, several acquisition parameters (spatio-temporal resolution, encoding velocity, imaging artifacts) might limit the expected accuracy of the measurements and potentially lead to erroneous diagnosis. Moreover, the intrinsic complexities of the MRI acquisition process make it generally difficult to localize the sources of measurement errors.This thesis aims at developing a methodology for the assessment of 4D Flow MRI measurements in complex flow configuration. A well-controlled experiment gathering an idealized in-vitro flow phantom generating flow structures typical of that observed in the cardiovascular system is designed. The flow is simultaneously predicted by means of a high-order Computational Fluid Dynamics (CFD) solver and measured with 4D flow MRI. By evaluating the differences between the two modalities, it is first shown that the numerical solution can be considered very close to the ground truth velocity field. The analysis also reveals the typical errors present in 4D flow MRI images, whether relevant to the velocity field itself or to classical derived quantities (relative pressure, wall shear stress). Finally, a 4D Flow MRI simulation framework is developed and coupled with CFD to reconstruct the synthetic MR images of the reference flow that correspond to the acquisition protocol, but exempted from experimental measurement errors. Thanks to this new capability, the sources of the potential errors in 4D Flow MRI (hardware, software, sequence) can be identified

L’ablation partielle du foie est une chirurgie qui intervient dans le traitement des lésions du foie et lors d’une transplantation partielle de foie. Les relations entre l’hémodynamique du foie, son volume et ses fonctions restent à élucider pour mieux comprendre les causes des complications de ces chirurgies. Lors de la chirurgie, l’hémodynamique du foie est altérée suite à l’augmentation de la résistance au flux sanguin de l’organe. La régénération du foie semble dépendante des changements de débit et de pression dans la veine porte. D’autre part, comme le foie reçoit 25% du débit cardiaque, la chirurgie impacte la circulation sanguine globale. Dans ce contexte, le premier objectif est de mieux comprendre, grâce à des modèles mathématiques, l’influence de l’hépatectomie sur l’hémodynamique. Le second objectif est l’analyse de la perfusion et de la fonction du foie. Premièrement, la procédure chirurgicale, les conditions expérimentales ainsi que les mesures obtenues sont détaillées. Ensuite, les valeurs moyennes mesurées lors de douze chirurgies sont reproduites par un modèle de circulation entière, basé sur des équations différentielles ordinaires. Lors des différentes hépatectomies, des changements de forme de courbe sont observés. Un modèle de circulation entière, basée sur des équations 1D et 0D est proposé pour analyser ces changements. Ce travail pourrait permettre une meilleure compréhension des changements d’architecture du foie induits par l’hépatectomie. Puis, le transport dans le sang d’un composé ainsi que son traitement par le foie sont modélisés. Un modèle pharmacocinétique est développé et grâce aux mesures, les paramètres du modèle sont estimés
Major liver resection is being performed to treat liver lesions or for adult-to-adult living donor liver transplantation. Complications of these surgeries are related to a poor liver function. The links between liver hemodynamics, liver volume and liver function remain unclear and are important to better understand these complications. The surgery increases the resistance to blood flow in the organ, therefore it modifies liver hemodynamics. Large modifications of the portal vein hemodynamics have been associated with poor liver regeneration. Moreover the liver receives 25% of the cardiac outflow, therefore liver surgery may impact the whole blood circulation. In this context, the first goal is to investigate with mathematical models the impact of liver surgery on liver hemodynamics. The second goal is to study the liver perfusion and function with mathematical models. The first part describes the experimental conditions and reports the measurements recorded. Then, the second part focuses on the liver hemodynamics during partial hepatectomy. On one hand, the hemodynamics during several surgeries is quantitatively reproduced and explained by a closed-loop model based on ODE. On the other hand, the change of waveforms observed after different levels of liver resection is reproduced with a model of the global circulation, including 0D and 1D equations. This may contribute to a better understanding of the change of liver architecture induced by hepatectomy. Next, the transport in blood of a compound is studied. And a pharmacokinetics model and its parameter identification are developed to quantitatively analyze indocyanine green fluorescence dynamics in the liver tissue

La circulation sanguine cerebrale - en presence de stenoses et occlusions dans les voies d'apport - est etudiee par un modele mathematique base sur une formulation non lineaire de l'ecoulement pulse d'un fluide dans un reseau de tubes deformables. Cette etude parametrique menee de maniere systematique et quantitative en terme de repartition des debits et des pressions porte essentiellement sur l'evaluation du role du polygone de willis et du reseau anastomotique piemerien face a deux sortes de dissymetries occasionnees par des stenoses dans les arteres afferentes (carotides internes) et efferentes (cerebrales moyennes). Le modele montre que les consequences hemodynamiques locales et globales des stenoses carotidiennes, tant unilaterales que bilaterales, dependant plus fortement de la structure du polygone de willis au travers du calibre de l'artere communicante anterieure que de la severite geometrique des stenoses elles-memes. D'une maniere plus generale, le debit dans l'artere stenosee est d'autant plus faible et le debit collateral d'autant plus fort que la stenose est plus serree et que le calibre de l'artere communicante anterieure est plus eleve. Ce calibre est aussi determinant dans la chute de pression, qui peut descendre au-dessous de la limite inferieure d'autoregulation dans le territoire dependant de l'artere stenosee. Par contre, dans le cas des stenoses sylviennes, le cercle de willis n'assure aucune suppleance, celle-ci est partiellement prise en charge par le reseau anastomotique piemerien

L’implantation valvulaire aortique percutanée (TAVI) a émergé comme une alternative à la chirurgie pour les patients avec sténose sévère et haut risque chirurgical. Cette technique s’étend à une population plus large (e.g. anatomie plus complexe, risque chirurgical plus bas), ainsi qu'au traitement Valve-in-Valve (ViV) des bioprothèses (BPs) chirurgicales défaillantes. Cependant, deux complications majeures en limitent la généralisation. En TAVI « classique », la présence de fuites péripothétiques a été associée à une mortalité augmentée. Les effets du surdimensionnement de la prothèse percutanée pour assurer son étanchéité, ou de la forme de l’anneau souvent non circulaire, sur la performance hémodynamique, sont mal connus. En ViV, la présence de hauts gradients est fréquente et associée à une mortalité augmentée. Les BPs de taille nominale ≤ 21 mm et le mode de dégénérescence par sténose, facteurs mis en cause dans la sténose résiduelle et associés à une mortalité augmentée, ne sont pas assez spécifiques et il n’existe actuellement aucune recommandation pour le traitement des petites BPs. Par ailleurs, le bénéfice hémodynamique réel du ViV par rapport aux statuts avant ViV n’a pas été étudié.L’objectif général de ce travail doctoral est de comprendre les interactions entre la prothèse percutanée et l’anneau aortique ou la BP à traiter, impliquées dans la performance hémodynamique, en particulier dans des conditions d’implantation complexes, afin d’étendre les indications du TAVI. En ViV, le défi est de préciser les facteurs associés à sa performance et son utilité hémodynamique et de proposer des stratégies d’implantation afin d’optimiser le succès de la procédure
Transcatheter aortic valve implantation (TAVI) has emerged as an alternative to surgery for patients with severe aortic stenosis and high surgical risk. This technique is extending to a wider population (e.g. with more complex anatomy or lower surgical risk), as well as to patients with degenerated surgical bioprostheses (BPs). However, two major concerns remain limiting. Regarding “classical TAVI”, periprosthetic leaks have been associated with increased mortality. Oversizing is used to secure the device within the aortic annulus which is often non circular. The effects of oversizing and annulus shape on the hemodynamic performance are unknown. Regarding ViV implantations, elevated post-procedural gradients are common and have been associated with increased mortality. The principal factors associated with this residual stenosis as well as with increased risk of mortality, have been BPs label size ≤ 21 mm and mode of failure by stenosis. These factors are not specific enough and there is currently no recommendation for the treatment of small BPs. Besides, the actual hemodynamic benefit associated with ViV has not been evaluated (vs. pre ViV status).The general objective of this work is to understand the interactions between the transcatheter prosthesis and the aortic annulus or the BP to be treated, which impact the hemodynamic performance, especially in complex conditions of implantation, in order to extend the indications of TAVI. In the context of ViV, the objective is to specify the factors associated with the hemodynamic performance and utility of the treatment. The final aim is to provide strategies of implantation in order to optimize the success of the procedure

Les neuropathies optiques comme le glaucome sont souvent des maladies tardives, évolutives et incurables. Malgré les progrès récents de la recherche clinique, de nombreuses questions relatives à l’étiologie de ces troubles et à leur physiopathologie restent ouvertes. De plus, les données sur les tissus postérieurs oculaires sont difficiles à estimer de façon non invasive et leur interprétation clinique demeure difficile en raison de l’interaction entre de multiples facteurs qui ne peuvent pas être facilement isolés. L’utilisation récente de modèles mathématiques pour des problèmes biomédicaux a permis de révéler des mécanismes complexes de la physiologie humaine. Dans ce contexte très enthousiasmant, notre contribution est consacrée à la conception d’un modèle mathématique et computationnel couplant l’hémodynamique et la biomécanique de l’oeil humain. Dans le cadre de cette thèse, nous avons mis au point un modèle spécifique au patient appelé simulateur virtuel de mathématiques oculaires (OMVS), capable de démêler les facteurs multi-échelles et multi-physiques dans un environnement accessible en utilisant des modèles mathématiques et des méthodes numériques avancés et innovants. De plus, le cadre proposé peut servir comme méthode complémentaire pour l’analyse et la visualisation des données pour la recherche clinique et expérimentale, et comme outil de formation pour la recherche pédagogique
Optic neuropathies such as glaucoma are often late-onset, progressive and incurable diseases. Despite the recent progress in clinical research, there are still numerous open questions regarding the etiology of these disorders and their pathophysiology. Furthermore, data on ocular posterior tissues are difficult to estimate noninvasively and their clinical interpretation remains challenging due to the interaction among multiple factors that are not easily isolated. The recent use of mathematical models applied to biomedical problems has helped unveiling complex mechanisms of the human physiology. In this very compelling context, our contribution is devoted to designing a mathematical and computational model coupling tissue perfusion and biomechanics within the human eye. In this thesis we have developed a patient-specific Ocular Mathematical Virtual Simulator (OMVS), which is able to disentangle multiscale and multiphysics factors in a accessible environment by employing advanced and innovative mathematical models and numerical methods. Moreover, the proposed framework may serve as a complementary method for data analysis and visualization for clinical and experimental research, and a training application for educational purposes

L’apport régulier en nutriment et en oxygène aux organes du corps est assuré par la contraction régulière du cœur, organe majeur du système cardiovasculaire. En conséquence de certaines pathologie, il arrive que les valves cardiaques ne fonctionnent pas correctement, pouvant entrainer un flux rétrograde de sang. Dans le cas de la valve mitrale, située entre le ventricule gauche et l'oreillette gauche, on parle de régurgitation mitrale. Il est nécessaire de quantifier au mieux la sévérité de la régurgitation mitrale pour proposer un traitement adapté. Dans la première partie de cette thèse, un modèle numérique 3D de l'hémodynamique cardiaque est présenté incluant notamment un modèle de régurgitation mitrale. On en profitera également pour proposer un modèle permettant la modélisation des phases isovolumétriques du cœur. Un modèle relativement précis de l'hémodynamique cardiaque, mais de complexité numérique raisonnable, est ainsi obtenu à l'issue de cette première partie. La seconde partie de cette thèse décrit la stratégie adoptée pour permettre la fusion de données provenant des images médicales avec des modèles numériques. Une méthode automatique permettant la personnalisation du modèle numérique développé dans la première partie du manuscrit, à partir d'images médicales, est présentée et permets dans un second temps une évaluation systématique la méthode PISA. On termine la thèse avec la présentation d'une méthode de reconstruction du flux sanguin combinant des images Doppler Couleur à des contraintes physiques liées à l'incompressibilité du sang
The regular supply of nutrients and oxygen to the organs is ensured by the regular contraction of the heart, a major organ of the cardiovascular system. As a result of certain cardiac diseases, cardiac valves may not function properly, which can lead to a retrograde flow of blood. In the case of the mitral valve, located between the left ventricle and the left atrium, it is referred to as mitral regurgitation. It is necessary to quantify the severity of mitral regurgitation in order to propose an appropriate treatment. In the first part of this document, a 3D mathematical model of cardiac hemodynamics is developed and integrates a mitral regurgitation model. We will also take the opportunity to model the isovolumetric phases of the heart. A relatively accurate model of cardiac hemodynamics, but nevertheless reasonable in term of numerical complexity, is thus obtained at the end of this first part. The second part of this document describes the strategy adopted to allow the fusion of medical images with the numerical simulations. An automatic method allowing the personalization of the mathematical model developed in the first part of the manuscript, based on medical images, is presented, allowing a systematic evaluation of the PISA method. Finally, as the methods presented are still too expensive from a numerical point of view, we conclude with the presentation of a blood flow reconstruction method combining Color Doppler images with physical constraints related to blood incompressibility

Cette thèse, réalisée dans le cadre du projet Mivana, est consacrée à la modélisation et à la simulation numérique de dispositifs cardiaques implantables. Ce projet est mené par les start-up Kephalios et Epygon, concepteurs de solutions chirurgicales non invasives pour le traitement de la régurgitation mitrale. La conception et la simulation de tels dispositifs nécessitent des méthodes numériques efficaces et précises capables de calculer correctement l’hémodynamique cardiaque. C’est le but principal de cette thèse. Dans la première partie, nous décrivons le système cardiovasculaire et les valves cardiaques avant de présenter quelques éléments de théorie concernant la modélisation mathématique de l’hémodynamique cardiaque. En fonction du degré de complexité adopté pour la modélisation des feuillets de la valve, deux approches sont identifiées : le modèle de surfaces résistives immergées et le modèle complet d’interaction fluide-structure. Dans la deuxième partie, nous étudions la première approche qui consiste à combiner une modélisation réduite de la dynamique des valves avec un découplage cinématique de l’hémodynamique cardiaque et de l’électromécanique. Nous l’enrichissons de données physiologiques externes pour la simulation correcte des phases isovolumétriques, pierres angulaires du battement cardiaque, permettant d’obtenir un modèle relativement précis qui évite la complexité des problèmes entièrement couplés. Ensuite, une série d’essais numériques sur des géométries 3D physiologiques, impliquant la régurgitation mitrale et plusieurs configurations de valves immergées, illustre la performance du modèle proposé. Dans la troisième et dernière partie, des modèles complets d’interaction fluide-structure sont considérés. Ce type de modélisation est nécessaire pour étudier des problèmes plus complexes où la précédente approche n’est plus satisfaisante, comme par exemple le prolapsus de la valve mitrale ou la fermeture d’une valve mécanique. D’un point de vue numérique, le développement de méthodes précises et efficaces est indispensable pour pouvoir simuler de tels cas physiologiques. Nous considérons alors une étude numérique complète dans laquelle plusieurs méthodes de maillages non compatibles sont comparées. Puis, nous présentons un nouveau schéma de couplage explicite dans le cadre d’une méthode de type domaine fictif pour lequel la stabilité inconditionnelle au sens de la norme en énergie est démontrée. Plusieurs exemples numériques en 2D sont proposés afin d’illustrer les propriétés et les performances de ce schéma. Enfin, cette méthode est finalement utilisée pour la simulation numérique 2D et 3D de dispositifs cardiovasculaires implantables dans un modèle complet d’interaction fluide-structure
This thesis, taking place in the context of the Mivana project, is devoted to the modeling and to the numerical simulation of implantable cardiovascular devices. This project is led by the start-up companies Kephalios and Epygon, conceptors of minimally invasive surgical solutions for the treatment of mitral regurgitation. The design and the simulation of such devices call for efficient and accurate numerical methods able to correctly compute cardiac hemodynamics. This is the main purpose of this thesis. In the first part, we describe the cardiovascular system and the cardiac valves before presenting some standard material for the mathematical modeling of cardiac hemodynamics. Based on the degree of complexity adopted for the modeling of the valve leaflets, two approaches are identified: the resistive immersed surfaces model and the complete fluidstructure interaction model. In the second part, we investigate the first approach which consists in combining a reduced modeling of the valves dynamics with a kinematic uncoupling of cardiac hemodynamics and electromechanics. We enhance it with external physiological data for the correct simulation of isovolumetric phases, cornerstones of the heartbeat, resulting in a relatively accurate model which avoids the complexity of fully coupled problems. Then, a series of numerical tests on 3D physiological geometries, involving mitral regurgitation and several configurations of immersed valves, illustrates the performance of the proposed model. In the third and final part, complete fluid-structure interaction models are considered. This type of modeling is necessary when investigating more complex problems where the previous approach is no longer satisfactory, such as mitral valve prolapse or the closing of a mechanical valve. From the numerical point of view, the development of accurate and efficient methods is mandatory to be able to compute such physiological cases. We then consider a complete numerical study in which several unfitted meshes methods are compared. Next, we present a new explicit coupling scheme in the context of the fictitious domain method for which the unconditional stability in the energy norm is proved. Several 2D numerical examples are provided to illustrate the properties and the performance of this scheme. Last, this method is finally used for 2D and 3D numerical simulation of implantable cardiovascular devices in a complete fluid-structure interaction framework

Dans cette thèse, nous proposons l'analyse numérique et le développement d'algorithmes partitionnés pour coupler l'écoulement du sang dans différents comparti- ments cardiovasculaires (3D-3D, 3D-0D) Dans une première partie, un problème couplé fluide-fluide est introduit. Sur l'interface qui sépare les domaines, des conditions aux limites de type Robin-Robin dérivées de la formulation d'interface de Nitsche sont considérées. Nous proposons différents schémas explicites dont la stabilité est analysée dans la norme de l'énergie. Des simulations numé- riques illustrent le potentiel des méthodes présentées. La deuxième partie propose des applications cardiovasculaires plus réalistes. Tout d'abord, un modèle d'ordre réduit pour les valves cardiaques est décrit. Sans traiter l'inter- action fluide-structure avec le sang, les valves sont remplacées par des surfaces agissant comme des résistances immergées dans le fluide. Des simulations numériques montrent l'efficacité et la robustesse de ce modèle. Pour finir, une formulation ALE est utilisée pour la résolution d'un modèle fluide sur un domaine mobile. Nous montrons qu'en ajoutant un terme consistent, une inégalité d'éner- gie stable peut être obtenue sans considérer aucune hypothèse de Loi de Conservation Géométrique. Le travail se termine avec des simulations numériques sur la dynamique du sang dans le ventricule gauche, couplé avec l'écoulement du sang dans l'aorte
In this thesis we present the numerical analysis and the development of parti- tioned algorithms in order to couple the blood dynamics in different cardiovascular compart- ments (3D-3D, 3D-0D). In the first part a fluid-fluid coupled problem is introduced. On the interface between the domains Robin-Robin boundary conditions, derived from the interface Nitsche’s formulation, are considered. We suggest different staggered explicit schemes whose stability is analyzed in the energy norm. Extensive numerical experiments illustrate the accuracy of the methods presented. The second part deals with more realistic cardiovascular applications. First a reduced order model for the heart valves is described. Without dealing with fluid-structure interaction with the blood flow, the valves are replaced by immersed surfaces acting as resistances on the fluid. Numerical simulations show the efficiency and the robustness of this model in the framework of a fluid-fluid interaction scheme. In the end, an ALE formulation is used to solve a fluid model in a moving domain. We show that adding a suitable consistent term, a stable energy inequality can be obtained without considering any Geometric Conservation Laws. The work ends with numerical sim- ulations on blood dynamics in the left ventricle coupled with the blood flowing in the aorta

La circulation sanguine joue un rôle vital en microcirculation, et ce pour le transport de l'oxygène, le dioxide de carbone et d'autres nutriments. Les globules rouges (GR) constituent la majorité des cellules du sang, c'est pourquoi par "écoulement sanguin", nous entendrons "écoulement d'une suspension de GR". Pendant longtemps l'écoulement sanguin était vu comme un phénomène passif où les GR sont considérés comme des cargos d'oxygène. La vision moderne est tout autre: l'écoulement sanguin est bel et bien un phénomène actif. Les GR ainsi que les cellules endothéliales (qui tapissent les faces internes des vaisseaux sanguins) sont impliquées dans un grand nombre de signalisations biochimiques induites par les contraintes hydrodynamiques, la route vers des régulations vasomotrices sans l'intervention du système nerveux. Par exemple, les GR ne transportent pas que l'oxygène, mais également de l'ATP (adenosine triphosphate), qui est libérée suite à des changements de conformation de protéines membranaires induite par les contraintes hydrodynamiques. Cette thèse est dédiée à la circulation sanguine et son couplage avec la signalisation biochimique ayant lieu en microcirculation. Plus précisément, les questions traités dans cette thèse sont i) la dynamique des GR, ii) le problème de la diffiusion-advection d'espèces chimiques au sein des écoulements sanguins, et iii) le rôle de la géométrie des réseaux vasculaires dans le processus de la signalisation biochimique mentionnés plus haut. Dans un premier temps nous analysons la dynamique de GR dans un écoulement de Poiseuille en présence de valeurs réalistes de contraste de viscosité. Dans un deuxième temps nous développons un modèle de diffusion-advection et le couplons aux écoulements sanguins en adoptant la méthode de Boltzmann sur réseaux; nous exploitons ensuite formulation en l'appliquant au problème de la libération de l'ATP par les GR sous écoulement. Enfin nous présentons des résultats préliminaires pour la problématique générale de l'écoulement sanguin mettant en jeu l'ATP libéré par les GR et la signalisation de calcium par les cellules endothéliales. Cette étude constitue un premier pas vers le problème général et ambitieux de la régulation locale mechano-biochimique impliquée dans la microcirculation
Blood flow in microcirculation is vital for oxygen, carbon dioxide and nutrients transport. Most of blood cells are red blood cells (RBCs), so that by blood flow we mean flow of a suspension of RBCs. For long time blood flow has been mainly considered as a passive phenomenon, in which RBCs are viewed as passive carriers of oxygen. The modern view is completely different: blood flow is more active than we thought. The RBCs as well as vascular endothelial cells covering the internal walls of blood vessels are involved in a number of biochemical signaling processes that are triggered by shear stress eliciting a number of biochemical events, and ultimately resulting into vasomotor regulation without participation of the nerve system. For example, RBCs do not only carry oxygen but also ATP (adenosine triphosphate) , the release of which occurs thanks to changes of RBC membrane protein conformations caused by shear stress. Released ATP reacts with some endothelial membrane receptors leading to vasodilation. This thesis is devoted to blood flow and its coupling to biochemical signaling. More precisely, we investigate i) the dynamics of RBCs, ii) the advection diffusion of chemicals in blood flow and the role of iii) the geometry of vessel networks, in the mentioned signaling processes in microcirculations. Firstly, we study the RBC dynamics in a pipe flow with realistic viscosity contrast values, where a link between shape dynamics and rheology is established. Secondly, we develop an advection-diffusion solver that can handle general moving curved boundaries based on lattice-Boltzmann method (LBM); we then implement it for the study of the problem of ATP release from RBCs under shear flow. Membrane tension and deformation induced by shear stress together with vessel network geometry contribute to ATP release. Finally we demonstrate the capability of applying our model and our numerical tool to the complete problem of blood under flow involving ATP release from RBCs and endothelial calcium signaling as a preliminary step to the ambitious task of mechano-involved local regulation events in microcirculation

Le vieillissement est associé à des modifications morphologiques, fonctionnelles et hémodynamiques du système artériel, le plus souvent aggravées par la survenue de maladies cardiovasculaires. La compréhension de ces interactions aggravantes est importante pour réduire le risque encouru par le patient. L’imagerie médicale joue un rôle majeur dans cette perspective au travers de modalités telles que l’IRM de contraste de phase combinée à l’analyse quantitative des images obtenues ainsi qu’à la résolution numérique des équations de Navier Stokes qui régissent l’hémodynamique de l’écoulement sanguin. Cette thèse a donc pour but de mettre au point et combiner des méthodes de traitement d’images de vélocimétrie 4D acquises en IRM et de mécanique des fluides pour extraire des biomarqueurs quantitatifs tels que les cartographies de pressions intra-aortiques et leurs propagations spatio-temporelles, la contrainte de cisaillement aux parois aortiques et la vorticité intra-aortique. Nous avons ainsi montré la capacité de ces biomarqueurs à détecter les atteintes infra-cliniques liées à l’âge et à caractériser la dilatation aortique pathologique. De plus, les liens entre distributions spatio-temporelles des pressions et apparition et persistance des vortex ou encore contrainte de cisaillement ont été montrés. Dans un second travail, nous avons mis au point un modèle de simulation numérique permettant de résoudre le système d’équations de Navier-Stokes par élément finis. Une méthode de projection itérative a été appliquée à des modèles de sténose 2D et 3D ainsi qu’à des géométries aortiques 3D issues de segmentations pour valider notre implémentation. Finalement, un travail préliminaire d’application de notre modèle numérique à des géométries patients-spécifiques a été réalisé indiquant des liens encourageants entre données simulées et mesures IRM
Aging is associated with morphological, functional and hemodynamic changes in the arterial system, most often aggravated by cardiovascular disease. Understanding these aggravating interactions is important to reduce patients risk. Medical imaging plays a major role in this context through modalities such as velocity encoding MRI combined with quantitative image processing and computational resolution of Navier-Stokes equations that govern blood flow hemodynamics. The aim of this thesis is to develop and combine image processing methods dedicated to 4D flow MRI data analysis with computational fluid dynamics to extract quantitative biomarkers such as intra-aortic pressure fields and their spatio-temporal propagations, aortic wall shear stress and intra-aortic vorticity. We have demonstrated the ability of these biomarkers to detect age-related sub-clinical aortic impairment and to characterize pathological aortic dilatation. In addition, association of spatio-temporal aortic pressure distributions with vortex occurrence and duration as well as with wall shear stress were studied. In a second work, we developed a numerical simulation software to solve the Navier-Stokes system using finite element models. An iterative projection method was applied to 2D and 3D vessel stenosis models as well as to 3D geometrical aortic models resulting from segmentation to validate our implementation. Finally, a preliminary work applying our numerical model to patient-specific geometries was performed revealing encouraging associations between simulated data and MRI measures

24 femmes ont été placées en Bed rest (60 j) pour quantifier certains éléments de l'adaptation et du déconditionnement physiologique. Le scanner à ultrasons a été validé par IRM. Après 55 j de Bed rest, la masse myocardique et le volume diastolique du ventricule gauche, le volume des muscles de la cuisse diminue, la distensibilité veineuse des membres inférieurs, évaluée au cours des tests orthostatiques, augmente dans les groupes contrôle et nutrition. La contremesure exercice limite l'altération de ces paramètres. Le contenu hydrique dans le réseau veineux et les tissus des membres inférieurs diminue. Aucune des contremesures ne limite la variation du contenu hydrique. Ces modifications étaient supérieures chez les sujets intolérants au TILT. Ces éléments sont modifiés par le Bed rest et contribuent vraisemblablement à l'intolérance orthostatique. La contremesure exercice réduit certaines de ces altérations, sans limiter complètement l'intolérance orthostatique aprè Bed rest
24 women were placed in bed rest (60 d) to quantify few elements of physiological adaptation and deconditioning. Ultrasounds scanner was validated by MRI. After 55 d of bed rest, left ventricular myocardial mass and diastolic volume, thigh muscles volume decrease, venous distensibility of lower limbs, evaluated during orthostatic tests, increases in nutrition and control groups. Exercise countermeasure limits alteration of these parameters. Liquid content in venous network and tissues of lower limbs decreases. No countermeasure limits the variation of liquid content. These modifications were superior in tolerant subjects during TILT. These elements are modified by Bed rest and contribute probably to orthostatic intolerance. Exercise countermeasure reduces some of these elements, without limiting totally orthostatic intolerance after Bed rest

Les simulations numériques des écoulements sanguins cardiovasculaires peuvent combler d’importantes lacunes dans les capacités actuelles de traitement clinique. En effet, elles offrent des moyens non invasifs pour quantifier l’hémodynamique dans le cœur et les principaux vaisseaux sanguins chez les patients atteints de maladies cardiovasculaires. Ainsi, elles permettent de recouvrer les caractéristiques des écoulements sanguins qui ne peuvent pas être obtenues directement à partir de l’imagerie médicale. Dans ce sens, des simulations personnalisées utilisant des informations propres aux patients aideraient à une prévision individualisée des risques. Nous pourrions en effet, disposer des informations clés sur la progression éventuelle d’une maladie ou détecter de possibles anomalies physiologiques. Les modèles numériques peuvent fournir également des moyens pour concevoir et tester de nouveaux dispositifs médicaux et peuvent être utilisés comme outils prédictifs pour la planification de traitement chirurgical personnalisé. Ils aideront ainsi à la prise de décision clinique. Cependant, une difficulté dans cette approche est que, pour être fiables, les simulations prédictives spécifiques aux patients nécessitent une assimilation efficace de leurs données médicales. Ceci nécessite la solution d’un problème hémodynamique inverse, où les paramètres du modèle sont incertains et sont estimés à l’aide des techniques d’assimilation de données.Dans cette thèse, le problème inverse pour l’estimation des paramètres est résolu par une méthode d’assimilation de données basée sur un filtre de Kalman d’ensemble (EnKF). Connaissant les incertitudes sur les mesures, un tel filtre permet la quantification des incertitudes liées aux paramètres estimés. Un algorithme d’estimation de paramètres, basé sur un filtre de Kalman d’ensemble, est proposé dans cette thèse pour des calculs hémodynamiques spécifiques à un patient, dans un réseau artériel schématique et à partir de mesures cliniques incertaines. La méthodologie est validée à travers plusieurs scenarii in silico utilisant des données synthétiques. La performance de l’algorithme d’estimation de paramètres est également évaluée sur des données expérimentales pour plusieurs réseaux artériels et dans un cas provenant d’un banc d’essai in vitro et des données cliniques réelles d’un volontaire (cas spécifique du patient). Le but principal de cette thèse est l’analyse hémodynamique spécifique du patient dans le polygone de Willis, appelé aussi cercle artériel du cerveau. Les propriétés hémodynamiques communes, comme celles de la paroi artérielle (module de Young, épaisseur de la paroi et coefficient viscoélastique), et les paramètres des conditions aux limites (coefficients de réflexion et paramètres du modèle de Windkessel) sont estimés. Il est également démontré qu’un modèle appelé compartiment d’ordre réduit (ou modèle dimension zéro) permet une estimation simple et fiable des caractéristiques du flux sanguin dans le polygone de Willis. De plus, il est ressorti que les simulations avec les paramètres estimés capturent les formes attendues pour les ondes de pression et de débit aux emplacements prescrits par le clinicien
Cardiovascular blood flow simulations can fill several critical gaps in current clinical capabilities. They offer non-invasive ways to quantify hemodynamics in the heart and major blood vessels for patients with cardiovascular diseases, that cannot be directly obtained from medical imaging. Patient-specific simulations (incorporating data unique to the individual) enable individualised risk prediction, provide key insights into disease progression and/or abnormal physiologic detection. They also provide means to systematically design and test new medical devices, and are used as predictive tools to surgical and personalize treatment planning and, thus aid in clinical decision-making. Patient-specific predictive simulations require effective assimilation of medical data for reliable simulated predictions. This is usually achieved by the solution of an inverse hemodynamic problem, where uncertain model parameters are estimated using the techniques for merging data and numerical models known as data assimilation methods.In this thesis, the inverse problem is solved through a data assimilation method using an ensemble Kalman filter (EnKF) for parameter estimation. By using an ensemble Kalman filter, the solution also comes with a quantification of the uncertainties for the estimated parameters. An ensemble Kalman filter-based parameter estimation algorithm is proposed for patient-specific hemodynamic computations in a schematic arterial network from uncertain clinical measurements. Several in silico scenarii (using synthetic data) are considered to investigate the efficiency of the parameter estimation algorithm using EnKF. The usefulness of the parameter estimation algorithm is also assessed using experimental data from an in vitro test rig and actual real clinical data from a volunteer (patient-specific case). The proposed algorithm is evaluated on arterial networks which include single arteries, cases of bifurcation, a simple human arterial network and a complex arterial network including the circle of Willis.The ultimate aim is to perform patient-specific hemodynamic analysis in the network of the circle of Willis. Common hemodynamic properties (parameters), like arterial wall properties (Young’s modulus, wall thickness, and viscoelastic coefficient) and terminal boundary parameters (reflection coefficient and Windkessel model parameters) are estimated as the solution to an inverse problem using time series pressure values and blood flow rate as measurements. It is also demonstrated that a proper reduced order zero-dimensional compartment model can lead to a simple and reliable estimation of blood flow features in the circle of Willis. The simulations with the estimated parameters capture target pressure or flow rate waveforms at given specific locations

La placentation humaine est de type hémomonochoriale, le sang maternel est directement en contact avec le syncytiotrophoblaste. Les flux sanguins maternels, dans la chambre intervilleuse, exercent des forces mécaniques de cisaillement (shear stress) sur la surface microvillositaire du syncytiotrophoblaste. Les effets physiologiques du shear stress exercé par les flux sanguins sur l’endothélium vasculaire artériel et veineux ont fait l’objet de nombreux travaux scientifiques. En revanche, les effets biologiques du shear stress sur le syncytiotrophoblaste humain n’ont jamais été explorés. L’objectif de ce travail était premièrement d’évaluer les valeurs du shear stress exercé in vivo sur le syncytiotrophoblaste humain au cours des grossesses normales, puis de mettre au point un modèle de culture primaire dynamique afin de reproduire les conditions physiologique et d’étudier in vitro la réponse biologique du syncytiotrophoblaste au shear stress. En dépit d’un débit sanguin maternel intraplacentaire important, estimé entre 400 et 600 mL.min-1, le shear stress moyen exercée par le syncytiotrophoblaste est estimée entre 0.5±0.2 et 2.3±1.1 dyn.cm-2. Nos résultats montrent cependant que l’intensité du shear stress est très hétérogène tant à l’échelle de la chambre intervilleuse que de la villosité terminale. Nous avons développé un modèle de culture cellulaire dynamique en condition de flux adapté au syncytiotrophoblaste humain. Ce modèle permet d’appliquer un shear stress égal et constant sur toutes les cellules cultivées et reproductible à chaque culture primaire. Aux gammes de shear stress étudiées (1 dyn.cm-2), nous n’avons pas mis en évidence de diminution de la viabilité cellulaire ni de déclenchement des processus précoces d’apoptose en conditions dynamiques comparativement aux conditions statiques. Deux types de chambre de perfusion permettent d’étudier des réponses cellulaires au shear stress à court et long terme selon des temps d’exposition allant de 5 minutes à 24 heures. Ce modèle expérimental a permis de montrer que le syncytiotrophoblaste humain en culture primaire est mécanosensible. La réponse cellulaire à des niveaux de shear stress de 1 dyn.cm-2 est multiple selon les temps d’exposition et le niveau d’intégration étudié. Après 45 minutes de shear stress les taux d’AMP cyclique intracellulaires sont augmentés ce qui a pour effet d’activer la voie de signalisation intracellulaire PKA-CREB. Cette augmentation d’AMP cyclique est secondaire à la synthèse et la libération de prostaglandine E2 qui, par une boucle de régulation autocrine stimule l’adenylate cyclase. L’augmentation de la synthèse/libération de PGE2 est dépendante de l’augmentation rapide du calcium intracellulaire sous shear stress. L’exposition au shear stress de 24 heures stimule l’expression et la sécrétion du PlGF, un facteur de croissance indispensable à l’angiogenèse placentaire et pour l’adaptation maternelle à la grossesse sur le plan vasculaire. Nos travaux montrent que l’augmentation de l’AMPc intracellulaire et l’activation de la PKA contribuent à la phosphorylation de CREB, facteur de transcription régulant l’expression du PlGF
Human placentation is hemomonochorial, maternal blood circulates in direct contact with the syncytiotrophoblast. In the intervillous space, the maternal blood exerts frictional mechanical forces (shear stress) on the microvillous surface of the syncytiotrophoblast. Flowing blood constantly exerts a shear stress, on the endothelial cells lining blood vessel walls, and the endothelial cells respond to shear stress by changing their morphology, function, and gene expression. The effects of shear stress on the human syncytiotrophoblast and its biological functions have never been studied. The objectives of this study were (1) to determine in silico the physiological values of shear stress exerted on human syncytiotrophoblast during normal pregnancies, (2) to develop a model reproducing in vitro the shear stress on human syncytiotrophoblast and (3) to study in vitro the biological response of human syncytiotrophoblast to shear stress. The 2D numerical simulations showed that the shear stress applied to the syncytiotrophoblast is highly heterogeneous in the intervillous space. In spite of high intraplacental maternal blood flow rates (400-600mL.min-1), the estimated average values of shear stress are relatively low (0.5±0.2 to 2.3±1.1 dyn.cm-2). To study the shear stress-induced cellular responses during exposure times ranging from 5 minutes to 24 hours we have developed two dynamic cell culture models adapted to the human syncytiotrophoblast. We found no evidence of decreased cell viability or early processes of apoptosis in dynamic conditions (1 dyn.cm-2, 24h) compared to static conditions. Shear stress (1 dyn.cm-2) triggers intracellular calcium flux, which increases the synthesis and release of PGE2. The enhanced intracellular cAMP in FSS conditions was blocked by COX1/COX2 inhibitors, suggesting that the increase in PGE2 production could activate the cAMP/PKA pathway in an autocrine/paracrine fashion. FSS activates the cAMP/PKA pathway leading to upregulation of PlGF in human STB. Shear stress-induced phosphorylation of CREB and upregulation of PlGF were prevented by inhibition of PKA with H89 (3 μM). The syncytiotrophoblast of the human placenta is a mechanosenstive tissue

Une fistule artérioveineuse (FAV) est un accès vasculaire permanent créé par voie chirurgicale en connectant une veine et une artère chez le patient en hémodialyse. Cet accès vasculaire permet de mettre en place une circulation extracorporelle partielle afin de remplacer les fonctions exocrines des reins. En France, environ 36000 patients sont atteint d'insuffisance rénale chronique en phase terminale, stade de la maladie le plus grave qui nécessite la mise en place d'un traitement de suppléance des reins : l'hémodialyse. La création et présence de la FAV modifient significativement l'hémodynamique dans les vaisseaux sanguins, au niveau local et systémique ainsi qu'à court et à plus long terme. Ces modifications de l'hémodynamiques peuvent induire différents pathologies vasculaires, comme la formation d'anévrysmes et de sténoses. L'objectif de cette étude est de mieux comprendre le comportement mécanique et l'hémodynamique dans les vaisseaux de la FAV. Nous avons étudié numériquement les interactions fluide-structure (IFS) au sein d'une FAV patient-spécifique, dont la géométrie a été reconstruite à partir d'images médicales acquises lors d'un précédent doctorat. Cette FAV a été créée chez le patient en connectant la veine céphalique du patient à l'artère radiale et présente une sténose artérielle réduisant de 80% la lumière du vaisseau. Nous avons imposé le profil de vitesse mesuré sur le patient comme conditions aux limites en entrée et un modèle de Windkessel au niveau des sorties artérielle et veineuse. Nous avons considéré des propriétés mécaniques différentes pour l'artère et la veine et pris en compte le comportement non-Newtonien du sang. Les simulations IFS permettent de calculer l'évolution temporelle des contraintes hémodynamiques et des contraintes internes à la paroi des vaisseaux. Nous nous sommes demandées aussi si des simulations non couplées des équations fluides et solides permettaient d'obtenir des résultats suffisamment précis tout en réduisant significativement le temps de calcul, afin d'envisager son utilisation par les chirurgiens. Dans la deuxième partie de l'étude, nous nous sommes intéressés à l'effet de la présence d'une sténose artérielle sur l'hémodynamique et en particulier à ses traitements endovasculaires. Nous avons dans un premier temps simulé numériquement le traitement de la sténose par angioplastie. En clinique, les sténoses résiduelles après angioplastie sont considérées comme acceptables si elles obstruent moins de 30% de la lumière du vaisseau. Nous avons donc gonflé le ballonnet pour angioplastie avec différentes pressions de manière à obtenir des degrés de sténoses résiduelles compris entre 0 et 30%. Une autre possibilité pour traiter la sténose est de placer un stent après l'angioplastie. Nous avons donc dans un deuxième temps simulé ce traitement numériquement et résolu le problème d'IFS dans la fistule après la pose du stent. Dans ces simulations, la présence du stent a été prise en compte en imposant les propriétés mécaniques équivalentes du vaisseau après la pose du stent à une portion de l'artère. Dans la dernière partie de l'étude nous avons mis en place un dispositif de mesure par PIV (Particle Image Velocimetry). Un moule rigide et transparent de la géométrie a été obtenu par prototypage rapide. Les résultats expérimentaux ont été validés par comparaison avec les résultats des simulations numériques.

L'objectif de ce travail est de contribuer à la modélisation globale du système veineux jambier entrepris par les Laboratoires Innothera, en étudiant deux de ces aspects singuliers. La première partie porte sur les confluences. A l'aide d'une étude numérique validée expérimentalement nous proposons deux modèles permettant, d'une part de prédire la perte de charge singulière d'une confluence en fonction de sa géométrie et de son régime d'écoulement et, d'autre part, de prendre en compte les effets non newtoniens du sang en introduisant une viscosité dont la valeur dépend du débit. La seconde partie porte sur le remplissage et la vidange d'un tuyau souple. A l'aide d'un banc hydrodynamique nous avons développé une méthode de mesure de loi d'état de ces tuyaux et un modèle rendant compte de la cinématique de leur paroi. Enfin, nous avons réalisé la validation d'un code de simulation numérique permettant de résoudre le problème de l'écoulement d'un fluide dans une conduite déformable.

Les anévrysmes intracrâniens (AIC) sont des malformations artérielles développées au dépend des vaisseaux qui vascularisent le parenchyme cérébral. Leur rupture provoque une hémorragie intracrânienne, appelée hémorragie sous-arachnoïdienne, responsable d'une mortalité importante ou de séquelles fonctionnelles lourdes. Le traitement préventif de ces lésions est fréquemment réalisé lors d'une procédure endovasculaire (appelée coiling), par implantation, au sein de la poche artérielle pathologique, de spires métallique en platine à détachement contrôlé (les coils). La présence de ce matériel provoque une thrombose de la poche ce qui entraine secondairement une exclusion de l'anévrysme de la circulation artérielle. Une modalité de traitement endovasculaire plus récente fait appel à un dispositif implantable innovant appelé stent "flow diverter" (FD) que l'on déploie en regard de l'orifice qui fait communiquer l'artère et l’anévrysme : le collet anévrysmal. Ces stents FD, au design particulier, associant une faible porosité à une densité de pores élevée, agissent comme des "déflecteurs" et diminuent le flux sanguin entrant et sortant de l'anévrysme. L'objectif du traitement demeure toujours l'exclusion de l'anévrysme mais celle-ci est obtenue indirectement en agissant sur la "porte d'entrée" de l'anévrysme (le collet) et non plus directement sur la poche anévrysmale elle-même. Il ne s'agit plus alors de remplir le sac anévrysmal avec des coils mais de provoquer une thrombose stable et pérenne en altérant uniquement le flux sanguin qui le pénètre. Cette modalité thérapeutique novatrice a suscité un engouement important de la part des neuroradiologues interventionnels depuis 2007, date des premières implantations en Europe. Cependant, bien que reposant sur les capacités d'un tel dispositif à modifier le flux, on constate qu'il existe très peu d'outils d'imagerie disponibles actuellement et capables de quantifier ces modifications en un délai raisonnable pour pouvoir être exploité lors du traitement endovasculaire. De cette constatation clinique est né un projet collaboratif dont la finalité était le développement d'un outil logiciel basé sur les séquences d'angiographie numérisées soustraites et capable de mesurer au moins un des aspects du flux sanguin (et donc de ses modifications). La démarche de recherche mise en œuvre s'est effectuée en trois étapes. Premièrement, une étape expérimentale portant sur la réalisation d'un modèle "optimisé" d'AIC permettant le recueil de données hémodynamiques et d'imagerie. Puis, une étape de recherche plus fondamentale comprenant deux parties: d'une part des simulations numériques réalisées dans le cadre d'un modèle 3D réaliste d'AIC et d'autre part l'analyse d'images angiographiques. Au cours de cette étape, nous avons utilisé des outils de traitement d'images existants et développé certains algorithmes, puis les avons validés avant de les implémenter sous JAVA pour créer un outil logiciel d'analyse de flux. Enfin, la dernière étape du projet a consisté en l'exploitation du logiciel pour étudier une série clinique de patients traités d'un AIC par stent FD. Elle a permis de mettre en évidence certains facteurs prédictifs d'exclusion de l'anévrysme à long terme susceptible d'avoir un impact, en temps réel, sur le traitement des AIC par stent FD
Intracranial aneurysms treatment based on intra aneurismal flow modification tend to replace traditionally coiling in many cases and not only complex aneurysms for which they were initially designed. Dedicated stents (low porosity, high pores density stents) called “flow diverter” stents are deployed across the neck of the aneurysm to achieve this purpose. The summation of three different mechanisms tend to lead to the healing of the aneurysm: immediate flow alteration due to the mechanical screen effect of the stent, physiological triggering of acute or progressive thrombus formation inside the aneurysm’s pouch and long term biological response leading in neointima formation and arterial wall remodeling. This underlying sequence of processes is also supposed to decrease the recanalization rate. Scientific data supporting the flow alteration theory are numerous and especially computational flow dynamics (CFD). These approaches are very helpful for improving biomechanical knowledge of the relations between blood flow and pathology, but they do not fit in real-time treatments. Neuroendovascular treatments are performed under dynamic x-ray modality (digital subtracted angiography a DSA-).However, in daily practice, FD stents are sized to the patient’s 3D vasculature anatomy and then deployed. The flow modification is then evaluated by the clinician in an intuitive manner: the decision to deploy or not another stent is based solely on a visual estimation. The lack of tools available in the angioroom for quantifying in real time the blood flow hemodynamics should be pointed out. It would make sense to take advantage of functional data contained in contrast bolus propagation and not only anatomical data. Thus, we proposed to create flow software based on angiographic analysis. This software was built using algorithms developed and validated on 2D-DSA sequences obtained in a swine intracranial aneurysm model. This intracranial animal model was also optimized to obtain 3D vascular imaging and experimental hemodynamic data that could be used to realize realistic computational flow dynamic. In a third step, the software tool was used to analyze flow modification from angiographic sequences acquired during unruptured IA from patients treated with a FD stent. Finally, correlation between flow change and aneurysm occlusion at long term follow-up with the objective of identifying predictive markers of long term occlusion was performed