Application à l'Etre Humain

Contexte

Les activités du thème AEH s’inscrivent plus largement dans les travaux de FEMTO-ST destinés à répondre aux défis actuels en termes de sciences et technologie pour la santé. Ses activités biomécaniques concernent les tissus mous et combinent essais expérimentaux, modélisation et calcul numérique en se focalisant sur les aspects in vivo. Ces travaux sont menés en partenariat étroit avec les praticiens hospitaliers qui sont les principaux utilisateurs finaux de nos recherches mais aussi avec l’INRS pour les questions de santé et sécurité au travail. Le caractère fortement individualisé du vivant est systématiquement pris en compte pour proposer des réponses personnalisées.


Objectifs et Thématiques scientifiques

Le thème AEH concentre ses efforts sur deux types de tissus mous, la peau humaine et les artères. AEH a acquis une grande expérience sur le comportement mécanique de la peau humaine qui présente une forte variabilité intra- et interindividuelle, laquelle a notamment un fort impact sur les dynamiques de cicatrisation, en particulier après intervention chirurgicale. Les recherches portent aussi bien sur la peau saine (planification préopératoire, extensions extrêmes induites par l’accouchement, problématiques esthétiques et cosmétiques) que pathologiques (cicatrices chéloïdes en particulier). L’acquisition de données expérimentales à l’aide de divers dispositifs commerciaux ou développés spécialement au sein du groupe permettent d’alimenter des modèles numériques de caractérisation du comportement de la peau. Les calculs visent à prendre au mieux en compte les sources d’incertitude pour obtenir des résultats aussi fiables que possible associés à des tolérances d’erreur quantifiées et garanties. Ces travaux tentent de répondre au mieux aux problématiques biomédicales apportées par les cliniciens, lesquels sont systématiquement associés à nos recherches.

Les travaux sur les artères sont menés en collaboration avec l’INRS à Nancy et concernent l’étude de l’obturation progressive des artères induites au fil des années par les vibrations haute fréquence (>80Hz) des appareils manuels vibrants (ponceuse, …). Cette problématique encore mal comprise de santé au travail est impliquée dans la survenue du syndrome de Reynaud qui peut conduire à l’amputation des doigts. Les approches suivies combinent les aspects mécaniques et biologiques en modélisant les interactions multi-physiques et multi-échelles à l’origine de la prolifération cellulaire responsable du rétrécissement de l’intima des artères. Ces calculs numériques sont complétés et recalés à l’aide d’expérimentations biologiques in vitro.

Les sollicitations des praticiens hospitaliers amènent le groupe à travailler occasionnellement sur d’autres tissus mous, par exemple l’évaluation de la maturité du poumon fœtal par élastographie avant la naissance ou la modélisation de la structure interne de l’abdomen féminin avec ses différents organes et tissus de suspension en réponse à la problématique du prolapsus.

 


Savoir-faire

  • Modélisation du comportement mécanique de structures vivantes complexes (peau humaine, artères, cavité abdominale). Dialogue essais – modèles au plus près des problématiques cliniques. Evaluation et quantification des erreurs numériques.
  • Modélisation numérique d’interactions mécano-biologiques de l’échelle cellulaire à l’échelle du tissu.
  • Développement de ressources numériques open-sources avec optimisation automatique des paramètres, minimisation et quantification des erreurs numériques.
  • Développement d’instrumentation spécifique adaptée à l’exploration de la peau humaine in vivo.


Mise en œuvre

AEH nourrit et bénéficie du savoir-faire pluridisciplinaire du département Mécanique appliquée, de l’Institut FEMTO-ST et des plateformes expérimentales à disposition ainsi que des moyens de calcul du département (cluster) et de l’université (mésocentre). Les collaborations pérennes avec les collègues biologistes et médecins sont nombreuses, notamment avec l’appui du centre d’investigation clinique du CHRU de Besançon. Les aspects mécaniques avancés font l’objet de collaborations, notamment avec l’Institut de Mathématiques de l’Université de Bourgogne et l’Université du Luxembourg, auxquelles s’ajoute le partenariat étroit avec l’INRS sur la thématique des artères.