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Nom de l'encadrant
Didier Lucor
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Titre
Modélisation du micro-écoulement vasculaire tumoral: de l’exploration fondamentale à ses applications en imagerie médicale
Descriptif
L’imagerie de la (micro)vascularisation tumorale est un enjeu majeur en cancérologie avec l’émergence des nouvelles thérapies anti-angiogéniques qui ciblent la destruction des vaisseaux entrainant alors une asphyxie de la tumeur. Cette nouvelle modalité d’imagerie concerne à la fois l’imagerie dite fonctionnelle en imagerie par résonance magnétique (IRM) et Ultrasons mais également l’imagerie métabolique via la tomographie par émission de positons (TEP). Dans ce cas, les critères classiques de suivi thérapeutique basés sur des modifications morphologiques de la tumeur n’apparaissent plus pertinents. L’imagerie de la vascularisation tumorale a donc été développée pour détecter les modifications de la microcirculation préalable aux modifications du volume tumoral. Cette méthode d’imagerie est abordée en routine clinique pour le diagnostic et le suivi thérapeutique mais également d’un point de vue plus fondamental pour explorer le vivant et identifier les mécanismes biologiques sous-jacents entre néo vascularisation, hypoxie et métabolisme tumoral. La modélisation mathématique et la résolution numérique des écoulements biofluides apparaît être un outil complémentaire de choix pour appréhender le processus de la vascularisation tumorale et son évaluation par l’imagerie. Toutefois, la construction et la mise en place de ces outils est complexe et entachée d’incertitudes. En particulier, une approche directe s’avère très couteuse en partie dû au caractère multi-échelle, tridimensionnel et hétérogène des micro-écoulements qui siègent au sein de la tumeur. D’un point de vue purement hémodynamique, quelques travaux récents ont considéré la possibilité d’utiliser des modèles artériels unidimensionnels/axisymétriques simplifiés et algorithmiquement rapides pour la quantification de l’écoulement sanguin dans des réseaux microvasculaires (Lee & Smith Microcirculation; J. of Eng. in Med. 2008, Pan et al. J. Biomech. Eng. 2014, Perdikaris et. al. Ann. Biomed. Eng. 2014), notamment par l’incorporation de l’effet Fahraeus–Lindqvist dans la rhéologie du sang des petits vaisseaux et l’adaptation de conditions aux limites appropriées. Par ailleurs, de nombreux modèles mathématiques sont élaborés pour modéliser l’angiogenèse tumorale et les mécanismes biochimiques (Lesart, et al. Microvasc. Res. 2012, Peirce, Microcirculation, 2008) et sur l’optimisation de l’absorption d’une chimiothérapie (Stéphanou, et al. Math. & Computer Model. 2005). Mais à ce jour, aucune étude aborde le processus biologique via les interactions entre l’hypoxie, la perméabilité tissulaire et la perfusion, paramètres accessibles via l’imagerie multimodale.
Pour prédire le transport des agents de contraste passif, le stagiaire développera des modèles hémodynamiques simplifiés et peu coûteux, dédiés à la microcirculation à partir de modèles numériques unidimensionnels distribués de l’écoulement sanguin en réseau de grandes artères (Brault et al. Int. J. Num. Meth. in Biomed. Eng. 2017), développés au LIMSI; ces derniers étant jusqu'à maintenant peu utilisés pour des régimes d’écoulements plus visqueux et moins pulsatiles. Ces modèles, une fois adaptés, seront alors enrichis avec des équations de transport scalaires permettant la quantification de la concentration des agents de contraste. Cet outil pourra être validé expérimentalement par l’équipe de l’IR4M et numériquement sur des géométries simples : e.g. fantômes ainsi que sur des simulations CFD tridimensionnelles. L’effet de la complexité topologique et de la tortuosité des réseaux microvasculaires sur la distribution de l’agent de contraste pourront également être étudiés.
Domaine
mécanique des fluides: instabilités et turbulence
Mots clés
  • simulations numériques
  • hémodynamique
  • micro-écoulement
  • Biomécanique
Niveau
M2
Groupe(s)
AERO
Date de début
Durée
4-6 mois

LIMSI
Campus universitaire bât 507
Rue du Belvedère
F - 91405 Orsay cedex
Tél +33 (0) 1 69 15 80 15
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RAPPORTS SCIENTIFIQUES

Le LIMSI en chiffres

8 équipes de recherche
100 chercheurs et enseignants-chercheurs
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