Les données sur le comportement biomécanique de la paroi abdominale restent limitées. Cette méconnaissance est un facteur limitant pour le développement de modèles numériques de cette région anatomique. L’objectif de cette thèse est d’apporter des données quantitatives sur le comportement biomécanique de la paroi abdominale, en adoptant une approche expérimentale globale allant de l’ex vivo à l’in vivo. Dans un premier temps, un protocole de caractérisation ex vivo est mis au point et validé sur des spécimens porcins, puis appliqué à des échantillons humains. Ce protocole permet de tester une même paroi abdominale sous deux types de sollicitation (pression et contact) dans le domaine élastique. Il permet également d’évaluer l’influence d’une lésion et d’une réparation avec un implant chirurgical, sur la réponse mécanique de la paroi. Des mesures par corrélation d’images 3D réalisées simultanément sur les surfaces internes et externes quantifient les différences de distribution des déformations de la paroi abdominale. Dans un second temps, des examens in vivo sur volontaires permettent de prendre en compte l’activité musculaire. Une raideur locale est ainsi évaluée pour diverses activités physiologiques, raideur qui augmente en fonction du niveau de contraction jusqu’à 6 fois la valeur au repos. En résumé, cette recherche propose une méthodologie pour mieux comprendre le comportement mécanique global de la paroi abdominale. Cette méthodologie peut être déclinée, afin d’étudier l’influence des différents composants de la paroi. Au-delà de cette thèse, ces données contribueront à la construction et la validation d’un modèle numérique de la paroi abdominale / Data on the biomechanical behaviour of the abdominal wall are limited. This lack of knowledge is a limiting factor for the development of numerical models of this anatomical area. Therefore, the objective of this thesis is to provide quantitative data on the biomechanical behaviour of the abdominal wall, adopting a global experimental approach ranging from ex vivo to in vivo. As a first step, a protocol for ex vivo characterization is develop and validated on porcine specimens and then applied to human anatomical specimens. This protocol allows testing a same abdominal wall under two loading types (pressure and contact) in the elastic range. It also enables to assess the influence of an incision and of a repair with a surgical implant on the mechanical response. Measurements by 3D digital image correlation performed simultaneously on the internal and external surfaces quantify differences in strain distribution of the abdominal wall. As a second step, in vivo examinations on volunteers enable to take into account muscle activity. A local stiffness is thus assessed for various physiological activities. This stiffness increases with the level of muscle contraction and reaches on average six times the stiffness at rest. In conclusion, this research proposes a methodology to better understand the global mechanical behaviour of the abdominal wall. This methodology can now be used in order to study the influence of the different components of the abdominal wall. Beyond this thesis, these data will contribute to the construction and validation of a numerical model of the abdominal wall

La fusion d’images TDM de phase artérielles et veineuses est cruciale afin d’assurer une meilleure planification chirurgicale. Cependant, le recalage non-rigide d’images abdominales est encore un challenge à cause de la respiration qui fait glisser les viscères abdominaux le long de la paroi abdominale, créant ainsi un champ de déformation discontinu. L’objectif de cette thèse est de fournir un outil de recalage précis pour les images TDM multi-phases de l’abdomen.Comme la zone de glissement dans l’abdomen est difficile à segmenter, nous avons d’abord implémenté deux outils de segmentation interactifs permettant une délinéation en 10 minutes de la paroi abdominale et du diaphragme. Pour intégrer ces zones de glissement comme a priori, nous réalisons le recalage sur de nouvelles images dans lesquelles la paroi abdominale et les viscères thoraciques ont été enlevés. Les évaluations sur des données de patient ont montré que notre approche fournit une précision d’environ 1 mm. / The fusion of arterial and venous phase CT images of the entire abdominal viscera is critical for a better diagnosis, surgi-cal planning and treatment, since these two phase images contain complementary information. However, non-rigid regis-tration of abdominal images is still a big challenge due to the breathing motion, which causes sliding motion between the abdominal viscera and the abdo-thoracic wall. The purpose of this thesis is to provide an accurate registration method for abdominal viscera between venous and arterial phase CT images.In order to remove the sliding motion effect, we decide to separate the image into big motion and less motion regions, and perform the registration on new images where abdo-thoracic wall and thoracic viscera are removed. The segmentation of these sliding interfaces is completed with our fast interactive tools within 10 minitues. Two state-of-the-art non-rigid registration algorithms are then applied on these new images and compared to registration obtained with original images. The evaluation using four abdominal organs (liver, kidney, spleen) and several vessel bifurcations shows that our approach provides a much higher accuracy within 1 mm.

La douleur abdominale post chirurgicale reste une douleur difficile à gérer. Cette douleur présente 2 composantes : (1) une composante pariétale liée à l’agression des muscles de la paroi abdominale et du péritoine pariétal et (2) une composante viscérale liée à l’agression du péritoine viscérale et des viscères. La douleur pariétale est bien systématisée, elle correspond à des métamères bien identifiés. Par contre la douleur viscérale est souvent mal localisée, irradiée ou transférée à un site cutané. Les AL administrés par l’intermédiaire d’un cathéter d’infiltration pariétal, d’un bloc de la paroi abdominale ou par voie systémique montrent une efficacité clinique dans l’analgésie post opératoire d’une chirurgie abdominale. Cependant le mécanisme d’action des AL en fonction de leurs voies d’administration n’est pas bien élucidé. Le but de nos études est d’explorer l’effet des AL sur les deux composantes de la douleur abdominale dans un modèle animal en fonction de leur voie d’administration. Nous avons réalisé 3 études expérimentales :1-Dans l’étude 1 nous avons comparé l’effet de la ropivacaïne administrée par voie systémique ou par un cathéter pré péritonéal sur la douleur pariétale et viscérale dans un modèle de laparotomie chirurgicale chez le rat.. 2-Dans l’étude 2 nous avons validé un bloc de la paroi abdominale chez le rat.. 3-Dans l’étude 3 nous avons comparé l’effet de la bupivacaïne par voie systémique à l’effet obtenu par l’administration de la bupivacaïne par un bloc de la paroi abdominale. Nous avons également comparé l’effet des Al par voie systémique à une vagotomie chimique préventive. L’ensemble de ces travaux montrent que lors d’une laparotomie, les AL sont efficaces dans le traitement de la nociception aussi bien par voie systémique que par voie locorégionale. Nous avons démontré qu’un bloc de la paroi abdominale, ainsi qu’une infiltration pré péritonéale diminuaient la transmission de la nociception viscérale vers le SNC par action directe sur les terminaisons nerveuses pariétales. De plus, lors d’une laparotomie, l’administration systémique d’AL montre une efficacité dans l’inhibition de la transmission de la nociception viscérale vers le SNC associée à un effet anti inflammatoire local et systémique supérieure à celui d’une administration locorégionale. / The abdominal post surgical pain has two components : (1) a parietal component due toaggression of the abdominal wall muscles and the parietal peritoneum and (2) a visceralcomponent due to aggression of the visceral peritoneum and viscera. Parietal pain is welllocalized; it corresponds to identified dermatomes. Otherwhise, visceral pain is often badlylocalized. Local anesthetics injected through a parietal catheter of infiltration, an abdominal wall blockor by a systemic administration show clinical efficiency in post operative analgesia afterabdominal surgery. However, the action mechanisms of local anesthetics according to theiradministration route are not well clarified. The purpose of our studies is to explore localanesthetics effect on both components of the abdominal pain in an animal model according totheir administration route.In this purpose we realized three experimental studies :1- In the first study, we compared the effect of systemic administration or through a preperitoneal catheter of ropivacaïne on parietal and visceral pain in a model of surgicallaparotomy in the rat. 2- In the second study, we established a block of the abdominal wall in the rat. 3- In the third study, parietal and peritoneal inflammation were induced by carrageenaninjection in the abdominal wall or in the peritoneal cavity in the rat according to theexperimental group. Then, we compared the effect of a systemic administration of bupivacaïneto its administration by an abdominal wall block. Furthermore, the systemic effect of localanesthetics was compared to a preventive chemical vagotomy. These works showed that during laparotomy, local anesthetics are effective in thetreatment of the nociception as well as by systemic or locoregional administration. We showedthat an abdominal wall block as well as a pre peritoneal administration decreased thetransmission of the visceral nociception towards the central nervous system by direct action onthe parietal nerve endings. Furthermore, during a laparotomy, systemic administration of localanesthetics inhibited the transmission of visceral nociception towards the central nervoussystem associated with a local and systemic anti inflammatory effects. This anti inflammatoryeffect was higher than that what we showed by locoregional administration of bupivacaïne.

Les opérations de hernies abdominales sont l’une des chirurgies les plus répandues dans le monde. Pourtant, malgré des progrès considérables en particulier dans le développement des textiles prosthétiques pour consolider la paroi abdominale, le taux de récurrence reste très élevé. Il apparaît donc nécessaire de développer des modèles numériques patient-spécifiques de la paroi abdominale afin de mesurer puis améliorer l’impact des solutions de soins. Les tissus assurant la cohésion et la stabilité de la paroi abdominale sont les gaines rectusiennes antérieure et postérieure et la ligne blanche, qui sont des tissus conjonctifs. Leur structure particulière, composée d’un entremêlement de fibres de collagène et d’élastine sont au cœur de cette étude.Ce mémoire a permis de mettre en évidence la relation entre architecture microscopique et comportement macroscopique des tissus fibreux. Grâce à des campagnes expérimentales combinant essais mécaniques et observations microscopiques, la structure des tissus a pu être identifiée et corrélée aux paramètres mécaniques. Des outils d’analyse d’images tridimensionnelles ont été développés afin d’estimer automatiquement l’anisotropie d’une texture. Les informations recueillies ont alors menées au développement d’un modèle constitutif anisotrope hypo-paramétré. Basé sur une description tridimensionnelle du réseau fibrillaire, le modèle a été écrit de manière à décorréler les paramètres liés à la structure et ceux relatifs à la nature même du matériau. En considérant les paramètres matériau similaires pour tous les individus, le modèle a démontré sa capacité à prédire le comportement mécanique à partir d’informations texturales / Abdominal hernia operations are one of the most common surgeries in the world. However, despite considerable progress, particularly in the development of prosthetic textiles to strengthen the abdominal wall, the recurrence rate remains very high. It therefore appears necessary to develop patient-specific numerical models of the abdominal wall in order to measure and improve the impact of care solutions. The tissues that ensure the cohesion and stability of the abdominal wall are the anterior and posterior rectus sheaths and the linea alba, which are connective tissues. Their particular structure, composed of an intertwining of collagen and elastin fibers, is at the heart of this study. This thesis highlighted the relationship between microscopic architecture and macroscopic behaviour of fibrous tissues. Thanks to experimental campaigns combining mechanical tests and microscopic observations, the structure of tissues has been identified and correlated to mechanical parameters. Three-dimensional image analysis tools have been developed to automatically estimate the anisotropy of a texture. The collected information then led to the development of a hypo-parameterized anisotropic constitutive model. Based on a three-dimensional description of the fibrillary network, the model was written in such a way as to uncorrelate the parameters related to the structure and those related to the nature of the material. By considering similar material parameters for every individual, the model demonstrated its ability to predict mechanical behaviour based on textural information