La ventilation unipulmonaire (SLV; Single Lung Ventilation) pendant les chirurgies thoraciques entraîne des altérations cardio-pulmonaires et hémodynamiques importantes. L’objectif de ce projet de recherche consiste à étudier l’impact de la SLV sur l’oxymétrie cérébrale et sa relation avec les complications post opératoires. La première étude inclut vingt patients ayant subi une chirurgie thoracique nécessitant une SLV. L’oxymétrie a été mesurée à l’aide de l’oxymètre cérébral absolu FORESIGHTTM (CASMED, USA) afin d’étudier les changements de la saturation cérébrale absolue (SctO2) tout le long de la chirurgie. La SctO2 ainsi que les paramètres de monitorage standard (BIS, SpO2, pression sanguine, fréquence cardiaque) ont été notés à toutes les cinq minutes à partir de l’induction jusqu’au réveil. Une analyse sanguine (paO2, paCO2, Hb) a été effectuée à toutes les quinze minutes. La deuxième étude effectuée consistait d’étudier la relation entre la désaturation cérébrale en oxygène et les complications post opératoires. Pour cette fin, les scores Clavien et SOFA mesurant l’amplitude des complications, ont été établis pour chaque patient. Les données sont présentées sous forme de moyenne et de la médiane [1er quartile, 3ème quartile; min – max]. Les vingt patients de la première étude ont montré une valeur moyenne absolue de saturation cérébrale absolue (SctO2) de 80% avant l’induction. Durant la SLV, cette valeur a chuté jusqu’à 63% et est remontée à 71% directement après extubation. Tous ces patients ont subi une désaturation durant SLV de plus que 15% comparativement à la valeur de base et 70% ont eu une désaturation de plus de 20%. La désaturation n’a pas été corrélée avec aucun des paramètres de monitorage clinique standard comme la pression artérielle, les analyses des gaz artériels, la saturation périphérique ou la PaO2. La deuxième étude incluant trente autres patients aux vingt premiers, est venue confirmer les résultats de la première étude. De plus, une analyse de corrélation entre les valeurs minimales de SctO2 obtenues durant SLV et les complications post opératoires a été effectuée. Les patients avaient une SctO2 de base de 80%, qui a chuté jusqu’à 64% pendant la SLV pour récupérer à 71% avant la fin de la chirurgie. 82% des patients ont subi des désaturations de plus de 15% des valeurs initiales et 10% ont atteint des valeurs de SctO2 entre 45 et 55%. Les valeurs minimales de SctO2 observées durant la SLV corrélaient avec le score SOFA non respiratoire (R2=0,090, p=0,0287) ainsi qu’avec le score Clavien (R2=0,098, p=0,0201), mais ne corrélait avec aucun des paramètres cliniques standards (ex : SpO¬2, PaO2, PaCO2, Hb). En définissant une valeur seuil de SctO2=65%, le «Odds ratio» d’avoir une défaillance d’organe non respiratoire est de 2.37 (IC 95%=1,18 – 4,39, p=0,043) et d’avoir une complication classifiée supérieure à un score Clavien de 0 est de 3,19 (IC 95%=1,6 – 6,34, p=0,0272). Les chirurgies thoraciques avec une SLV sont associées à des chutes significatives de SctO2, et les valeurs minimales de SctO2 semblent avoir une corrélation positive avec les complications post opératoires. / Single lung ventilation (SLV) during thoracic surgery causes important cardiopulmonary disturbances and numerous hemodynamic changes. The objective of this research project was to study the impact of the SLV on the cerebral oximetry values SctO2 and its relationship with postoperative complications. Twenty patients were included in the first study undergoing thoracic surgeries with SLV. SctO2 was measured using the FORE-SIGHT™ (CASMED, USA) oximeter in order to study SctO2 changes along the surgery. SctO2 values as well as the standard monitoring parameters (BIS, SpO2, BP, HR) were recorded every 5 min starting from the induction until the awake of the patient. A blood gas analysis (paO2, paCO2, Hb) was performed every 15 min during the SLV. The second study consisted of studying the relationship between minimal SctO2 values reached during SLV and the post-operative complications. For this, SOFA and Clavien scores were established for each patient, measuring the severity of early postoperative complications. Data are presented as mean and median [1st quartile, 3rd quartile; min – max]. Twenty patients from the first study showed a mean SctO2 baseline value of 80% before induction. During SLV, this value dropped to 63% and recovered to 71% directly after extubation. All the patients showed cerebral oxygen desaturations of more than 15% from baseline value and 70% of patients had SctO2 desaturations of more than 20%. Those désaturations did not correlate with any of the standard clinical monitoring parameters such as blood pressure, blood gas analysis, peripheral saturation or PaO2. The second study, including thirty additional patients added to the previous twenty, came to confirm the results previously obtained. Furthermore, a correlation analysis was performed between minimal absolute SctO2 values obtained during SLV and postoperative complications. The fifty patients had a mean SctO2 baseline value of 80%, dropped to 64% during SLV and recovered to 71% before the end of the surgery. 82% of the patients had a decrease of SctO2 of more than 15% from baseline values and 10% of patients reached minimal saturation values between 45 and 55%. Minimal absolute values during SLV correlated with non-respiratory SOFA (R2=0.090, p=0.0287) as well as the Clavien score (R2=0.098, p=0.0201), but did not correlate with any of the standard clinical monitoring parameters (SpO2, PaO2, PaCO2, Hb). By defining a threshold value of SctO2=65%, the Odds ratio of having a non-respiratory organ failure is 2.37 (95% CI=1.18 – 4.39, p=0.043) and a complication classified as a Clavien score higher that 0 is 3.19 (95% CI=1.60 – 6.34, p=0.0272). Thoracic surgery necessitating a SLV is associated with a significant decrease of SctO2 and minimal SctO2 values seem to positively correlate with postoperative complications.

La sécurité routière est un enjeu majeur de santé publique et de protection des personnes. D'après l'organisation mondiale de la santé (OMS), près de 1,2 millions de personnes meurent chaque année dans le monde suite à des accidents de la route (2015). D’après des données accidentologiques, 36,7% des blessures graves ont pour origine des lésions au thorax (Page et collab., 2012). La biomécanique en sécurité passive a pour rôle d'améliorer notre compréhension du corps humain dans le but de construire de meilleurs outils pour évaluer le risque de blessure.Les modèles numériques d'être humain sont employés pour simuler virtuellement les conditions d'un accident. Aujourd'hui, ils sont de plus en plus utilisés par les constructeurs automobiles et équipementiers pour mieux comprendre les mécanismes lésionnels. Cependant, ils n’existent que dans certaines tailles et ne prennent alors pas en compte les variations morphologiques observées dans la population.L'imagerie médicale 3D donne accès aux géométries des différentes structures anatomiques composant le corps humain. Les hôpitaux regorgent aujourd'hui de quantités d'images 3D couvrant une très large partie de la population en termes d'âge, de corpulence et de sexe.L’objectif global de cette thèse est de modéliser statistiquement la géométrie 3D de la cage thoracique à partir d'images médicales afin de personnaliser un modèle numérique de corps humain pour simuler par éléments finis des conditions de choc automobile. Le premier objectif est d’élaborer un protocole de segmentation une base de CT-scans de manière à obtenir des données géométriques adaptées à la construction d’un modèle statistique de forme de la cage thoracique.Le deuxième objectif est de construire un modèle statistique de forme de la cage thoracique, en prenant en compte sa structure articulée.Le troisième objectif est d’utiliser le modèle statistique de la cage thoracique pour déformer un modèle numérique d’être humain, de manière à étudier l’influence de certains paramètres sur le risque de blessure. / Road safety is a major issue of public health and personal safety. According to the World Health Organization (WHO), nearly 1.2 million people die each year worldwide due to road accidents (2015). According to accident data, 36.7% of serious injuries are caused by thoracic injuries (Page et al., 2012). The aim of biomechanics in passive safety is to improve our understanding of the human body in order to build better tools for assessing the risk of injury.Numerical human body models are used to virtually simulate the conditions of an accident. Today, they are increasingly used by car manufacturers and equipment manufacturers to better understand injury mechanisms. However, they exist only in few sizes and do not take into account the morphological variations observed in the population.3D medical imaging gives access to the geometries of the different anatomical structures that make up the human body. Today, hospitals are full of 3D images covering a very large part of the population in terms of age, body size and sex.The overall objective of this thesis is to statistically model the 3D geometry of the rib cage from medical images in order to personalize a numerical human body model to simulate car crash conditions.The first objective is to develop a segmentation process based on CT-scans in order to obtain geometric data adapted to the construction of a statistical model of shape of the rib cage.The second objective is to build a statistical model of the shape of the rib cage, taking into account its articulated structure.The third objective is to use the statistical model of the rib cage to deform a numerical human body model, in order to study the influence of certain parameters on the risk of injury.

La circulation collatérale non coronarienne (CCNC) perfuse le cœur en provenant d'artères bronchiques, médiastinales et péricardiques. L'éventualité que la CCNC puisse être artificiellement augmentée pour fournir un traitement alternatif pour les patients ischémiques représente une hypothèse intrigante sans réponse en raison de la nature difficile de ce champ derecherche. En se basant sur plusieurs aspects, tel que (1) l'existence des collatérales naturelles entre les artères coronaires et les artères thoraciques internes (ATIs), (2) les effets potentiels de la ligature des ATIs; (3) la capacité des ATIs de développer d'importantes branches collatérales ; (4) et la disponibilité actuelle des facteurs de croissance vasculaire, l'hypothèse ici décrite est que l'augmentation de la CCNC pourrait représenter une stratégie alternative d'apport sanguin au coeur.Ainsi, l'association d'occlusion des ATIs et de l'administration des facteurs de croissance pourrait représenter un moyen de poursuivre cet objectif. Pour le premier travail de recherche, nous avons établi un modèle canin.

Les patients atteints de BPCO de stade I, d'ICC et d'HTAP peuvent présenter une diminution des débits aériens à bas volume pulmonaire. Il s'agit d'un déterminant majeur de la distension thoracique dynamique, particulièrement délétère, et facteur important de la dyspnée d'exercice. Nos travaux montrent sans ambiguïté une forte association entre la distension thoracique dynamique (limitant l'augmentation du volume courant) et la dyspnée à l'effort chez ces patients. Le corollaire de ces constatations est que des interventions thérapeutiques qui réduisent la distension thoracique devraient diminuer la dyspnée d'effort et améliorer la tolérance à l'exercice, et ce y compris dans des situations cliniques où les anomalies de la mécanique respiratoire ne sont a priori pas le primum movens de la maladie. Et en effet, la réduction de la dyspnée d'effort est bien corrélée avec la réduction du volume pulmonaire induite directement par des interventions pharmacologiques ou indirectement par des interventions non-pharmacologiques. De plus, du point de vue thérapeutique, la mise en évidence dans la troisième étude d'une propension à la distension thoracique induite par l'exercice chez certains patients atteints d'HTAP qui présentent une nette diminution des débits aériens à bas volume pulmonaire peut elle fournir une base théorique à l'adjonction de bronchodilatateurs aux traitements à visée hémodynamique. En conclusion, cette thèse contribue à une meilleure connaissance de la physiopathologie de la dyspnée d'exercice dans le contexte de la BPCO à un stade précoce, de l'ICC et de l'HTAP, en mettant en évidence le rôle d'un mécanisme pathogénétique qui n'avait pas été décrit auparavant.

Le principe de la radiothérapie est de délivrer le maximum de dose de rayons X à la tumeur en épargnant au mieux les tissus sains environnants. Dans le cas du cancer du poumon, les mouvements respiratoires représentent une difficulté majeure. L'imagerie tomodensitométrique (TDM) 4D fournit des informations de mouvement spécifique à chaque patient qui peuvent servir de base pour la construction de modèles de mouvement respiratoire. La disponibilité dans les salles de traitement d'imageurs tomographiques embarqués sur les accélérateurs linéaires permet une estimation direct du mouvement et offre des informations plus précises. Un tel système d'imagerie permet entre-autre d'acquérir des images fluoroscopiques : ensemble de projections radiographiques 2D acquises au cours du temps et sous le même angle de vue. Notre approche s'intègre dans des systèmes de synchronisation de l'irradiation avec la respiration. Actuellement, cette technique existe en utilisant pour signal de synchronisation soit un signal externe, soit un signal interne issu du mouvement de marqueurs implantés autour de la tumeur. Notre approche permet d'obtenir un signal de synchronisation obtenu à partir de données internes sans marqueurs implantés. Dans ce cadre, nous avons expérimenté, développé puis évalué 3 méthodes de détection du mouvement à partir de séquences fluoroscopiques. Ces méthodes sont basées respectivement sur la variation de l'intensité, l'extraction de la hauteur du diaphragme et le suivi de blocst. A partir d'un algorithme de mise en correspondance de blocs, nous avons étudié l'homogénéité du mouvement apparent et déterminé, sans a priori géométrique, des régions où le mouvement est uniforme. Nous avons ensuite étudié la corrélation entre le signal interne extrait sur des séquences fluoroscopiques, et un signal extrait d'une vidéo-caméra synchronisée aux séquences fluoroscopiques assimilable à un signal externe. Dans une dernière partie, nous proposons d'estimer le mouvement 3D de la tumeur à partir d'un modèle de mouvement a priori élaboré dans une étape de pré-traitement à l'aide d'images TDM 4D et du signal respiratoire acquis dans la salle de traitement. L'intérêt de notre approche est qu'elle ne nécessite pas de marqueurs implantés ce qui la rend moins invasive que de nombreuses autres techniques. D'autre part, nous proposons un suivi 2D donc potentiellement rapide, mais basé sur un modèle 3D sous-jacent permettant ainsi de retrouver le maximum d'information. Cliniquement, notre approche permettrait de réaliser une adaptation quotidienne aux mouvements inter-sessions. Une des limites de notre approche est qu'elle nécessite une prise d'images ionisantes en continue. Un système hybride basée sur la combinaison d'un signal interne et d'un signal externe permettrait de limiter la dose additionnelle. Des efforts supplémentaires sur la réduction du temps de calcul sont encore nécessaires pour espérer guider un traitement par une telle approche.

La ventilation unipulmonaire (SLV; Single Lung Ventilation) pendant les chirurgies thoraciques entraîne des altérations cardio-pulmonaires et hémodynamiques importantes. L’objectif de ce projet de recherche consiste à étudier l’impact de la SLV sur l’oxymétrie cérébrale et sa relation avec les complications post opératoires. La première étude inclut vingt patients ayant subi une chirurgie thoracique nécessitant une SLV. L’oxymétrie a été mesurée à l’aide de l’oxymètre cérébral absolu FORESIGHTTM (CASMED, USA) afin d’étudier les changements de la saturation cérébrale absolue (SctO2) tout le long de la chirurgie. La SctO2 ainsi que les paramètres de monitorage standard (BIS, SpO2, pression sanguine, fréquence cardiaque) ont été notés à toutes les cinq minutes à partir de l’induction jusqu’au réveil. Une analyse sanguine (paO2, paCO2, Hb) a été effectuée à toutes les quinze minutes. La deuxième étude effectuée consistait d’étudier la relation entre la désaturation cérébrale en oxygène et les complications post opératoires. Pour cette fin, les scores Clavien et SOFA mesurant l’amplitude des complications, ont été établis pour chaque patient. Les données sont présentées sous forme de moyenne et de la médiane [1er quartile, 3ème quartile; min – max]. Les vingt patients de la première étude ont montré une valeur moyenne absolue de saturation cérébrale absolue (SctO2) de 80% avant l’induction. Durant la SLV, cette valeur a chuté jusqu’à 63% et est remontée à 71% directement après extubation. Tous ces patients ont subi une désaturation durant SLV de plus que 15% comparativement à la valeur de base et 70% ont eu une désaturation de plus de 20%. La désaturation n’a pas été corrélée avec aucun des paramètres de monitorage clinique standard comme la pression artérielle, les analyses des gaz artériels, la saturation périphérique ou la PaO2. La deuxième étude incluant trente autres patients aux vingt premiers, est venue confirmer les résultats de la première étude. De plus, une analyse de corrélation entre les valeurs minimales de SctO2 obtenues durant SLV et les complications post opératoires a été effectuée. Les patients avaient une SctO2 de base de 80%, qui a chuté jusqu’à 64% pendant la SLV pour récupérer à 71% avant la fin de la chirurgie. 82% des patients ont subi des désaturations de plus de 15% des valeurs initiales et 10% ont atteint des valeurs de SctO2 entre 45 et 55%. Les valeurs minimales de SctO2 observées durant la SLV corrélaient avec le score SOFA non respiratoire (R2=0,090, p=0,0287) ainsi qu’avec le score Clavien (R2=0,098, p=0,0201), mais ne corrélait avec aucun des paramètres cliniques standards (ex : SpO¬2, PaO2, PaCO2, Hb). En définissant une valeur seuil de SctO2=65%, le «Odds ratio» d’avoir une défaillance d’organe non respiratoire est de 2.37 (IC 95%=1,18 – 4,39, p=0,043) et d’avoir une complication classifiée supérieure à un score Clavien de 0 est de 3,19 (IC 95%=1,6 – 6,34, p=0,0272). Les chirurgies thoraciques avec une SLV sont associées à des chutes significatives de SctO2, et les valeurs minimales de SctO2 semblent avoir une corrélation positive avec les complications post opératoires. / Single lung ventilation (SLV) during thoracic surgery causes important cardiopulmonary disturbances and numerous hemodynamic changes. The objective of this research project was to study the impact of the SLV on the cerebral oximetry values SctO2 and its relationship with postoperative complications. Twenty patients were included in the first study undergoing thoracic surgeries with SLV. SctO2 was measured using the FORE-SIGHT™ (CASMED, USA) oximeter in order to study SctO2 changes along the surgery. SctO2 values as well as the standard monitoring parameters (BIS, SpO2, BP, HR) were recorded every 5 min starting from the induction until the awake of the patient. A blood gas analysis (paO2, paCO2, Hb) was performed every 15 min during the SLV. The second study consisted of studying the relationship between minimal SctO2 values reached during SLV and the post-operative complications. For this, SOFA and Clavien scores were established for each patient, measuring the severity of early postoperative complications. Data are presented as mean and median [1st quartile, 3rd quartile; min – max]. Twenty patients from the first study showed a mean SctO2 baseline value of 80% before induction. During SLV, this value dropped to 63% and recovered to 71% directly after extubation. All the patients showed cerebral oxygen desaturations of more than 15% from baseline value and 70% of patients had SctO2 desaturations of more than 20%. Those désaturations did not correlate with any of the standard clinical monitoring parameters such as blood pressure, blood gas analysis, peripheral saturation or PaO2. The second study, including thirty additional patients added to the previous twenty, came to confirm the results previously obtained. Furthermore, a correlation analysis was performed between minimal absolute SctO2 values obtained during SLV and postoperative complications. The fifty patients had a mean SctO2 baseline value of 80%, dropped to 64% during SLV and recovered to 71% before the end of the surgery. 82% of the patients had a decrease of SctO2 of more than 15% from baseline values and 10% of patients reached minimal saturation values between 45 and 55%. Minimal absolute values during SLV correlated with non-respiratory SOFA (R2=0.090, p=0.0287) as well as the Clavien score (R2=0.098, p=0.0201), but did not correlate with any of the standard clinical monitoring parameters (SpO2, PaO2, PaCO2, Hb). By defining a threshold value of SctO2=65%, the Odds ratio of having a non-respiratory organ failure is 2.37 (95% CI=1.18 – 4.39, p=0.043) and a complication classified as a Clavien score higher that 0 is 3.19 (95% CI=1.60 – 6.34, p=0.0272). Thoracic surgery necessitating a SLV is associated with a significant decrease of SctO2 and minimal SctO2 values seem to positively correlate with postoperative complications.

Objectifs : caractériser (1) la morphométrie de la crosse afin d’examiner les critères favorisant les complications et la faisabilité d’endoprothèses (EP) standards. (2) les propriétés mécaniques de l’aorte ascendante (AA) chez le porc, homme sain et en cas de dissection aortique (DAo).Matériels et méthodes :Caractérisation morphométrique : A partir d’angioscanner aortiques les paramètres: (1) morphométriques élémentaires (2) géométriques ; (3) troncs supra-aortiques (TSAo), sont mesurésCaractérisation mécanique : In vivo : à partir de données échographiques et hémodynamiques, les paramètres élastiques sont calculés.In vitro : tests de traction bi-axiale sur l’AA plus une analyse histomorphométrique et microstructurale.Résultats :Caractérisation morphométrique : > de75% des patients ont une orientation des TSAo à ± 15° par rapport à la moyenne, et une variabilité de la distance entre les ostia TSAo de ± 4 mm.Les facteurs indépendants associés aux endofuites, défaut d’apposition et mal-positionnement sont respectivement:(1) collet proximal court; (2) angulation de la zone d’ancrage (valeur seuil 51°); et (3) indice tortuosité (valeur seuil 1.68) Caractérisation mécanique : In vivo : une grande compliance de l’aorte porcine comparé à l’homme et une rigidification en cas de DAo.In vitro : l’aorte porcine a un comportement linéaire comparé au caractère non linéaire chez l’homme. Conclusion : Ce travail montre :- le lien entre morphométrie et complications après EP, et la faisabilité d’EP standards pour la crosse.- le modèle porcin est inapproprié pour tester les EP de l’AA. - la rigidification de la paroi en cas de DAo influencera le choix des futurs EP. / Objectives: characterize (1) arch morphometry to examine criteria favoring complications after thoracic endovascular aortic repair (TEVAR) and feasibility of « off-the-shelf » fenestrated devices.(2) mechanical properties of ascending aorta (AA) in swine and humans, with and without aortic dissection.Materials and methods : Morphometric characterization : Computed tomographic angiography were analysed to calculate elementary morphometric, geometric and supra-aortic trunks data Mechanical characterization : In vivo: arterial pressure and diameters measured with echocardiophy are used to calculate elastic parameters.Ex vivo: biaxial tensile testing performed on AA plus histological and microstructural analysis. Results :Morphometric characterization : In > 75% of cases supra-aortic branches are positioned within 15° of each other and distances between them have a variability of ± 4 mm.Independant factors associated with endoleak, bird beak and mis-positioning are respectively : (1) short proximal neck (2) landing zone angulation (cut-off value: 51°); and (3) tortuosity index (cut-off value: 1.68). Mechanical characterization : in vivo: greater compliance of swine aorta compared to humans and a stiffer aorta in case of aortic dissectionBiaxial testing: linear stress-strain behavior of swine aorta, compared to a non linear one in human. Conclusion : our study reveals :- the impact of anatomy on complications occurrence after TEVAR, and suitable arguments for « off-the-shelf » fenestrated devices.- swine model is inappropriate to test AA dedicated stent-graft.- stiffer wall in aortic dissection has consequences on the choice of futur devices dedicated to AA.

En Union Européenne les accidents frontaux font 28% des accidents routiers et sont responsables de 49% de mortalité, les fractures thoraciques étant la cause principale de décès. Les modèles en éléments finis du corps humain sont un outil important pour la simulation de chocs réels et la prédiction des risques d'endommagement. Cette thèse a permis de développer un modèle simple en éléments finis de la cage thoracique suffisamment souple d'utilisation et facilement paramétrable. Ce modèle est validé expérimentalement avant d'être utilisé pour une étude paramétrique. Cette étude a permis de caractériser l'influence de différents paramètres structurels et géométriques sur le comportement de la cage thoracique sous chargement dynamique. Le travail réalisé au cours de cette thèse est divisé en trois parties : Modélisation de la cage thoracique entière avec des éléments finis de type poutre dont les propriétés mécaniques sont déterminées à partir d'essais de flexion trois points sur des segments de côtes et complétées par des éléments de la littérature, Validation du modèle dont les résultats sont suffisamment proches des résultats des essais de chargement dynamique antéro-postérieur menés par Vezin et Berthet [Vez09], Etude paramétrique sur l'influence paramètres, géométrie des sections droites et géométrie globale de la cage thoracique (inclinaison des côtes, forme et taille globale de la cage thoracique). A partir de cette étude nous trouvons que le module d'Young et l'épaisseur du cortical ont une influence identique sur la raideur globale de la cage thoracique ainsi que sur la rotation et la déformation des côtes. Avec l'augmentation de ces deux paramètres la rigidité du thorax augmente et le taux de compression maximal diminue. D'autre part les côtes tournent plus et se déforment moins. La raideur des liaisons costo-verterbales a une influence directe sur la rotation latérale qui diminue avec l'augmentation de cette raideur alors que les déformations augmentent ; tandis que la raideur globale de la cage thoracique est légèrement modifiée. L'inclinaison des côtes est le facteur ayant la plus grande influence sur la déformation des côtes et donc sur le risque d'endommagement : plus les côtes sont proches de la direction de chargement la raideur de la cage thoracique augmente et la déformation des côtes augmente / In the European Union, 28% of road accidents are frontal impacts which provoke 49% of fatalities where the thoracic fractures are the main cause of death. The finite element models of the human body are an important tool for the simulation of real impacts and the prediction of damage. This thesis has led to develop a rib cage simplified finite element model sufficiently flexible and easily customizable. First, this model is experimentally validated and then used in a parametric study. This study allowed us to characterize the influence of different structural and geometric parameters on the behavior of the rib cage under dynamic loading. This work is divided into three parts : Modeling the rib cage using beam elements whose mechanical properties are determined by three-point bending tests on rib segments and supplemented from literature, Validating the model by simulating the anteroposterior dynamic loading tests led by Vezin and Berthet [Vez09], Performing a parametric study on the influence of the mechanical parameters (Young modulus, stiffness of costo-vertebral joints), the geometry of the rib sections and the overall geometry of the rib cage (ribs slope, shape and overall size of the rib cage). This study permitted to find that Young modulus and the thickness of the cortical have the same influence on the overall stiffness of the chest as well as on the rotation and deformation of the ribs. By increasing these parameters, the stiffness of the chest increases and the maximum compression ratio decreases. Besides, we'll find more rotation and less deformation of the ribs. The stiffness of the costoverterbal joints has a direct influence on the lateral rotation : it will decrease by increasing of the stiffness while deformation will increase. However, the overall stiffness of the chest is slightly modified by modifying the costovertebral joint stiffness. The initial inclination of the ribs accordingly to the load direction has the greatest influence on the deformation of the ribs and therefore on the damage risk. When the ribs are closer to the loading direction, the stiffness of the rib cage and the deformation of the ribs increases

La circulation collatérale non coronarienne (CCNC) perfuse le cœur en provenant d’artères bronchiques, médiastinales et péricardiques. L’éventualité que la CCNC puisse être artificiellement augmentée pour fournir un traitement alternatif pour les patients ischémiques représente une hypothèse intrigante sans réponse en raison de la nature difficile de ce champ de recherche. En se basant sur plusieurs aspects, tel que (1) l’existence des collatérales naturelles entre les artères coronaires et les artères thoraciques internes (ATIs), (2) les effets potentiels de la ligature des ATIs; (3) la capacité des ATIs de développer d’importantes branches collatérales ; (4) et la disponibilité actuelle des facteurs de croissance vasculaire, l’hypothèse ici décrite est que l’augmentation de la CCNC pourrait représenter une stratégie alternative d’apport sanguin au coeur.Ainsi, l’association d’occlusion des ATIs et de l’administration des facteurs de croissance pourrait représenter un moyen de poursuivre cet objectif. Pour le premier travail de recherche, nous avons établi un modèle canin. / Noncoronary collateral circulation (NCCC) comes to the heart from mediastinal, bronchial, and pericardial channels. Whether NCCC can somehow be augmented to provide an alternative therapy for ischemic patients is an intriguing hypothesis with no clear answer yet due to the challenging nature of this research field. Based on several aspects, such as (1) the occurrence of natural collaterals between coronary and the internal thoracic arteries (ITAs), (2) the potentialhemodynamic effects of ITAs ligation, (3) the potential of ITAs for developing important collateral branches, and (4) the current availability of angiogenic growth factors, the hypothesis herein is that enhancement of NCCC may represent an alternative myocardial blood supply strategy, and that combining ITAs occlusion with angiogenic growth factors may represent a way to achieve this objective. We established an ischemic canine model for first experiment.

Les impacts non transfixiants sur les gilets pare-balles sont responsables de lésions non pénétrantes potentiellement létales, regroupées sous le terme d’effets arrière (Behind Armor Blunt Trauma : BABT). De telles lésions fermées se retrouvent également lors d’impacts thoraciques de projectiles d’Armes à Létalité Réduite cinétiques (ALRc). Afin d’améliorer le pouvoir protecteur des protections balistiques et de mieux maitriser le pouvoir vulnérant des ALRc, il est nécessaire de définir un critère lésionnel permettant de prédire l’importance des lésions en cas de traumatisme thoracique fermé de type balistique. Ce critère se doit d’être bien corrélé à la gravité du traumatisme, et de pouvoir être facilement transposable à l’ensemble des systèmes d’évaluation des protections balistiques et des ALRc. La gravité du traumatisme a été définie ici par le volume de la contusion pulmonaire. L’utilisation de cette valeur nécessitait le recours au modèle animal. Or, nous avons démontré que le thorax du modèle porcin n’offrait pas le même comportement biomécanique lors de l’impact que le thorax de l’adulte jeune. Nous avons donc développé un critère, l’impulsion de pression intrathoracique maximale (PImax), basé sur la mesure de la pression intrathoracique lors de l’impact, et donc indépendant du comportement biomécanique de la paroi thoracique vis-à-vis de ses effets sur le poumon. Ce critère très bien corrélé avec le volume de la contusion pulmonaire, quelque soit le type d’impact thoracique balistique (ALRc ou BABT), a l’avantage de pouvoir être transposable aux autres moyens d’évaluations balistiques tels que les modèles numériques ou mécaniques de thorax, afin de s’affranchir de l’expérimentation animale / When non-penetrating, impacts on bulletproof jackets can lead to potentially lethal blunt injuries known as behind armor blunt trauma (BABT). Impacts of less lethal kinetic weapons (LLKW) can also lead to such injuries. To both improve the protection capabilities of the BPJ and better comprehend the ounding potential of the LLKW, we need to design a wounding criterion to predict the injury severity of ballistic blunt thoracic trauma. In one hand, this criterion has to be well correlated with the severity of the injuries, and in the other hand, it has to be easily used with all the LLKW and BPJ assessment systems in use. First, we defined the pulmonary contusion volume as the severity of the injuries. Studying the pulmonary contusion involves the use of animal experiments. But we demonstrated that the biomechanics of the chest wall are different in animals and young adults. Then, we developed the maximum pressure impulse criterion (PImax). As it is based on the intrathoracic pressure measure during the blunt impact, it is independent from the chest wall behavior. This criterion can be used with the other assessment tools as the numerical simulation mechanical chest surrogates. This can help to reduce the use of animal experiments, which is more and more expensive, heavy and questionable on the ethical aspect