Approche multi-échelle du comportement mécanique des os porteurs et non-porteurs : vers une personnalisation des modèles numériques EF de l'être humain (Document en Anglais)
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Modalités de diffusion de la thèse :
Modalités de diffusion de la thèse :
Auteur : Roothaer Xavier
Date de soutenance : 27-11-2019
Directeur(s) de thèse : Markiewicz Eric
- Delille Rémi
- Fontaine Christian
- Morvan Hervé
Président du jury : Chabrand Patrick
Membres du jury : Markiewicz Eric
- Delille Rémi
- Fontaine Christian
- Morvan Hervé
- Duprey Sonia
- Follet Hélène
- Laporte Sébastien
Rapporteurs : Follet Hélène
- Laporte Sébastien
Laboratoire : Laboratoire d'Automatique, de Mécanique et d'Informatique Industrielles et Humaines - LAMIH
Ecole doctorale : Sciences pour l'ingénieur (SPI)
Roothaer, Xavier
Nom
Roothaer
Prénom
Xavier
Nationalité
Français
Date de soutenance : 27-11-2019
Directeur(s) de thèse : Markiewicz Eric
Markiewicz, Eric
Nom
Markiewicz
Prénom
Eric
Delille, Rémi
Nom
Delille
Prénom
Rémi
Fontaine, Christian
Nom
Fontaine
Prénom
Christian
Morvan, Hervé
Nom
Morvan
Prénom
Hervé
Président du jury : Chabrand Patrick
Chabrand, Patrick
Nom
Chabrand
Prénom
Patrick
Membres du jury : Markiewicz Eric
Markiewicz, Eric
Nom
Markiewicz
Prénom
Eric
Delille, Rémi
Nom
Delille
Prénom
Rémi
Fontaine, Christian
Nom
Fontaine
Prénom
Christian
Morvan, Hervé
Nom
Morvan
Prénom
Hervé
Duprey, Sonia
Nom
Duprey
Prénom
Sonia
Follet, Hélène
Nom
Follet
Prénom
Hélène
Laporte, Sébastien
Nom
Laporte
Prénom
Sébastien
Rapporteurs : Follet Hélène
Follet, Hélène
Nom
Follet
Prénom
Hélène
Laporte, Sébastien
Nom
Laporte
Prénom
Sébastien
Laboratoire : Laboratoire d'Automatique, de Mécanique et d'Informatique Industrielles et Humaines - LAMIH
Ecole doctorale : Sciences pour l'ingénieur (SPI)
Discipline : Mécanique. Énergétique, matériaux
Classification : Sciences de l'ingénieur, Médecine et santé
Mots-clés : Os corticalOs porteurOs longCanaux vasculairesArchitectureAnalyse 3DBMURemodelage osseuxPorositéOrientationLongueurTomographieMicro-CTEssai de tractionEssai d’indentationComportement mécaniqueMann-Whitney-WilcoxonRégressionModule élastiquePythonTraitement de donnéesA*
Fémur --Humérus --Biomécanique --Os -- Propriétés mécaniques
Résumé : Le squelette humain a pour fonction de protéger les organes internes tout en participant au système de locomotion. Afin d’en assurer la rigidité mécanique, l’os cortical est présent dans toutes les parties du squelette. Le remodelage osseux, processus dynamique, est actif tout au long de la vie. Il permet à l’os cortical d’adapter sa géométrie et son architecture interne en fonction des contraintes qui lui sont appliquées. Étant un processus complexe, le remodelage osseux est amené à dysfonctionner chez les personnes âgées et fragiliser leurs os. Ainsi, cette thèse étudie les os porteurs et non porteurs humains en se concentrant sur le fémur et l’humérus. La revue de la littérature, effectuée dans le chapitre 1, met en évidence plusieurs verrous scientifiques à résoudre. En effet, pour diverses raisons pratiques, le fémur est très largement étudié, délaissant l’étude des autres os. Cela a pour effet d’en impacter les données matériaux utilisées par les modèles numériques du corps humain, souvent extraites d’études très anciennes et obsolètes dont les sujets humains diffèrent. De plus, les études architecturales sont, pour la plupart, limitées à des analyses en 2D et ne sont pas adaptées par rapport à l’architecture osseuse complexe. Par conséquent, le second chapitre décrit une méthode innovante capable d’analyser et de quantifier l’architecture en 3D à partir de scans tomographiques. Les canaux, connectivités et BMUs, berceaux du remodelage osseux, sont automatiquement détectés. 77 échantillons, prélevés sur humérus et fémurs gauche et droit, sont scannés et quantifiés à partir de cette méthode. Étant donné que de nombreuses caractéristiques, jamais mesurées auparavant, sont obtenues, des essais de traction et d’indentation sont effectués afin de comprendre et de mettre en évidence l’impact de l’architecture sur le comportement mécanique. Par conséquent, l’intégralité des échantillons, précédemment scannée, est testée. Dans l’objectif d’extraire des tendances générales, les humérus et fémurs sont comparés suivant différents tests statistiques. De même, l’impact de la latéralité est aussi étudié. Pour terminer, une étude de corrélation, suivie d’une étude de régressions, est effectuée afin de fournir des fonctions polynomiales destinées à prédire le comportement mécanique à partir d’une simple étude architecturale.
Classification : Sciences de l'ingénieur, Médecine et santé
Mots-clés : Os corticalOs porteurOs longCanaux vasculairesArchitectureAnalyse 3DBMURemodelage osseuxPorositéOrientationLongueurTomographieMicro-CTEssai de tractionEssai d’indentationComportement mécaniqueMann-Whitney-WilcoxonRégressionModule élastiquePythonTraitement de donnéesA*
Fémur --Humérus --Biomécanique --Os -- Propriétés mécaniques
Résumé : Le squelette humain a pour fonction de protéger les organes internes tout en participant au système de locomotion. Afin d’en assurer la rigidité mécanique, l’os cortical est présent dans toutes les parties du squelette. Le remodelage osseux, processus dynamique, est actif tout au long de la vie. Il permet à l’os cortical d’adapter sa géométrie et son architecture interne en fonction des contraintes qui lui sont appliquées. Étant un processus complexe, le remodelage osseux est amené à dysfonctionner chez les personnes âgées et fragiliser leurs os. Ainsi, cette thèse étudie les os porteurs et non porteurs humains en se concentrant sur le fémur et l’humérus. La revue de la littérature, effectuée dans le chapitre 1, met en évidence plusieurs verrous scientifiques à résoudre. En effet, pour diverses raisons pratiques, le fémur est très largement étudié, délaissant l’étude des autres os. Cela a pour effet d’en impacter les données matériaux utilisées par les modèles numériques du corps humain, souvent extraites d’études très anciennes et obsolètes dont les sujets humains diffèrent. De plus, les études architecturales sont, pour la plupart, limitées à des analyses en 2D et ne sont pas adaptées par rapport à l’architecture osseuse complexe. Par conséquent, le second chapitre décrit une méthode innovante capable d’analyser et de quantifier l’architecture en 3D à partir de scans tomographiques. Les canaux, connectivités et BMUs, berceaux du remodelage osseux, sont automatiquement détectés. 77 échantillons, prélevés sur humérus et fémurs gauche et droit, sont scannés et quantifiés à partir de cette méthode. Étant donné que de nombreuses caractéristiques, jamais mesurées auparavant, sont obtenues, des essais de traction et d’indentation sont effectués afin de comprendre et de mettre en évidence l’impact de l’architecture sur le comportement mécanique. Par conséquent, l’intégralité des échantillons, précédemment scannée, est testée. Dans l’objectif d’extraire des tendances générales, les humérus et fémurs sont comparés suivant différents tests statistiques. De même, l’impact de la latéralité est aussi étudié. Pour terminer, une étude de corrélation, suivie d’une étude de régressions, est effectuée afin de fournir des fonctions polynomiales destinées à prédire le comportement mécanique à partir d’une simple étude architecturale.
Type de contenu : Texte
Format : PDF
Format : PDF
Identifiant : uvhc-ori-oai-wf-1-2757
Type de ressource : Thèse
Type de ressource : Thèse