Biomechanics of soft tissues of human leg under elastic compression
Biomécanique des tissus mous de la jambe humaine sous compression élastique
Résumé
Elastic compression (EC) is a medical treatment prescribed in case of venous insufficiency. Recently, EC is also employed for recovery after efforts in sports. Nevertheless, despite the more and more common use of EC, its biomechanical action onto the lower limb remain partially unknown . To address this issue, a 3D biomechanical model of the soft tissues of the leg under EC has been developed and applied on a group of subjects. Each model is patient-specific: the geometry is reconstructed from the 3D CT-scan images of each subject’s legs and the boundary conditions are prescribed according to the local pressure applied by the EC onto the skin. Furthermore, the hyper-elastic properties of the soft tissues are identified for each subject using an inverse approach. The inverse approach is original: it consists in using the 3D CT-scan images of the deformed leg as experimental data for calibrating the model. The resulting model provides the pressure fields in the internal soft tissues induced by the EC. The main conclusions are that the pressure is not transmitted evenly and that significant inter-subject variability exists. Moreover, it is shown that the magnitude of the pressure undergone by the soft tissues is inversely proportional to the thickness of adipose tissues. The main perspectives of this work are to validate the conclusions on a significant number of subjects and to continue improving the treatments of venous insufficiency by EC.
La compression élastique (CE) est un traitement médical qui est prescrit en cas d'insuffisance veineuse. Récemment, la CE rencontre aussi un certain succès auprès des sportifs pour la récupération. Cependant, malgré l’utilisation de plus en plus massive de la CE, son action biomécanique sur le membre inférieur n'est pas encore bien caractérisée. Pour contribuer à cette caractérisation, un modèle biomécanique 3D des tissus mous de la jambe sous CE a été développé et appliqué à un panel de sujets. Chaque modèle est personnalisé : la géométrie est reconstruite à partir des images tomographiques 3D de la jambe de chaque sujet et les conditions aux limites reproduisent fidèlement la pression localement appliquée par la CE sur la peau. De plus, les propriétés hyper-élastiques des tissus mous sont identifiées pour chaque sujet par recalage du modèle. Une méthode de recalage originale a été spécifiquement développée et mise en œuvre pour cette application : elle consiste à utiliser les images tomographiques 3D de la jambe déformée comme données expérimentales pour le recalage. Finalement, le modèle donne accès au champ de pression transmis par la CE aux tissus mous internes. Les principales conclusions sont que le champ de pression à l'intérieur de la jambe n'est pas transmis uniformément et qu'il y a de fortes variabilités inter-sujets. En outre, le modèle permet d'obtenir des indications sur le confort et l'efficacité de la CE. Il a ainsi été possible de montrer que l'intensité des pressions maximales subies par les tissus mous de la jambe est inversement proportionnelle à l’épaisseur du tissu adipeux. Les principales perspectives du travail concernent la validation clinique de ces conclusions sur un nombre significatif de sujets, puis leur exploitation en vue d’améliorer les traitements.
Origine : Version validée par le jury (STAR)