Soutenance de thèse de FOURNIER François

Résumé de la thèse

La sleeve gastrectomie est devenue l'intervention de chirurgie bariatrique la plus pratiquée mondialement pour traiter l'obésité sévère. Malgré son efficacité sur la perte de poids, cette chirurgie est associée à des complications graves, comme des fistules le long de la ligne d'agrafes (incidence 0,7-5,3%) ou du reflux gastro-œsophagien fréquent. La localisation préférentielle des fistules à l'extrémité proximale du tube suggère qu'au-delà des facteurs vasculaires, la géométrie et les propriétés mécaniques de la paroi gastrique jouent un rôle déterminant. Cependant, la compréhension de ces mécanismes se heurte à l'absence de données sur le comportement mécanique de l'estomac humain frais et à la difficulté de modéliser sa réponse structurelle in vivo. L'objectif de cette thèse était donc de caractériser le comportement mécanique de la paroi gastrique, de l'échelle tissulaire à l'organe entier, afin de poser les fondements d'un modèle numérique patient-spécifique capable de décrire l'état mécanique de l'estomac avant et après l'opération pour mieux saisir l'impact de la sleeve gastrectomie.
Pour atteindre cet objectif, une démarche expérimentale et numérique a été mise en place. Une méthodologie de caractérisation mécanique a d'abord été validée sur tissu porcin, combinant essais uniaxiaux et analyse microstructurelle quantitative. Un dispositif de traction biaxiale a été reconçu pour dépasser les limites inhérentes aux essais uniaxiaux. Le cœur du travail a ensuite consisté en une étude clinique prospective (validée par le CPP) menée sur une dizaine de patients opérés d'une sleeve gastrectomie. Chaque patient a suivi un protocole en trois temps : IRM préopératoire pour quantifier la géométrie et les volumes gastriques à jeun et après remplissage, caractérisation mécanique biaxiale et analyse histologique des tissus réséqués (fundus et corpus) peropératoire et IRM 1-2 mois postopératoire. Cette approche a permis d'associer chez les mêmes patients les propriétés mécaniques tissulaires ex vivo aux changements morphologiques observés in vivo avant et après opération.
Les essais biaxiaux sur tissus frais ont révélé une anisotropie marquée et une hétérogénéité régionale avec une extensibilité moyenne du fundus significativement supérieure à celle du corpus pour la majorité des patients. En parallèle, une analyse histologique quantitative a été menée afin d'extraire l'orientation et la dispersion des fibres de collagène par patient et région. Sur le plan in vivo, l'IRM a montré qu'en préopératoire, l'extensibilité du fundus est significativement corrélée à la capacité d'expansion volumétrique de l'estomac (ρ = 0,77). Après chirurgie, les volumes gastriques ont été réduits de 62% à jeun et 81% en état plein, et cette corrélation a disparu, indiquant une rupture du lien structure-fonction.
Enfin, ces données ont été intégrées dans un cadre de modélisation par éléments finis. Face à des instabilités numériques liées aux approches classiques d'identification inverse, une méthodologie innovante a été développée, couplant plan d'expériences, métamodèle (TabPFNv2) et optimisation multi-objectifs (NSGA-II) intégrant la stabilité des simulations parmi les critères. Les paramètres identifiés ont été appliqués à une géométrie patient-spécifique avant et après sleeve gastrectomie pour simuler une pressurisation uniforme jusqu'à 20 mmHg. Des approches plus complexes (airbags, FSI) ont également été explorées pour améliorer la biofidélité du modèle, ouvrant des perspectives pour les travaux futurs.
Ce travail propose une démarche intégrée inédite, reliant IRM, biomécanique tissulaire et modélisation numérique. Il pose les premières briques nécessaires à une description fine de l'état mécanique de l'estomac, indispensable pour mieux saisir l'impact biomécanique de la sleeve gastrectomie.