Étude des effets d’une sténose trachéale par simulations numériques afin d’améliorer la prise en charge des patients atteints de trachéobronchomalacie - 05/01/20

La trachéobronchomalacie est définie par un rétrécissement dynamique de plus de 50 % des voies aériennes lors de l’expiration. Cette définition est ancienne et pourrait ne pas refléter le retentissement réel sur la physiologie respiratoire. Il n’existe pas, à notre connaissance, de modèle expérimental de trachéobronchomalacie. L’objectif de notre projet était de développer un modèle numérique capable de simuler une trachéobronchomalacie afin de caractériser les conséquences de différents degrés de collapsus sur l’écoulement aérien.

À partir de données physiologiques issues de la littérature [1Luo, Xiaoyu, Hinton S., Liew J.T., Tan T.K. LES modelling of flow in a simple airway mode Med Eng Phys 2004 ;  26 : 403-41310.1016/j.medengphy.2004.02.008 [cross-ref]

Haga clic aquí para ir a la sección de Referencias], nous avons développé un modèle numérique en 2D sous SalomeCAD, comprenant les voies aériennes principales sous-glottiques (trachée et bronches souches). Nous avons choisi d’utiliser un modèle physique à 2 équations impliquant l’énergie cinétique de turbulence et le taux de dissipation de turbulence. Notre solveur basé sous OpenFOAM est inspiré des équations de Navier-Stokes. Nous avons choisi de faire évoluer le degré de fermeture (de 10 à 90 %) de 2 sténoses trachéales de longueurs différentes (2 et 4cm). Dans chaque cas, les pertes de charges (variation de pression) étaient mesurées grâce à des sondes numériques.

Les simulations ont montré une évolution exponentielle de la résistance hydraulique. Avec la sténose de 2cm, on observait une augmentation de la résistance allant de 0,87 (+43 % par rapport à une trachée saine) à 14,88cmH2O.s/L (+644 %) pour une évolution du collapsus de 50 % à 90 %. En ajustant la turbulence pour les calculs à 4cm, les résultats présentaient la même allure avec des valeurs majorées, variant de 8,90 à 120,19cmH2O.s/L entre 20 et 80 %.

Une comparaison avec notre modèle théorique reposant sur les équations de bases de la mécanique des fluides nous a permis de constater que l’allure des courbes obtenues est identique à celle suggérée par la théorie. Les valeurs expérimentales relevées sont cependant en dessous des résistances hydrauliques théoriques, mais restent cohérentes avec les ordres de grandeur que l’on peut retrouver dans la littérature. Une utilisation de ces résultats sur banc d’essai permettra de simuler divers degrés de trachéobronchomalacie et d’évaluer leur incidence sur le travail respiratoire.