Quel rapport entre les logiciels d’ingénierie et la mise au monde d’un bébé ?
Des chercheurs en ingénierie et obstétrique de l’Université Ryerson et de l’Université McMaster développent actuellement un modèle électromécanique du col de l’utérus durant l’accouchement. Ils s’intéressent à ce modèle pour démontrer les changements au niveau du col de l’utérus survenant lors du déroulement d’un accouchement normal, en étudiant et comparant notamment ces changements pour les accouchements sans assistance et avec déclenchement artificiel du travail. Leur but est de mieux comprendre le processus afin de pouvoir concevoir un simulateur d’entrainement grâce auquel les étudiants et les chercheurs pourront mettre en évidence les changements normaux au niveau du col de l’utérus et s’exercer aux techniques de déclenchement du travail en étudiant l’efficacité des différentes méthodes employées.
Le travail est déclenché chez bon nombre de femmes enceintes en raison, souvent pendant le dépassement du terme ce qui fait courir des risques à l’enfant. Par exemple, plus de 20% des grossesses, aux Etats-Unis, au Royaume-Uni ou en France, se terminent par un déclenchement artificiel. L’un des instruments utilisés à cet effet est la sonde de Foley. Un ballonnet est introduit avec précaution par l’ouverture de la partie inférieure du col jusqu’à l’intérieur de l’utérus. Le ballonnet est ensuite rempli de sérum physiologique afin d’augmenter la phase descendante de pression sur le sommet du col depuis l’intérieur de l’utérus, imitant ainsi la pression exercée par la tête du bébé. Cette pression en phase descendante déclenche les réactions naturelles de l’organisme pour dilater progressivement le col de l’utérus et provoquer des contractions.
Les mécanismes précis de cette technique introduite pour la première fois dans les années 1850 sont encore mal quantifiés. Le Dr James Andrew Smith, chercheur en ingénierie biomédicale et professeur assistant en génie électrique et informatique à l’Université Ryerson, a décidé d’utiliser MapleSim pour créer un modèle du col de l’utérus soumis à un déclenchement du travail à l’aide d’une sonde de Foley.
En raison de la symétrie intrinsèque impliquée, il a modélisé un quart du col de l’utérus, où chaque section est approximée par un bras multiarticulé qui se déplace en réponse à une force de traction venant d’en-haut. Le modèle mathématique obtenu est un système à clapets à ressorts, avec double articulation coulissante et double broche. Il a ensuite utilisé MapleSim pour extraire et analyser les équations dynamiques et cinématiques gouvernant ce système. Fort de ces données, il a pu lancer des simulations d’expérimentation avec des paramètres comme la quantité et l’orientation des forces appliquées sur le col de l’utérus et les dimensions du col, et voir comment ces changements affectent la durée du pré-travail (le temps nécessaire à la dilatation du col selon la cible choisie de 4,5 cm, point auquel la phase active du travail est souvent établie).
Modèle MapleSim du col de l'utérus sous l'effet d'un déclenchement artificiel du travail à l'aide d'une sonde de Foley
La comparaison de ses résultats de simulation MapleSim aux données expérimentales disponibles lui a permis d’ajuster son modèle et d’obtenir une bonne compatibilité. En particulier, son modèle présente un coefficient de dilatation quasi constant, en cohérence avec les comportements observés.
Les étapes suivantes du projet passeront notamment par la création d’un modèle électromécanique réel du col de l’utérus. Ce simulateur d’entrainement physique servira à former les étudiant(e)s en médecine et les futures sages-femmes à l’insertion du ballonnet, et fournira une méthode physique d’expérimentation dans un environnement sans risque des autres dilatateurs. Il sera également utilisé pour développer des modèles de contact permettant de mieux comprendre les frottements entre le ballonnet et le col de l’utérus et pour alimenter en retour le modèle virtuel MapleSim de façon à en améliorer la fidélité. L’utilisation ultérieure de MapleSim est prévue dans le cadre du développement d’un appareil susceptible de simuler d’autres types d’accouchements difficiles.
« MapleSim est l’outil idéal pour la modélisation des systèmes multi-domaines comme ceux que l’on rencontre en ingénierie biomécanique. La création des modèles est rapide, et les outils d’analyse mathématique me permettent de comprendre clairement ce qui se passe dans mon système et comment l’améliorer, avant de construire un prototype physique », explique le Dr Smith. « L’ingénierie moderne a beaucoup à offrir au monde médical, et des outils comme MapleSim facilitent et accélèrent l’avancement de projets comme ceux-là au point de pouvoir vraiment aider les gens ».
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