Effet sur la viscoélasticité

Comme nous l’avons mentionné précédemment, il n’existe pas d’étude rigoureuse in vivo pour la détermination du caractère viscoélastique linéaire et non-linéaire d’une région aortique saine. De ce fait il est impossible de démontrer un changement du caractère viscoélastique de la paroi aortique atteinte d’anévrisme.

Cependant une étude ex vivo [72] a identifié ce type de comportement, à travers un modèle linéaire de Maxwell solide d’ordre 3, sur des échantillons d’anévrisme de l’aorte abdominale thrombosés. Des échantillons sous forme de disque de 25 mm ont été soumis à une sollicitation dynamique à déformation, température et humidité contrôlée. Les paramètres identifiés dans cette étude sont répertoriés dans le Tableau 2.

Paramètres (Pa) (Pa) (Pa) (Pa) (s) (s) (s)

9.5 x10² 5.7 x10² 2.7 x10² 2.6 x10² 9.5 x10^-3 9.6 x10^-2 9.1x10^-1

Tableau 2 : Paramètres mécaniques d’un anévrisme de l’aorte abdominale de l’aorte thoracique chez l’homme

selon un modèle solide de Maxwell d’ordre 3 [72].

La viscosité globale (Équation 23) de ce thrombus d’anévrisme est de 268 Pa.s. La viscosité étant d’un ordre de 10¹ à 10² Pa.s pour des artères saines (section 1.3.3.2 de ce chapitre), ce résultat nous amène à penser que le caractère visqueux des artères pourrait être sensiblement identique dans des conditions anévrismales en présence de thrombus.

55 1.5. Conclusion

D’importants travaux ont été menés sur le comportement mécanique des artères pour prédire l’apparition ou l’évolution de pathologies telles que l’athérosclérose ou l’anévrisme, qui touchent particulièrement le tissu élastique vasculaire. Ces prédictions sont faites à partir des différences entre les paramètres mécaniques des tissus sains et pathologiques, déduits d’un modèle mécanique. Le comportement mécanique d’une artère saine est fortement non-linéaire avec une augmentation de la contrainte aux grandes déformations due à la présence de fibres de collagène au sein de l’artère. L’existence de plusieurs familles de ces fibres ainsi que leur orientation spatiale, confèrent aux artères un comportement mécanique anisotrope. De plus, des essais cycliques ex vivo montrent que ce comportement n’est pas identique sur les premières révolutions, mais qu’il se stabilise après quelques cycles. Les artères sont alors définies comme des matériaux pré-conditionnées au comportement réversible après stabilisation. Cette réversibilité décrit un comportement mécanique élastique non-linéaire. De plus, dans ces essais cycliques, le comportement en phase de chargement et de déchargement n’est pas identique. La boucle d’hystérésis formée par la différence de ces deux courbes, traduit une dissipation visqueuse d’énergie. Ces observations nous amènent à dire que les artères répondent à un comportement mécanique viscoélastique non-linéaire (hyper-viscoélastique), incompressible, anisotrope. La gamme de déformation pour des conditions physiologiques normales est de 0 – 30%. Celle-ci diminue avec l’augmentation de la rigidité artérielle par vieillissement.

Ce comportement est principalement décrit à l’aide de modèles mécaniques plus ou moins complexes selon le type d’expérimentation (ex vivo ou in vivo) et des hypothèses admises. Actuellement, les expériences in vivo ne permettent pas de modéliser le comportement réel des artères de manière non-invasive. Un tel comportement demande de suivre la déformation artérielle et la pression sanguine dans le même temps et pour un même site anatomique. A ce jour, les avancées technologiques de l’imagerie médicale sont assez importantes pour permettre de suivre avec précision la déformation artérielle des vaisseaux profonds (ex : aorte) ou peu profonds (ex : carotide), durant un cycle cardiaque. Malheureusement, il n’est pas encore possible de déterminer la pression sanguine par imagerie médicale et les auteurs doivent avoir recours à des expériences invasives pour accéder à la mesure de la pression localisée. De ce fait, les études in vivo rigoureuses

56 consacrées au caractère sain ou pathologique hyper-viscoélastique des artères sont rares. La linéarisation des lois de comportement a tout de même permis d’observer des changements dans le comportement mécanique artériel, tout comme les expériences ex vivo. On a pu constater que l’athérosclérose et l’anévrisme se traduisent par un comportement mécanique artériel plus rigide que le caractère sain, à des degrés plus ou moins importants en fonction de l’état d’avancement de la pathologie. Il est possible d’utiliser un modèle plus complexe, le modèle de Maxwell solide généralisé, proche de la réalité, pour caractériser le caractère sain et pathologique des artères. Néanmoins, le caractère viscoélastique des artères saines n’étant pas très bien établi, il est impossible de se baser sur ce comportement pour prédire une pathologie ou son évolution. De toute évidence, les lacunes et le manque d’informations sur les propriétés mécaniques hyper-viscoélastiques des artères saines ou pathologiques nécessitent des études expérimentales supplémentaires pour acquérir des données mécaniques fiables et rigoureuses pouvant servir à la réalisation de fantômes vasculaires. Certaines des ces études, basées sur des mesures ex vivo réalisées sur des échantillons d'aorte, seront exposées au chapitre 2.

L’identification des paramètres mécaniques de la paroi d’une artère telle que l’aorte a cependant permis à des auteurs de réaliser des fantômes à l’aide de matériaux synthétiques visant à reproduire les propriétés mécaniques.

57 2. Synthèse et mise en œuvre de fantômes aortiques

Les fantômes aortiques sont des répliques physiques de l’aorte produites généralement à partir de différents matériaux polymères. Ils ont un but à la fois éducatif mais aussi de recherche pour permettre un entrainement préopératoire aux techniques chirurgicales usuelles ou novatrices, de pathologies vasculaires ou cardiovasculaires tels que le traitement endovasculaire. Ces répliques doivent alors représenter, le plus fidèlement possible, l’aspect géométrique complexe de l’aorte saine ou pathologique. Cependant, cette complexité rend difficile la réalisation de ces répliques par des méthodes industrielles classiques de mise en œuvre des matériaux polymères (injection, extrusion...). En effet, la géométrie aortique étant différente pour chaque patient, idéalement, chaque fantôme devrait être unique. Une représentation morphologique non fidèle de l’aorte d’un patient par son fantôme pourrait conduire le chirurgien vers un mauvais choix ou un geste thérapeutique mal adapté. On dit que les fantômes doivent être « morpho-fidèles ». La méthode de mise en œuvre doit donc être suffisamment versatile et efficace pour permettre une réalisation rapide de la réplique afin que l'entraînement préopératoire puisse être fait dans un temps raisonnable. De ce fait, les auteurs se sont tournés vers un type particulier de mise en œuvre : la fabrication additive. Ce procédé permet de produire rapidement et avec une précision suffisante, des prototypes synthétiques spécifiques à partir d’images obtenues par imagerie médicale. L’utilisation de cette technologie étant devenue indispensable dans ce domaine, certains auteurs ont cherché des matériaux à la fois compatibles avec ce procédé mais aussi représentatifs des propriétés mécaniques de l’arbre aortique. Il est important de rappeler ici que les traitements chirurgicaux de pathologies cardiovasculaires utilisent des techniques qui sollicitent les artères comme l’aorte, dans des gammes de déformations supérieures au domaine physiologique. La représentation du comportement mécanique non-linéaire de la paroi artérielle est de toute évidence indispensable pour mener à bien l’entrainement ou l’innovation de ces traitements sur fantômes. Si cette représentativité est négligée, le chirurgien peut enregistrer une mémoire tactile du geste thérapeutique erronée, ce qui lors de l’intervention peut provoquer la rupture de l’artère ou un mauvais placement de l’endoprothèse, entraînant des complications sévères pouvant aller jusqu’à la mort du patient. Les matériaux utilisés pour l’élaboration des fantômes doivent par conséquent, être « méca-fidèles ».

58 L’alliance des concepts de morpho-fidélité et de méca-fidélité permet de définir un fantôme artériel comme étant patient-spécifique. Dans cette section, nous présenterons les différents travaux menés sur la recherche ou la formulation de matériaux méca-fidèles potentiels. Puis, nous étudierons les méthodes utilisées pour la fabrication de fantômes d’aorte morpho-fidèles, voire patient-spécifiques.

2.1. Formulation de matériaux méca-fidèles