Principe de fonctionnement du stent

Vers un stent urétral innovant à base de

bio-matériaux NiTi et silicone

2.1 Introduction

Le chapitre précédent a permis de décrire les traitements de la rétention aiguë d’urine. Parmi ces traitements, le stenting urétral reste peu utilisé car il n’est pas adapté à une situation d’urgence. Il représente néanmoins une alternative intéressante au sondage diminuant fortement le risque infectieux ainsi que la gêne occasionnée par son utilisation. Il apparaît donc qu’il serait particulièrement avantageux de disposer d’un stent urétral repensé et adapté à une pose en situation d’urgence. Dans le cadre de cette thèse, un stent innovant a été proposé afin de remplacer la cathétérisation systématique des patients [Mozer et al., 2014]. Comparé à ses prédécesseurs, ce stent permet une pose facilitée et en situation d’urgence, ainsi qu’un retrait simple et sans danger pour le patient. Il répond ainsi aux impératifs du personnel médical le rendant cliniquement utilisable. En réduisant le risque infectieux, il permettra à terme de juguler la rétention aiguë d’urine tout en limitant le retentissement médical et économique du traitement. Dans ce chapitre seront présentés le principe de fonctionnement de ce stent ainsi que les modes de réalisation envisagés. Enfin, les caractéristiques nécessaires au bon dimensionnement du stent seront également exposées.

2.2 Principe de fonctionnement du stent

Pour que le stent puisse être utilisé en remplacement du sondage vésical, il faut que son utilisation reste aussi simple que celle d’une sonde, et ce aussi bien à la pose qu’au retrait. Ce dispositif a donc été conçu de manière à répondre aux impératifs suivants :

• être utilisable par un soignant non expert (infirmier) ;

• permettre un déploiement rapide ;

• permettre un retrait facilité sans risque de lésion pour le patient.

Afin de doter le stent de ces fonctionnalités, il a été décidé d’utiliser des éléments faits d’alliage Nickel-Titane (NiTi). L’idée est d’utiliser les propriétés de mémoire de forme du NiTi pour obtenir un double effet mémoire de forme:

• une phase d’expansion du stent permettant de libérer l’urètre et de traiter la rétention aiguë d’urine ;

• une phase de contraction du stent permettant un retrait facilité sans risque de lésion. Deux modes de réalisation ont été envisagés : l’association d’un élément fil et d’un élément tube d’une part et l’utilisation d’un élément fil/tube seul d’autre part.

2.2.1 Mode de réalisation principal : association d’un fil et d’un tube

Comme cela a été mentionné section 1.4, les AMF disposent de propriétés de mémoire de forme leur permettant de retrouver leur forme dite d’éducation au chauffage. Dans ce mode de réalisation le stent est constitué de deux éléments. Le premier élément est un fil de NiTi de 0.45 mm de diamètre, ayant une température de transitionT_{f il} et une forme d’éducation hélicoïdale à un diamètreD_{f il} (Figure2.1, a). Le second élément est un tube de NiTi de diamètre interne 0.56mm et de diamètre externe 0.68 mm, ayant une température de transitionT_tube et une forme d’éducation hélicoïdale à un diamètreD_tube

(Figure2.1, b). Afin d’obtenir un stent à double effet mémoire de forme, le fil est inséré à l’intérieur du tube. Ainsi, dans le cas oùT_{f il}=55 °C, T_tube=45 °C,D_{f il}=6 mm etD_tube=8 mm, le stent présente trois géométries différentes associées à trois domaines de température différents :

• pourT_stent< T_tube< T_{f il}, les deux éléments sont à l’état martensitique et peuvent être facilement déformés (Figure 2.1, c). En particulier, il est possible d’enrouler le stent autour d’un cathéter destiné à l’insertion ;

• pourT_tube < T_stent< T_{f il}, le fil est toujours à l’état martensitique alors que le tube est en phase austénitique et cherche à retrouver sa forme d’éducation au diamètreDtube. Le tube étant alors le plus rigide des deux éléments, il impose sa forme entraînant de ce fait l’expansion du stent (Figure 2.1, d) ;

• pour Ttube < Tf il < Tstent, les deux éléments sont à l’état austénitique et tentent de recouvrer leur forme d’éducation. Le fil qui jusqu’alors n’influait que très peu sur la géométrie du stent va à présent entrer en compétition avec l’élément tube, et entrainer une diminution du diamètre du stent permettant un retrait facilité sans lésion des tissus.

En associant deux éléments ayant chacun leur propre mémoire de forme il est donc possible d’obtenir un stent à double effet mémoire de forme au chauffage répondant aux besoins énoncés précédemment (Section2.2).

2.2.2 Mode de réalisation alternatif : utilisation d’un unique élément fil ou tube

Plutôt que d’associer deux éléments distincts, un autre mode de réalisation consiste à utiliser un unique élément présentant un gradient de propriétés mécaniques. En effet, tel que cela a été exposé précédemment (Section1.4), les propriétés thermo-mécaniques d’un AMF peuvent être modifiées via des traitements thermiques. Classiquement, les échantillons sont placés dans un four puis maintenus à une température de traitementTtraitement pour une durée ∆t_traitement. En jouant sur la températureT_traitementet la durée ∆t_traitement, il est possible de modifier de manière homogène les propriétés thermo-mécaniques du matériau.

Il est cependant envisageable d’utiliser des moyens de traitement non conventionnels qui permettent de traiter le matériau de manière hétérogène. Entre autres :

• chauffer le matériau de manière locale à l’aide d’un laser [Meng et al., 2012a], ou par simple contact avec un solide chauffé ;

• faire directement diffuser du Nickel dans l’échantillon en le mettant en contact avec un milieu très riche en Nickel [Meng et al.,2012b].

Figure 2.1: Différentes configurations du stent composé d’un fil et d’un tube.

Dans le cas du stent développé, il est envisageable d’utiliser un élément présentant un gradient de températures de transition, chacune associée à une géométrie d’éducation propre. De même que présenté précédemment (Section 2.2.1), une portion de l’élément utilisé aura tendance à expandre le stent et l’autre à le contracter. Ce mode de réalisation est particulièrement intéressant car il permet de s’affranchir de certaines difficultés telles que :

• l’insertion de l’élément fil à l’intérieur de l’élément tube ;

• l’utilisation d’un élément tube dont le coût de fabrication est bien supérieur à celui d’un élément fil.

Bien que présentant certains avantages ce mode de réalisation requiert une maîtrise approfondie des moyens de traitement thermique non conventionnels. Aussi, dans le cadre de cette thèse, seul le mode de réalisation associant un fil et un tube a été étudié.

Le principe de fonctionnement de ce stent a fait l’objet d’un dépôt de brevet sous le numéro de publication WO2014202917 A1.