Caractérisation in vivo et ex vivo du comportement mécanique d’artères humaines : application à la conception
des endoprothèses aortiques
Stéphane Avril
Jean-Pierre Vassal, Katia Genovese,
Jonathan Huntley, Rhodri Cusack, Ambroise
POURQUOI ? 1. Diagnostics de lésions
2. Implantation
de traitements
COMMENT CARACTERISER LE COMPORTEMENT MECANIQUE DES ARTERES HUMAINES…
1. essais « in vivo » …
Utilisation du modèle élastique linéaire
Zone de linéarisation
Mesures cinématiques par imagerie médicale
Exemple avec l’imagerie par résonance magnétique.
Use of gradients for encoding the different directions (frequency and phase encoding).
The voxel intensity of a given tissue type (i.e. white matter vs grey matter) depends on the proton density of the tissue and two other tissue-specific parameters: the longitudinal relaxation time T1, and the transverse relaxation time, T2.
Basic principle of MRI
Principle of time resolved MRI
Cardiac-MRI-gating for synchronizing the MRI sequence and the ECG
Time resolved PC-MRI applied to the cross section of a patient’s neck: signal magnitude
ε = dR/R0 = dA/2A0 = 0,035
σ = p R0/e = 40×0,13×5/0.6 = 43,3 kPa
Mesure des variations de pression
Le plus simple :
Extension aux plaques d’athérome
Recalage de modèles avec prise en compte des interactions fluide structure
LIMITES DES ESSAIS IN VIVO :
- Moyens de chargement limités
- Faible plage de déformations possibles - Méthodes de mesures incertaines
→ Nécessité d’essais ex vivo …
ESSAIS EX VIVO CLASSIQUES
Les essais plans sont difficiles à exploiter
NOUVEAU PROTOCOLE D’ESSAI
1. Caméra, 2. Plaque support en PMMA,
3.Artère, 4. Miroir conique, 5. Liquide physiologique,
P
F 5
6 7 8
9a 9b 10 1
2 3 4
11
(a) (b) (c)
-20 0
20
-20 -10 0 10 20
0 10 20 30 40
X [mm]
Y [mm]
Z [mm]
-20 -10 0 10 20
-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20
X [mm]
Y [mm]
-200 -10 0 10 20
5 10 15 20 25 30 35 40
Y [mm]
Z [mm]
0
20 0
10 20
0 10 20 30 40
Z [mm]
-15 -10 -5 0 5 10 15 20
Y [mm]
5 10 15 20 25 30 35 40
Z [mm]
(a)
(b)
MESURE OPTIQUE DES DEPLACEMENTS
IDENTIFICATION PAR
RECALAGE ELEMENTS FINIS
40 30 20
0
Z[mm] 10
0 20
-20 -20
20
Y[mm] 0
X[mm]
Positions expérimentales des marqueurs
40 30 20
0
Z[mm] 10
0 20
-20 -20
20
Y[mm] 0
X[mm]
Positions expérimentales des marqueurs
Y [mm]
(c)
40 30 20 10 0
0 0
20
-20 -20 20
40 30 20 10 0
0 0
20
-20 -20 20
Y[mm]
X[mm]
Z[mm] Strainenergy[MPa] Y displacement[mm]
Max 3.11e-3 MPa
Min 7.43e-16 MPa
(b) (a)
Experimental points
Exemples de résultats
1.05 1.1 1.15 1.2 1.250
2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000
Pression [Pa]
1.05 1.1 1.15 1.2 1.250
2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000
Pression [Pa]
1 1.05 1.1 1.15 1.2 1.25
0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02
Pression [MPa]
1 1.05 1.1 1.15 1.2 1.25
0 14 28 42 56 70 84 98 112 126 140
Pression [mm Hg]
150
15 30 45 60 75 90 120 135
Pressure [mm Hg]
105
Pressure [MPa]
Experimental data Neo Hookean model
« Yeoh » model
Exponential potential model
Application
Optimisation de la microstructure des endoprothèses aortiques en vue d’une meilleure durabilité
Anévrysmes de l’aorte abdominale = Enjeux majeurs de santé publique
Les problèmes de durabilité des endoprothèses ont des origines essentiellement mécaniques.
CONCLUSION
- Comportement mécanique des artères complexe à caractériser
- Hypothèses simplificatrices nécessaires - Différentes méthodes selon les objectifs
