Développement et optimisation d'endoprothèses vasculaires

Development and optimization of vascular endoprosthesis

• Auteur / Autrice : Franck Ott
• Direction : Christian Geindreau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : 2MGE : Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie
• Date : Soutenance le 19/03/2019
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Sols, solides, structures - risques (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Dumont
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Casari, Lucie Bailly
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Badel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Prothèses internes

Anévrisme de l'aorte abdominale

Aorte abdominale

Mots clés libres

Vasculaire

Anévrisme

Aorte

Endoprothèse

Aneurism

Aorta

Vascular

Aneurysm

Endoprosthesis

Stent-Graft

Résumé

L’anévrisme de l’aorte abdominale (AAA) est une pathologie devant être traitée par un acte chirurgical afin d’éviter une rupture, mortelle dans la majorité des cas. Son traitement par chirurgie endovasculaire (EVAR) a pour objectif d’éviter toute opération trop lourde et invasive en déposant une endoprothèse au sein de l’AAA par voie artérielle, à laquelle le chirurgien accède via une simple incision de l’artère fémorale. Les diffeìrents retours cliniques montrent globalement que les probleÌmes post-opeìratoires observeìs - migration, plicature, endofuite, rupture – sont intimement lieìs aÌ la conception des endoprotheÌses actuelles, reìaliseìes par l’assemblage d’un corps textile avec un exosquelette sutureì sur ce dernier. Ces dernières preìsentent aujourd’hui un comportement mécanique treÌs heìteìrogeÌne, et éloigné de celui de l’aorte native. Ces problèmes post-opératoires conduisent très souvent à une nécessité de ré-opération des patients, ce qui réduit à long terme les bénéfices de la chirurgie endovasculaire.Les sollicitations in-vivo auxquelles est soumise l’endoprothèse sont diverses. La sollicitation principale de gonflement engendrée par la pression du flux sanguin, s’accompagne d’une compression exercée par les organes environnants, mais également de la flexion due aux mouvements du patient et aux géométries tortueuses des anévrismes, etc. Le comportement mécanique de l’endoprothèse doit être biomimétique dans la mesure du possible afin de se calquer sur la portion artérielle d’origine, i.e. limiter des discontinuités mécaniques aux collets, responsables d’hyperplasie intimale.Dans ce contexte, cette thèse a pour objectif de contribuer au développement et à l’optimisation d’endoprothèses vasculaires, issues d’une technologie de fabrication innovante permettant d’insérer une trame hélicoïdale métallique en NiTi au sein d’un corps textile PET tricoté par maille jetée. Cette technologie permet de réaliser des structures textiles homogènes sans exo-squelette. Dans le but d’optimiser les structures produites, différents essais expérimentaux ont été mis en place, couplés à des techniques d’imagerie 2D ou 3D – micro-tomographie RX synchrotron et de laboratoire – afin de caractériser leur comportement mécanique ainsi que leur comportement au fluide (perméabilité). Les résultats de ces différents essais sont comparés lorsque cela est possible à des résultats expérimentaux ou numériques de la littérature sur l’aorte saine, ainsi qu’à des données concernant des produits du marché. Le but final de ces travaux est d’accéder au développement d’une structure endoprothétique type, dont le comportement est proche de celui de l’aorte abdominale native et permettant de limiter les problèmes post-opératoires observés aujourd’hui.

Abdominal aortic aneurysm (AAA) is a pathology that must be repaired by a surgical procedure to avoid a rupture, lethal in most of the cases. Endovascular aneurysm repair (EVAR) is a non-invasive procedure, allowing the deployment of a stent-graft inside the aneurysmal sac. Nevertheless, clinical feedback currently available for stent-grafts show that many complications after surgery – migrations, thrombosis, endoleaks, rupture – are closely linked to the mechanical behaviour of the stent-grafts, which is heterogeneous and very far from the one of the aorta. This behaviour is induced by the design of current stent-grafts, made by assembling a textile body with an exoskeleton sutured on the latter. These post-operative problems frequently lead to a second operation of the patient, which drastically reduces the benefits of endovascular surgery.In-vivo, stent-grafts are submitted to various loadings: inflation induced by the blood pressure, compression due to surrounding organs, but also bending due to the patient motion or the aorta tortuosity, etc. As far as possible, the mechanical behaviour of stent-grafts must also be as closed as possible to the original aorta, to avoid mechanical discontinuities that may be responsible for intimal hyperplasia.In this context, the principal purpose of this thesis is to contribute to the development and the optimization of vascular endoprostheses, resulting from an innovative manufacturing technology whose target is to insert a helical metallic wire in NiTi within a knitted PET textile body. This technology allows to build homogeneous textile tubes without any exo-skeleton. In order to optimize these structures, various experimental tests coupled with 2D or 3D imaging techniques – Synchrotron and laboratory X-ray micro-tomography – have been developed to characterize the mechanical behavior as well as permeability of these tubes. The results of these different tests are compared to experimental or numerical results of the literature regarding the native aortic tissue, as well as data concerning market products. The ultimate goal of this work is to provide new stent-grafts whose behavior is close to the native abdominal aorta, and which limit current post-operative problems.