Academic literature on the topic 'Prothèses internes – Analyse'

L’anévrisme de l’aorte abdominale est une maladie cardiovasculaire touchant 6 à 7% de la population occidentale. Les principales complications signalées après une procédure endovasculaire sont les endofuites (passage du sang entre la prothèse et la paroi de l’artère). Un modèle éléments finis représentant le système complet aorte/endoprothèse/athérome a été conçu dans le but d’aider au choix de la meilleure endoprothèse. Ce modèle est soumis à la pression artérielle et aux contraintes induites par l’écoulement du sang avec un couplage fluide/structure. Il prend en compte le comportement viscoélastique de l’aorte. Le code de calcul Plast2 est utilisé afin de visualiser l’évolution des contacts entre les structures. Le sang étant un fluide non newtonien, il est apparu nécessaire d’utiliser un modèle tenant compte de l’analyse microstructurale. Nous nous sommes intéressés aux modèles issus de la rhéologie des solutions de polymère et plus particulièrement au modèle de Phan-Thien et Tanner. Outre les contraintes tangentielles, ce modèle permet d’obtenir les différences de contraintes normales générées sur les parois de l’artère
Abdominal aortic aneurysm disease is a degenerative process whose ultimate event is the rupture of the vessel wall. The endovascular approach suffers from problems such as endoleaks. We develop a non-invasive methodology to observe the contact between the endoprosthesis and the aorta wall. On the one hand, this study provides an evaluation of the stresses generated by the blood flow. As blood is a non-Newtonian fluid, we use the Phan-Thien and Tanner model, resulting from the polymer rheology. The application of this model gives the parietal shear stress and the first normal stress difference. On the other hand, we develop an axisymmetric finite-element model of the complete system. This model takes into account the viscoelastic behaviour of the aorta. Plast2, an explicit dynamic finite element code, is used to simulate the behavior of the system. The system is subject to hydrostatic pressure and to the stresses generated by the blood flow. A coupled fluid-structure interaction is achieved

Pour rétablir, ou maintenir, le flux coronarien dans des artères en partie ou totalement obstruées, on implante une endoprothèse qui a la forme d'un petit ressort métallique. Cependant, la pose de ces stents conduit dans 5 à 20% des interventions à une lente réocclusion qui naît en partie de la réponse des cellules pariétales aux efforts hémodynamiques.

Notre étude vise donc à établir numériquement (à l'aide du logiciel Star-CD) et expérimentalement (par PIV et PSV) la topologie de l'écoulement intra stent, mais aussi à quantifier les niveaux de contraintes pariétales au sein du design, en écoulement newtonien et non newtonien. En préambule, une synthèse bibliographique des réponses des cellules constitutives de la paroi artérielle à différents niveaux de contrainte de cisaillement est proposée. La connaissance de ces réponses différenciées des cellules endothéliales et musculaires lisses permet alors de proposer une estimation des régions favorables à la resténose, via le calcul des contraintes de cisaillement qui leurs sont appliquées.

Notre étude paramétrique bidimensionnelle a permis de démontrer la prépondérance de la hauteur des branches sur les risques de resténose. Les résultats tridimensionnels permettent d'estimer les lieux d'une activité mitogénique potentiellement anormale, ainsi que le caractère non newtonien et quasi-stationnaire de l'écoulement intravasculaire au niveau de la paroi artérielle.

Dans la conception de structures en treillis, la compréhension du module d'élasticité du matériau et de ses performances en fatigue est cruciale pour assurer la stabilité à long terme des implants dans le corps humain. Cette étude analyse le comportement élastique et le comportement de fatigue en compression à cycles élevés de la structure en treillis mappée d'un dodécaèdre rhombique utilisé dans les implants osseux médicaux fabriqués par fusion par faisceau d'électrons. La recherche a développé des modèles analytiques et aux éléments finis pour estimer le module d'élasticité en compression et les coefficients de Poisson des structures rhombiques dodécaédriques cellulaires mappées, avec ou sans contraintes de bord. La fonction de mappage x→αx a été utilisée pour mapper les coordonnées des barres de soutien, entraînant des modifications de la section et de la position des barres tout en maintenant la porosité. L'étude a examiné le module d'élasticité en compression, les coefficients de Poisson, la réponse à la fatigue en compression-compression à cycles élevés et l'effet du traitement cryogénique sur les échantillons de Ti6Al4V.Les propriétés mécaniques de la structure en treillis rhombique dodécaédrique de Ti6Al4V ont montré une amélioration significative lorsque le rapport de mappage α diminuait. Le module d'élasticité équivalent de la cellule est lié au nombre périodique de cellules simples dans des conditions sans contraintes de bord. La valeur du module augmente de manière monotone avec le nombre de cellules et le diamètre des barres, mais la plage d'augmentation approche une limite lorsque le nombre de cellules tend vers l'infini.L'influence du traitement cryogénique sur les propriétés mécaniques des échantillons et le mécanisme de rupture par fatigue des barres de soutien a été analysée grâce à une caractérisation de la microstructure. Le traitement cryogénique a amélioré le module d'élasticité, la résistance à la compression et les performances en fatigue, mais a également augmenté la déformation accumulée le long de la direction de compression après une défaillance en fatigue. La microstructure du matériau Ti6Al4V a révélé la présence de grappes d'α-Ti et une forte texture, qui ont influencé les propriétés mécaniques. Le traitement cryogénique a provoqué une distorsion du réseau cristallin, un affinage des grains et une augmentation des joints de grains, améliorant la plasticité et les performances en fatigue tout en réduisant la résistance au fluage.L'analyse des structures mappées en treillis rhombique dodécaédrique a introduit le rapport de mappage α et développé des modèles analytiques et aux éléments finis pour estimer le module d'élasticité et les coefficients de Poisson. Les modèles ont pris en compte les modifications de la section et de la position des barres de soutien. Le modèle analytique a montré des prédictions prometteuses du module d'élasticité et a reflété avec précision le module d'élasticité effectif d'un corps homogène. La prédiction de la durée de vie en fatigue impliquait la détermination de la contrainte locale maximale, l'application d'une correction de contrainte moyenne et l'établissement de la relation entre la durée de vie en fatigue du bloc homogène et la durée de vie de la première barre de soutien fracturée par fatigue. Une relation non linéaire a été observée entre la durée de vie en fatigue et le rapport de mappage α, le plus petit rapport de mappage montrant les meilleures performances. Le modèle a fourni des prédictions précises et offrait une approche alternative pour prédire la durée de vie en fatigue basée sur les résultats des tests, ce qui permettrait de réaliser des économies.Dans l'ensemble, cette recherche a analysé avec succès les propriétés mécaniques, la microstructure et les performances du matériau de base Ti6Al4V et des structures mappées en treillis rhombique dodécaédrique, fournissant des connaissances précieuses pour comprendre et prédire leur comportement
In the design of lattice structures, understanding the material's elastic modulus and its fatigue performance is crucial to ensure the long-term stability of implants within the human body. The study of elastic modulus is particularly important as it effectively avoids stress shielding phenomena and enhances the load trans-fer capacity of the material. Additionally, the fatigue performance of implants during repetitive stress motion inside the human body is also of utmost significance.This study analyzed the elastic deformation behavior and high-cycle compression fatigue behavior of the mapped lattice structure of a rhombic dodecahedron used in medical bone im-plants fabricated through electron beam melting. The research developed analytical and finite element models to estimate the compressive elastic modulus and Poisson's ratios of mapped cellular rhombic dodecahedron structures with and without border constraints. The mapping function x→αx was used to map strut coordinates, causing changes to strut section and position while maintaining porosity. The study investigated compressive elastic modulus, Poisson's rati-os, high-cycle compression-compression fatigue response, and the effect of cryogenic treatment on Ti6Al4V samples.The mechanical properties of the Ti6Al4V rhombic dodecahedron lattice structure showed significant improvement as the mapping ratio α decreased. The equivalent elastic modulus of the cell is related to the number of periodic arrays of single cells under the condition of no boundary constraints. The modulus value increases monotonically with the number of cells and the diameter of the struts, but the range of increase approaches a limit as the number of cells tends to infinity.The influence of cryogenic treatment on the mechanical properties of the specimens and the fatigue fracture mechanism of the struts were analyzed through microstructure characterization. Cryogenic treatment enhanced elastic modulus, compressive strength, and fatigue performance, but increased accumulated strain along the compression direction after fatigue failure. The mi-crostructure of Ti6Al4V material revealed the presence of α-Ti clusters and a strong texture, which influenced mechanical properties. Cryogenic treatment caused lattice distortion, grain refinement, and increased grain boundaries, improving plasticity and fatigue performance while reducing creep resistance.The analysis of mapped cellular rhombic dodecahedron structures introduced the mapping ratio α and developed analytical and finite element models to estimate elastic modulus and Poisson's ratios. The models considered changes in strut section and position. The analytical model showed promising predictions of elastic modulus and accurately reflected the effective elastic modulus of a homogeneous body. Fatigue life prediction involved determining maxi-mum local stress, applying mean stress correction, and establishing the relationship between fatigue life of the homogeneous block and the life of the first fatigue-fractured strut. A nonline-ar relationship was observed between fatigue life and mapping ratio α, with the smallest map-ping ratio showing the best performance. The model provided accurate predictions and offered an alternative approach to predicting fatigue life based on testing results, saving costs.Overall, this research successfully analyzed the mechanical properties, microstructure, and performance of Ti6Al4V base material and mapped cellular rhombic dodecahedron structures, providing valuable insights for understanding and predicting their behavior

Le développement de nouvelles technologies biomédicales permet d'aider les personnes souffrant de la perte de fonctions motrices ou cognitives à récupérer partiellement de leur perte. L'étude des neurones a mis en évidence la nature électrique des signaux cérébraux, conduisant à la fabrication d'implants s'interfaçant avec eux. L'enregistrement et la stimulation de différentes parties du système nerveux central ont été rendus possibles grâce à des implants. Néanmoins, l'introduction d'un corps étranger dans le corps humain n'est pas sans conséquences. Les matériaux utilisés pour fabriquer les implants doivent être suffisamment rigides pour supporter les attaques du corps, mais ne doivent pas endommager les tissus environnants. Compte tenu de ces exigences, un matériau a récemment attiré l'attention : le diamant. Il peut être synthétisé en laboratoire et utilisé dans des processus microtechnologiques classiques pour fabriquer des dispositifs à base de diamant. Le diamant peut être un isolant électrique dans son état "naturel", c'est-à-dire un simple réseau de carbone, ou acquérir une conduction de type métallique s'il est suffisamment dopé au bore. L'excellente biocompatibilité du cristal le place comme un candidat sérieux en termes de matériau d'électrode. Ses propriétés chimiques, électrochimiques et mécaniques en font un matériau inerte, solide et fiable. Le travail de thèse s'est concentré sur le matériau diamant, afin de fabriquer un implant entièrement en diamant. Cela signifie que le diamant polycristallin intrinsèque sera utilisé comme couche de protection du dispositif, tandis que les sites des électrodes seront constitués de diamant conducteur dopé au bore (BDD). Le dispositif obtenu est conçu pour enregistrer les signaux du cerveau. Pour ce faire, la maîtrise de la structuration du diamant est primordiale pour pouvoir l’utiliser au sein de processus microtechnologiques. Il a été choisi de faire des croissances localisées du diamant, aussi bien intrinsèque que dopé, en utilisant du nitrure l’aluminium (AlN) en couche de masquage. Le taux de croissance, la composition chimique et l'analyse de l'état de surface ont confirmé la bonne manipulation du processus de diamant. Un autre point essentiel à prendre en compte lors de la fabrication des implants est le choix des matériaux qui transporteront les signaux électriques. Le développement de la couche conductrice a été réalisé en combinant le nitrure de titane (TiN) et le platine (Pt) pour tirer profit des deux matériaux. L'encapsulation du platine par le TiN a donné lieu à des pistes conductrices capables de supporter les conditions de croissance du diamant sans aucun dommage. Suite à la fabrication des implants diamant, une caractérisation doit être effectuée. Deux procédures d'analyse électrochimique ont donc été utilisées pour examiner les électrodes BDD et sonder le matériau : la voltampérométrie cyclique (CV) et la spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS). Les tests ont confirmé la présence de BDD aux emplacements des électrodes, la bonne passivation du diamant intrinsèque et la faible impédance à 1 kHz, par rapport aux implants comportant des électrodes en BDD seul. Après s'être assuré du bon fonctionnement et de la fiabilité du dispositif, les implants ont été testés in vivo sur des rongeurs pour sonder leurs voies visuelles. Une craniotomie a été pratiquée sur des rats (à l’Institut de la Vision) et des souris (à l’EPFL) afin de placer les électrodes sur leur cortex visuel. Cette intervention chirurgicale a pour but de réaliser un enregistrement aigu des potentiels évoqués visuels (VEP), qui sont déclenchés par des stimulations visuelles. L'expérience a été un succès puisque les implants en diamant ont réussi à enregistrer des VEP dans différents contextes d'expérience, dans les deux laboratoires. Ces résultats préliminaires ouvrent la voie à la future génération d'implants neuronaux en diamant afin de garantir un dispositif chronique fiable et stable
The development of new biomedical technologies permits to help people suffering from the loss of motor or cognitive functions to partially recover from their loss. Neural study highlighted the electrical nature of brain signals, leading to the fabrication of implants interfacing with them. The recording and stimulation of different parts of the central nervous system were made possible through implants. Nevertheless, introducing a foreign object into the human body is not without consequences, as materials used to fabricate implants should be stiff enough to endure the body’s attacks but should not harm the surrounding tissues. Given these requirements, a material has recently gained attention: diamond. It can be synthetized in labs and used in conventional microtechnology processes to fabricate diamond-based devices. Diamond can either be an electrical insulator in its “natural” state, meaning a simple carbon lattice, or acquire a metallic-like conduction if doped enough with boron. The excellent biocompatibility of the carbonated crystal places it as a serious candidate in terms of electrode material. The chemical, electrochemical and mechanical properties, guarantee an inert, solid and reliable material. The PhD work was focused around diamond material, to fabricate a full-diamond implant. This means that intrinsic polycrystalline diamond was used as a protection layer of the device, while the electrodes sites were made of boron-doped conductive diamond (BDD). The obtained device was designed to record signals from the brain. To do this, the control of the structuring of diamond is essential to be able to use it within microtechnological processes. It was chosen to make localized growths of diamond, both intrinsic and doped, using aluminum nitride (AlN) as a masking layer. The growth rate, the chemical composition and the analysis of the surface condition confirmed the good handling of the diamond process. Another key point to consider when fabricating the implants is the choice of materials that will carry the electrical signals. The development of the conductive layer was done by combining titanium nitride (TiN) and platinum (Pt) to take advantage of both materials. The encapsulation of platinum by TiN resulted in conductive tracks capable of withstanding the growth conditions of diamond without any damage. Following the fabrication of the diamond implants, characterization must be performed. Two electrochemical analysis procedures were therefore used to examine the BDD electrodes and probe the material: cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The tests confirmed the presence of BDD at the electrode locations, good intrinsic diamond passivation, and low impedance at 1 kHz compared to implants with BDD-only electrodes. After ensuring proper functioning and reliability of the device, the implants were tested in vivo on rodents to probe their visual pathways. A craniotomy was performed on rats (at the Vision Institute) and mice (at EPFL) in order to place the electrodes on their visual cortex. The purpose of this surgical procedure is to make an acute recording of visual evoked potentials (VEPs), which are triggered by visual stimuli. The experiment was successful as the diamond implants were able to record VEPs in different experimental settings in both laboratories. These preliminary results pave the way for the future generation of diamond neural implants to ensure a reliable and stable chronic device

Le traitement endovasculaire (EVAR) de l'anévrisme de l'aorte abdominale (AAA) vise à mettre en place une endoprothèse (EP) au sein du sac anévrismal afin d'éviter sa rupture. Si cette chirurgie a l'avantage d'être mini-invasive et de pouvoir être utilisée pour des patients non éligibles à la chirurgie ouverte classique, il existe cependant plusieurs événements indésirables, pouvant apparaître au cours du suivi du patient. Mieux connaître le comportement mécanique des EPs permettrait ainsi d'améliorer leur conception et leur durabilité, principaux verrous au recours systématique à l'EVAR. Ainsi, une méthode de modélisation numérique multi matériaux des EPs a été développée. Les modèles numériques d'EPs ont été validés à partir d'une analyse d'images 3D obtenues par tomographie aux rayons X, montrant ainsi leur fiabilité. Les performances mécaniques de plusieurs EPs disponibles sur le marché ont ensuite été évaluées sur différents essais de plus en plus proches des conditions in vivo subies par ces dispositifs. Les EPs ont ainsi été soumises à des essais de flexion pure puis à des essais combinant flexion et pressurisation. La flexibilité des EPs et la réponse mécanique de leurs composants ont été comparées. Il a été montré que l'architecture de l'EP avait une influence significative sur ses performances mécaniques. Enfin, le déploiement des EPs au sein de deux modèles d'anévrismes a été simulé, permettant de mettre en évidence d'autres complications, comme les endofuites de type I. Ces travaux ouvrent ainsi la voie à de nombreuses perspectives, et notamment au développement d'un logiciel d'aide à la décision à destination des chirurgiens.

L'anévrisme de l'aorte abdominale est une pathologie devant être traitée par chirurgie quand son diamètre atteint 5.5cm, en raison d’un risque de rupture qui est souvent mortelle. La chirurgie endovasculaire consiste à déployer une endoprothèse dans l’anévrisme pour l’exclure de la circulation sanguine. Cette chirurgie souffre cependant d'un taux relativement élevé de complications post-opératoires à long terme, nécessitant des interventions coûteuses. Ces complications sont principalement d’origine mécanique et pourraient être anticipées grâce à la simulation numérique.Cette thèse a pour objectif d'élaborer une méthodologie de simulation personnalisée de déploiement d'endoprothèses dans des anévrismes, dans le but final de fournir un outil d'aide à la décision aux praticiens hospitaliers pour améliorer leur planning pré-opératoire.Une méthodologie permettant de déployer numériquement des endoprothèses bifurquées, composées de plusieurs modules, dans des anévrismes aortiques personnalisés, de géométries quelconques, a été conçue. Des simulations numériques ont été effectuées sur cinq cas cliniques réels, dont des cas fortement tortueux et complexes àplanifier pour les praticiens hospitaliers. La méthodologie a été validée par comparaison des résultats numériques avec la position des stents sur les scanners post-opératoires.La capacité de la méthodologie numérique à simuler le déploiement d’endoprothèses dans des géométries personnalisées d’anévrismes aortiques a été démontrée. Ces simulations possèdent un fort potentiel, en pouvant permettre de mieux adapter les endoprothèses aux patients et d’anticiper les complications post-opératoires dès le planning pré-opératoire
Abdominal aortic aneurysm is a pathology which needs to be treated by surgery when its diameter reaches 5.5cm, due to high risk of rupture that is often lethal. Endovascular repair consists in deploying a stent-graft inside the aneurysmal sac to exclude it from the blood flow. However, the drawback of this surgery is the relatively important post-operative complication rate at long-term, requiring costly secondary interventions. The origin of these complications is mainly related to mechanics and therefore, they could be prevented thanks to numerical simulation.The objective of this thesis is to elaborate a simulation methodology to deploy in silico stent-grafts in patient-specific aneurysms. The ultimate goal is to provide practioners with a computer aided decision tool to improve their pre-operative planning.A methodology was developed to simulate the deployment of bifurcated stent-grafts, composed of several modules, in patient-specific aortic aneurysms, whatever their geometry. Finite-element analyses were performed on several clinical cases from real patients, some of them which were highly tortuous and complex for practioners to achieve an accurate preoperative planning. The methodology was validated by comparing numerical results with the position of the stents in the post-operative scans.The ability of finite-element analyses to simulate stent-graft deployment in patient-specific aortic aneurysm geometries was proved in this thesis. Simulations have great potential for adapting stent-grafts to each patient and for anticipating possible post-operative complications at the stage of pre-operative planning