Des artères imprimées 3D pour diagnostiquer et traiter les maladies cardiaques

« Si nous voulons travailler avec un prototype qui se comporte de façon similaire à une artère, il doit avoir des propriétés élastiques. Les imprimantes qui utilisent uniquement des matériaux rigides ne conviendraient pas pour cette utilisation »,
- Dr. Tiago Senra, Institut de Cardiologie Dante Pazzanese.

L’Institut de Cardiologie Dante Pazzanese (DPCI) utilise l’impression 3D pour faciliter le diagnostic et le traitement des maladies cardiaques. Fondé en 1954 et reconnu mondialement comme étant un spécialiste du traitement des pathologies cardiaques graves, l’hôpital a utilisé une imprimante 3D Objet350 Connex multimatériaux depuis 2012. Une équipe multidisciplinaire composée de médecins et d’ingénieurs l’a utilisée pour imprimer des prototypes 3D des artères du patient. Ces modèles servent à tester la façon dont l’artère va se comporter au cours d’une procédure de cathétérisme.

DPCI est à la fois un hôpital et un centre de recherche géré par le Secrétariat de la Santé de l’Etat de Sao Paulo. Avec 1 500 employés et 300 hôpitaux, l’établissement se spécialise dans le diagnostic, le traitement et la recherche sur les cas de maladies cardiaques complexes.

L’impression 3D au cœur de la cardiologie

Alors que l’impression 3D est déjà couramment utilisée dans des domaines tels que l’orthopédie, la traumatologie et la neurochirurgie, pour le Dr. Tiago Senra, du département de scanner et d’IRM cardio-vasculaire, la cardiologie est une autre histoire à cause de l’existence de facteurs de complication. Tout d’abord, les vaisseaux sanguins sont difficiles à identifier dans les tests d’imagerie. « Pour permettre le diagnostic via l’imagerie médicale, nous injectons des produits de contraste dans les veines ou les artères », explique Dr. Maximillian Gospos, du département de scanner et d’IRM cardio-vasculaire.

Ensuite, comme le cœur bat constamment, les résultats du scanner ou de l’IRM doivent être synchronisés avec un électrocardiogramme pour obtenir des images statiques des veines et des artères.

Néanmoins, DPCI utilise déjà la technologie de l’impression 3D pour aider ses patients. L’établissement a choisi une Imprimante 3D Connex Objet 350 en raison de ses capacités d’impression multi-matériaux et sa grande précision. « La possibilité d’imprimer le prototype d’une artère dans du caoutchouc est très importante pour nous », souligne Senra. « Si nous voulons travailler avec un prototype qui se comporte de façon similaire à une artère, il doit avoir des propriétés élastiques. Les imprimantes qui utilisent uniquement des matériaux rigides ne conviendraient pas pour cette utilisation. »

Selon Bruno Utiyama da Silva, chercheur et coordinateur des projets d’impression 3D au sein de DPCI, le matériau souple donne aux médecins et aux ingénieurs de Dante Pazzanese la liberté de créer de nouveaux usages et solutions recourant à la technologie d’impression 3D. « Nous utilisons également cette machine dans le processus de développement de pompes cardiaques qui exige des matériaux différents de ceux utilisés pour les prototypes des vaisseaux sanguins », explique Utiyama.

Évaluation des risques de la chirurgie

Le modèle anatomique 3D du patient permet aux médecins de DPCI d’étudier les caractéristiques de la pathologie et de décider ensuite du traitement à suivre. Les tests effectués sur les artères imprimées 3D révèleront si la réalisation d’un cathétérisme est sûre ou non. Grâce à l’aide apportée par l’imprimante 3D, il est possible d’étudier un vaisseau sanguin particulier du patient sans besoin d’une procédure invasive.

Pour réduire les risques du cathétérisme, DPCI recourt à une imprimante 3D profesionnelle pour imprimer les artères du patient. « L’objectif étant d’effectuer des tests avant la cathétérisation, pour voir si cela vaut la peine d’effectuer cette procédure ou non », dit Senra.

Pour réaliser ces tests, on imprime en même temps l’artère du patient et une sorte de « parapluie ». Le parapluie est un dispositif de protection embolique implanté dans l’artère avant que le cathéter ne soit inséré. « En ajustant le parapluie dans l’artère, nous pouvons être certains que le dispositif de protection embolique couvrira entièrement la surface du vaisseau », dit Gospos. « Si ce n’est pas le cas, il y a un risque que le cathéter touche les parois du vaisseau et déloge les embolies. Cela pourrait engendrer des problèmes chez le patient. »

Ce que Gospos est en train de décrire, c’est l’embolisation distale – lorsque l’introduction du cathéter déloge des petites plaques des parois des vaisseaux. Ces plaques peuvent se loger dans les petits vaisseaux tels que les artères du cerveau où elles pourraient causer un accident vasculaire cérébral. Un AVC peut entraîner de graves complications comme la perte de force au niveau des membres et des muscles du visage, l’aphasie et parfois la mort. Il est donc important de déterminer correctement si un cathétérisme convient ou non pour un patient.

L’équipe médicale de DPCI peut désormais prototyper les vaisseaux d’un patient, étudier le passage du cathéter, analyser le risque d’embolies et déterminer si un cathétérisme est recommandé.

« Nous utilisons des prototypes imprimés 3D de l’artère et du parapluie pour simuler la façon dont le cathéter sera inséré et savoir si les parois des vaisseaux seraient protégées pendant toute la procédure », a déclaré Senra. « La technologie d’impression 3D nous permet de distinguer les patients qui peuvent passer par la procédure de cathétérisation et ceux qui ne le sont pas. »