Vous êtes ici

Impression 3D de valves cardiaques pour planifier des chirurgies

Impression 3D de valves cardiaques pour planifier des chirurgies


L’impression en 3D des valves cardiaques aide les cardiologues à planifier les chirurgies de remplacement valvulaire spécifiques au patient

Article de Zhen Qian, professeur à l'Université du New-Brunswick. Traduit de l'anglais pour CADvision.

Dans le numéro de Juillet de JACC Cardiovascular Imaging, notre équipe qui est née d’une collaboration entre Piedmont Heart Institute et Georgia Institute of Technology a publié un article intitulé « Prédiction quantitative de la fuite paravalvulaire lors du remplacement valvulaire aortique par voie transcathéter basée sur l’impression 3D imitant le tissu ». Dans cette étude, nous avons démontré la possibilité d’utiliser les technologies d’impression 3D dans la création de modèles de valves cardiaques spécifiques au patient, qui imitent les qualités physiologiques des valvules réelles pour la planification pré-chirurgicale du remplacement valvulaire aortique par voie transcathéter (TAVI). Notre objectif a été d’améliorer le taux de réussite des remplacements de valves aortiques transcathéter en choisissant la bonne prothèse et en évitant une complication courante connue sous le nom de fuite paravalvulaire (PVL).

Chaque année, des dizaines de milliers de patients sont diagnostiqués avec une maladie des valves cardiaques. Le TAVI est souvent envisagé chez les patients à haut risque de complications lors d’une chirurgie à cœur ouvert visant à remplacer la valve. Une fuite se produit lorsque la nouvelle valve n’est pas ajustée de manière précise et que le sang coule vers l’arrière, autour de la prothèse.

La PVL est un indicateur extrêmement important sur la façon dont le patient se comportera à court et à long terme avec sa nouvelle valve. Notre équipe de recherche a développé une plateforme innovante de planification pré-procédurale in vitro permettant de prédire quantitativement l’occurrence, la sévérité et la localisation de la PVL après l’opération.

En utilisant la technologie d’impression 3D PolyJet (Stratasys, Eden Prairie, MN), nous avons produit des modèles 3D spécifiques au patient, incorporant une grande variété de matériaux avec un taux de dureté et un niveau de souplesse variables. Ceci afin de reproduire des modèles anatomiques visuellement précis qui imitent la sensation tactile du tissu aortique. L’équipe a utilisé la capacité d’impression simultanée multi-matériaux de la technologie pour intégrer des structures méta-matériaux au cours du processus d’impression. Avec notre logiciel exclusif, nous avons inséré des fibres ondulées directionnelles dans les modèles 3D afin d’imiter les fibres élastiques trouvées dans la matrice extracellulaire des artères humaines. La création de ces modèles par la conception métamatériaux et l’impression multi-matériaux tient compte du comportement mécanique des valves cardiaques, en vue de reproduire le comportement de raidissement naturel des tissus mous, résultant de l’interaction entre l’élastine et la collagène, deux protéines présentes dans les valvules cardiaques.

La prochaine étape consistait à tester comment les valves prothétiques interagissent avec les modèles imprimés 3D afin de savoir si nous pourrions prévoir les fuites. Nous avons placé des capteurs dans dix-huit modèles. Les capteurs nous ont permis de prédire quantitativement l’occurrence, la gravité et la localisation de la moindre fuite post-TAVI.

Les résultats de cette étude sont assez encourageants. Nous avons été en mesure d’identifier une méthode pré-chirurgicale qui nous permet de prédire et d’atténuer potentiellement le risque de PVL post-TAVI. Cela nous permettra un jour d’optimiser la technique procédurale en utilisant la simulation chirurgicale du modèle 3D, et plus tard, d’améliorer les résultats pour les patients.

Même si cette procédure de remplacement valvulaire est relativement mature, il se peut que la sélection d’une prothèse de taille différente ou d’un autre fabricant améliorerait encore le résultat. L’impression 3D sera très utile pour déterminer lequel. Chez certains patients à haut risque, notre technique permet d’affiner l’approche actuelle pour la sélection du type/taille de la valve transcathéter, ou de la technique de déploiement de la valve appropriée, comme la sélection de la profondeur et de la dilatation postérieure de la valve, et éventuellement réduire le taux de PVL post-TAVI.

Finalement, quand un patient a un tomodensitogramme, nous pourrions créer un modèle, essayer différents types de valves dans le modèle 3D, et identifier lequel pourrait fonctionner le mieux. Nous pourrions même prédire si un patient aurait probablement une PVL modérée et utiliserions un ballon de dilatation pour le résoudre.

L’absence de matériaux d’impression haute fidélité qui imitent les propriétés matérielles des différents tissus biologiques mous reste un goulot d’étranglement pour l’application plus large de l’impression médicale 3D. De plus, la longue procédure de segmentation et de modélisation de l’image, les coûts d’impression élevés et la durée d’impression et de post-traitement du modèle entravent l’utilisation généralisée de l’impression 3D cardiovasculaire. Des progrès substantiels sur le logiciel et le matériel d’impression 3D étant attendus dans les années à venir, ces obstacles techniques devront être éliminés ultérieurement. L’impression cardiovasculaire 3D deviendrait potentiellement un outil clinique d’usage quotidien qui améliorerait les soins donnés aux patients en cardiologie interventionnelle.

Dans un futur proche, alors que la médecine cardiovasculaire se tourne de plus en plus vers un traitement personnalisé, je crois que l’impression 3D jouera un rôle plus important dans la planification des chirurgies cardiaques spécifiques au patient. Elle aidera les médecins à mieux choisir le bon dispositif percutané, à évaluer le risque opératoire, à optimiser la technique de déploiement et à pratiquer dans des cas rares et difficiles in vitro.

Popup

Webinaire

Découvrez l'association MakerBot Method + SolidWorks.

Le Vendredi 28 Juin à 11h
Animé par Eric Montero et Olivier Pichot

S'inscrire au webinaire