Étude mécanique des fenêtres dans le traitement endovasculaire des anévrismes de l’aorte thoraco-abdominale

Experimental mechanical study of the fenestrations in the endovascular treatment of thoraco-abdominal aneurysm

• Auteur / Autrice : Jérémie Jayet
• Direction : Frédéric Joseph Heim, Raphaël Coscas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur
• Date : Soutenance le 14/12/2021
• Etablissement(s) : Mulhouse
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique et mécanique textiles (Mulhouse) - Laboratoire de Physique et Mécanique Textiles - LPMT - UR4365 / LPMT

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chirurgie

Anévrisme de l'aorte abdominale

Dispositifs médicaux implantables

Prothèses internes

Thérapeutique non médicamenteuse

Thérapeutique

Anévrisme rompu

Mots clés libres

Mécanique

Textiles

Endovasculaire

Anévrismes de l’aorte

Laser

Mechanics

Textiles

Endovascular

Aortic aneurysms

Laser

Résumé

Le traitement des anévrismes de l’aorte thoraco-abdominale s’est beaucoup développé ces dix dernières années. Les endoprothèses fenêtrées (EF) représentent le traitement de référence de cette pathologie. Les EF sont fabriquées sur mesure par quelques firmes avec des critères anatomiques stricts, un délai de fabrication de 6 à 8 semaines et un coût très important. Les EF ne peuvent pas être proposées à tous les patients, elles ne sont également pas accessibles en urgence et l’assurance maladie a limité leur remboursement à 300 poses par an compte-tenu de leur coût. Des alternatives aux EF ont émergé ces dernières années et permettraient de repousser ces limites: celles-ci sont les techniques de fenestration in situ (FIS) et des endoprothèses fenêtrées modifiées par le chirurgien (EFMC) (home made ou surgeon modified endograft). Les endofuites sur artères cibles représentent 10% des cas et la cause principale de réintervention. Les EF du commerce ne présentent pas les mêmes design de fenêtres (Cook Zenith et Anaconda Vascutek). Ainsi, afin d’optimiser le design de ces fenêtres, il nous parait primordial de mieux comprendre le comportement mécanique de la connexion entre le stent couvert et la fenêtre. Nous avons conduit une étude expérimentale afin de mieux comprendre et analyser le comportement mécanique des fenêtres du commerce. La force radiaire de la fenêtre a tout d’abord été analysée à l’aide de tests d’arrachements d’une branche calibrée puis de différents stents couverts montés sur ballon disponibles sur le marché. Nous avons ensuite étudié le comportement de la connexion en fatigue jusqu’ à 7200 cycles. Plusieurs différences entre les fenêtres ont pu être mise en évidence sur différents points : (1) la force radiaire de la fenêtre, (2) la force d’arrachement nécessaire à extraire la branche calibrée ou le stent couvert de la fenêtre et (3) le comportement en fatigue.Les techniques de fabrication des EFMC manque de standardisation. Différentes manières de confectionnées ces fenêtres sont décrites dans la littérature. Ces variations portent sur l’endoprothèse utilisée pour créer la fenêtre, la matériel utilisé pour réaliser la découpe, le matériau et la suture utilisée pour assurer le renforcement de la fenêtre. Nous avons étudié également ces fenêtres sur le plan mécanique en faisant varier les designs de la fenêtre. Nous avons pu mettre en évidence que la force radiaire et de résistance à la rupture était augmenté lors du renforcement avec une double boucle de Lasso associé à une suture de polypropylène.Ces résultats pourraient ainsi aider à standardiser cette technique en pratique clinique.Finalement, un travail expérimental a été réalisé afin d’étudier le comportement mécanique des techniques de FIS en comparant les FIS réalisées au Laser et le FIS mécaniques réalisées à l’aide d’une aiguille. Plusieurs points ont été analysé : la morphologie de la fenêtre, la modification de résistance du textile, la fuite au niveau de la connexion et la stabilité de cette connexion. Nous avons démontré que la technique modifie la morphologie du textile en induisant une perte de résistance mécanique. Cependant l’étanchéité de la jonction pourrait être maintenue par le retour élastique du textile.En conclusion, les performances des fenêtres peuvent être modifiées en faisant varier les caractéristiques des fenêtres. En terme de performance mécanique, les EF du commerce demeurent le « gold standard ». Cependant, les techniques d’EFMC et de FIS représentent des alternatives aux EF du commerce et les analyses mécaniques de ces fenêtres permettraient de standardiser ces procédures.

Endovascular treatment with fenestrated endografts (FE) using reinforced nitinol ring fenestrations are the first-line endovascular option for juxta and pararenal abdominal aortic aneurysm. The standard use of FE is however limited by significant manufacturing delays, anatomic standards and procedure’s cost. Physician-modified stent-graft (PMSG) and in situ fenestration (ISF) have emerged to circumvent the restrictions raised by FE. Target vessel endoleaks rates up to 10% being the most common indication of reintervention following FE. Commercially available FE do not have the same design for fenestrations. In order to optimize the design of fenestrated devices, it is important to better understand the behavior of the connection between the covered stent graft (CSG) and the fenestrated graft itself. We have conducted a study to assess the mechanical performances of various commercially available FE. The radial strength of the fenestration as well as the branch pull out force were experimentally measured and compared between two designs of fenestration. Moreover, some fatigue tests were performed simulating the relative alternative flexure movement applied to the CSG in order to evaluate the behavior of the connection. The results point out differences between the devices at various levels: (1) the radial strength of the fenestration; (2) the pull out force necessary to extract a control branch from the fenestration; (3) the behavior under fatigue loading.PMSG creation technique lacks standardization. Indeed, several surgical teams have reported various technical details to create a PMSG as selected stent-graft, the reinforcement material used, if used, the cutting material used, the suture and the stabilization with bridging stent. We compared various fenestration configurations in order to identify, which design parameters have a significant influence on the mechanical behavior of the fenestration. We demonstrated a better radial force and rupture resistance notwithstanding an elastic recoil decrease when using a Lasso double loop reinforcement associated to a polypropylene suture. These results could help to standardize the PMSG fenestration creation technique.Finally, in an experimental work we have evaluated Laser ISF and compared it to Mechanical ISF regarding several features: (1) fenestration morphology, (2) fabric strength modification, (3) leakage through the connection, and (4) stability of the connection following in vitro or in vivo fenestration. We demonstrated that ISF locally modifies the fabric morphology, leading to strength loss and leakage at stent-fenestration interface. These modifications vary from one fabric structure to the other and depend on the fenestration technique. The performance of the fenestrations can be tuned by playing on the design of the fenestration. In term of mechanical performance, custom made fenestration remain the “gold standard”. However, both PMSG and ISF techniques provided interesting alternative. Both could be improved with the standardization of the fenestration creation protocol.