Analyse de l'écoulement physiologique dans un stent coronarien : application à la caractérisation des zones de resténose pariétale

par Nicolas Bénard

Thèse de doctorat en Mécanique des milieux fluides

Sous la direction de Jean-Paul Bonnet, Damien Coisne et de Robert Perrault.

Soutenue en 2005

à Poitiers , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'ingénieur et aéronautique (Poitiers ; 1992-2008) , en partenariat avec Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées (autre partenaire) .

mots clés

• Prothèses internes
• Hémodynamique
• Sang -- Viscosité
• Artères coronaires

Résumé

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. La pose de ces stents conduit cependant dans 5 à 20% des interventions à une lente réocclusion qui naît notamment 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 mesures laser, 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.

Titre traduit

Analysis of blood flow through a stented coronary artery : characterization of restenosis area

Résumé

The blood flow in partially obstructed coronary arteries is commonly restored and maintained by the use of a small metal spring called endoprosthesis. However the use of these stents leads to a slow reocclusion (in 5 to 20% of the clinical interventions) partly due to the wall cells response to the hemodynamical stress. Our study consists in part to numerically (Star-CD) and experimentally (using Particle image velocimetry, PIV and PSV) explore the intra stent flow topology, but also to quantify the wall shear stress levels within the stent design, for newtonian and non-newtonian flows. Our two-dimensional parametric studies clearly demonstrate the supremacy of stent wire height on the risks of restenosis. The steady and unsteady three-dimensional results allow an estimation of locations in which mitogenic activities are potentially abnormal (via endothelial cell response to shear flow). Moreover, our results show the importance of the non-newtonian character at the arterial wall level as well as the possibility of using a quasi steady flow for the modeling of the coronary blood flow which essentially is pulsated.