Les chercheurs impriment en 3D un modèle de valve aortique réaliste avec des capteurs intégrés – ImpressionEn3D.com

Afin d’aider les chirurgiens à se préparer à effectuer des procédures sur les patients (disons trois fois plus vite), il a été démontré que la formation avec des modèles médicaux imprimés en 3D aide à améliorer le résultat global de la chirurgie. Une équipe de chercheurs de l’Université du Minnesota (UMN) a publié un article dans le magazine Progrès scientifiques journal sur leur travail utilisant l’impression 3D multimatériaux pour créer des modèles extrêmement réalistes et spécifiques au patient de la valve aortique du cœur.

Le résumé déclare: «Les chirurgies mini-invasives présentent de nombreux avantages, mais des complications peuvent résulter de connaissances limitées sur le site anatomique ciblé pour l’administration de la thérapie. Le remplacement valvulaire aortique transcathéter (TAVR) est une procédure peu invasive pour traiter la sténose aortique. Ici, nous démontrons l’impression tridimensionnelle multimatériale de modèles de racine aortique souple spécifiques au patient avec des réseaux de capteurs électroniques intégrés en interne qui peuvent augmenter les tests pour la planification pré-procédurale TAVR.

L’équipe a réalisé les modèles d’organes, qui incluent également les structures entourant la valve aortique, avec un processus d’impression 3D personnalisé et des encres spécialisées. Combinés à des réseaux de capteurs souples intégrés, les modèles imprimés en 3D reproduisent l’aspect et la sensation d’une aorte humaine réelle.

«Notre objectif avec ces modèles imprimés en 3D est de réduire les risques médicaux et les complications en fournissant des outils spécifiques au patient pour aider les médecins à comprendre la structure anatomique exacte et les propriétés mécaniques du cœur du patient. Les médecins peuvent tester et essayer les implants valvulaires avant la procédure proprement dite. Les modèles peuvent également aider les patients à mieux comprendre leur propre anatomie et la procédure elle-même », a déclaré Michael McAlpine, l’un des chercheurs principaux de l’étude et professeur de génie mécanique à l’UMN qui connaît un peu les capteurs d’impression 3D et les modèles d’organes.

Medtronic a financé la recherche, avec l’aide du National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering des National Institutes of Health, de l’initiative Minnesota Discovery, Research and InnoVation Economy (MnDRIVE) et d’une bourse de doctorat interdisciplinaire de l’Université du Minnesota et d’une bourse de thèse de doctorat décernée à Ghazaleh Haghiashtiani, co-premier auteur et récent diplômé en génie mécanique de l’UMN qui travaille maintenant chez Seagate. Le reste de l’équipe était composé de:

  • Kaiyan Qiu, co-premier auteur et ancien chercheur postdoctoral en génie mécanique qui est maintenant professeur adjoint à la Washington State University;
  • Jorge D. Zhingre Sanchez, ancien doctorant en génie biomédical qui a travaillé dans les laboratoires Visible Heart de l’UMN et qui est maintenant ingénieur R&D senior chez Medtronic;
  • Zachary J. Fuenning, étudiant diplômé en génie mécanique;
  • Paul A. Iaizzo, professeur de chirurgie à la faculté de médecine de l’université et directeur fondateur des Visible Heart Laboratories;
  • Priya Nair, scientifique senior chez Medtronic;
  • Sarah E. Ahlberg, directrice de la recherche et de la technologie chez Medtronic

Ce modèle d’organe a été créé pour une procédure très spécifique: un remplacement de la valve aortique par transcathéter (TAVR). Utilisé pour traiter la sténose aortique, c’est-à-dire lorsque la valve aortique se rétrécit et réduit ou bloque le flux sanguin du cœur vers l’artère principale, le TAVR consiste à placer une nouvelle valve aortique à l’intérieur de celle existante d’un patient. Cette affection cardiovasculaire est l’une des plus courantes chez les personnes âgées, touchant environ 2,7 millions d’adultes de plus de 75 ans en Amérique du Nord, et le TAVR est un choix beaucoup moins invasif pour réparer la valve que de se tourner vers la chirurgie à cœur ouvert.

Les chercheurs ont utilisé des tomodensitogrammes pour imprimer en 3D la partie de l’aorte attachée au cœur, appelée racine aortique. Celui-ci est constitué des ouvertures pour les artères coronaires et la valve aortique, cette dernière comportant trois volets, ou feuillets, qui sont entourés d’un anneau fibreux. L’aorte ascendante et le muscle ventriculaire gauche ont également été inclus dans le modèle. En utilisant une encre qui rappelle la pâte de rebouchage utilisée pour fixer le plâtre et les cloisons sèches, les imprimantes 3D spécialisées de l’université ont pu créer un modèle qui reproduit les composants des tissus mous de l’organe et la calcification dure trouvée sur les volets de valve. De plus, des encres spéciales à base de silicone ont permis au modèle imprimé en 3D de correspondre à la sensation de douceur du tissu cardiaque réel.

Les capteurs intégrés, qui ont été imprimés en 3D dans le modèle de valve aortique, peuvent fournir aux chirurgiens un retour de pression électronique, ce qui les aide à guider et à optimiser la meilleure position anatomique du dispositif valvulaire réel chez le patient.

«Nous avons évalué l’efficacité des modèles en comparant leur fidélité géométrique aux données postopératoires des patients, ainsi que leurs performances hémodynamiques in vitro dans les cas avec et sans calcifications foliaires. En outre, nous avons démontré que les réseaux de capteurs internes peuvent faciliter l’optimisation des sélections de valvules bioprothétiques et des placements in vitro via la cartographie des pressions appliquées sur les régions critiques des anatomies aortiques », ont écrit les chercheurs dans leur article.

Bien que ce modèle de valve aortique soit plutôt génial, McAlpine est convaincu que ces modèles d’organes imprimés en 3D ne peuvent que continuer à s’améliorer.

«Alors que nos techniques d’impression 3D continuent de s’améliorer et que nous découvrons de nouvelles façons d’intégrer l’électronique pour imiter la fonction des organes, les modèles eux-mêmes peuvent être utilisés comme organes artificiels de remplacement. Un jour, peut-être que ces organes «bioniques» pourront être aussi bons ou meilleurs que leurs homologues biologiques », dit-il.

(Source: Université du Minnesota)

Scroll to Top