FR3074354A1 - Procede de fabrication d'un fantome de l'anevrisme intracranien - Google Patents

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FR3074354A1
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Quan Yuan
Francois Langevin
Bruno Ramond
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Technologie de Compiegne
Universite de Technologie de Compiegne UTC
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Technologie de Compiegne
Universite de Technologie de Compiegne UTC
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Abstract

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un fantôme de l'anévrisme intracrânien en un matériau à propriétés élastiques élevées. La présente invention concerne également, un fantôme de l'anévrisme intracrânien susceptible d'être obtenu par un procédé selon l'invention, ainsi que l'utilisation du fantôme selon l'invention, pour réaliser des études hémodynamiques pré- et post-embolisation d'anévrismes intracrâniens.

Description

PROCÉDÉ DE FABRICATION D'UN FANTÔME DE L'ANÉVRISME INTRACRÂNIEN
La présente invention concerne de manière générale la fabrication d'un fantôme de l'anévrisme intracrânien.
L'anévrisme intracrânien est une maladie cérébrovasculaire qui peut être fatale. Le terme maladies cérébrovasculaires fait référence à un ensemble d'atteintes cérébrales cliniquement caractérisées par l'apparition d'un déficit neurologique brutal, consécutif à un problème vasculaire tel l'obturation (ou la rupture) d'une artère (ou d'une veine), à l'origine d'un dysfonctionnement temporaire ou définitif d'une des régions du cerveau, appelé communément AVC (accident vasculaire cérébral).
Les maladies cérébrovasculaires sont considérées comme les maladies les plus meurtrières. En 2013, les statistiques suggèrent que son taux de mortalité est de 227,8 pour 100 000 habitants de plus de 65 ans en France (Source: Eurostat) , et au cinquième rang des causes de décès aux États-Unis, avec plus de 120000 décès111.
L'anévrisme intracrânien est souvent une malformation fatale: à titre d'exemple, l'hémorragie sous-arachnoïdienne (SAH) provoquée par sa rupture, a une mortalité moyenne de 50%U] .
Par conséquent, les études hémodynamiques de l'anévrisme intracrânien sont particulièrement utiles pour estimer le risque et les causes possibles d'une rupture. A ce jour, il existe déjà de nombreuses recherches et enquêtes sur les facteurs de rupture d'un anévrisme intracrânien141'151'!6! .Des chercheurs ont analysé, chez des patients, où se situaient les anévrismes et quelles étaient leur taille. Ils ont utilisé des méthodes statistiques pour évaluer le risque d'une rupture. Parmi ces études, une approche consiste à réaliser des simulations numériques de l'évolution des propriétés physiques. En particulier, la mécanique des fluides numérique (MFN) (généralement désignée en anglais par l'acronyme CFD pour « computational fluid dynamics »), la méthode de dynamique des fluides calculée (CFD) a été largement utilisée pour analyser des paramètres tels que la vitesse et la contrainte de cisaillement (désignées par l'acronyme « WSS » pour l'expression en anglais « wall shear stress »)[6]'[7]. Dans ces études, le champ de vitesse et la distribution de la contrainte de cisaillement WSS ont été calculés et obtenus à l'aide d'un logiciel de simulation tel que SCRYU / Tetra.
D'autres études sur l'anévrisme ont été réalisées consistant en des tests et simulations de fantômes vasculaires in vitro. Avec ce type de fantômes, il est possible de réaliser différentes études médicales telles que des études hémodynamiques d'anévrismes intracrâniens.
Mais en fait, jusqu'à présent, la plupart des fantômes vasculaires réalisés sont soit simplifiés[8] '[9] ' [ioj car fabriqués avec une géométrie constituée de cylindres ou de sphères, soit rigides [11b [i2j car fabriqués en matériaux inélastiques, qui ne peuvent pas effectuer les performances mécaniques d'un vaisseau réel. A l'heure actuelle, on ne connaît pas dans la littérature scientifique de fantôme artificiel d'anévrisme intracrânien présentant de réelles propriétés élastiques.
Afin de résoudre ce problème tout en palliant les inconvénients précités, le demandeur a mis au point un procédé de fabrication d'un fantôme de l'anévrisme intracrânien en un matériau à propriétés élastiques élevées, comprenant les étapes suivantes :
A. réalisation d'un modèle tridimensionnel de la lumière d'un vaisseau sanguin dans lequel est localisé un anévrisme ;
B. Conception et Fabrication Assistée par Ordinateur (FAO) d'un moule interne reproduisant la lumière du vaisseau sanguin, comprenant les étapes suivantes :
ο Bl) à partir dudit modèle tridimensionnel de la lumière de vaisseau sanguin, programmation du pilotage d'une machine-outil à commande numérique en vue de la fabrication d'un moule interne (4) de la lumière du vaisseau comprenant deux demiempreintes internes ;
ο B2) Pour chacune des demi-empreintes internes, assemblage de manière solidaire d'une pluralité de lamelles brutes en polymère thermoplastique dont l'épaisseur manière à former est comprise entre 3 et 5 mm, de un bloc assemblé destiné à être usiné ;
des deux blocs assemblés, fabrication par usinage à
1'aide de ladite machine-outil programmée, des deux demiempreintes internes, de manière qu'elles soient chacune constituées de lamelles usinées ;
C. Assemblage des deux demi-empreintes internes (pour former ledit moule interne;
D. chauffage à une température comprise entre 70°C et
110°C, de préférence à 85°C, d'un matériau fusible à basse température, dont la température de fusion est inférieure à ladite température de chauffage et qui est solide à température ambiante ; puis versement dudit matériau une fois liquéfié dans ledit moule interne;
E.
Après solidification dudit matériau fusible, enlèvement de chacune des lamelles des demiempreintes du moule interne pour obtenir un noyau solide ;
F.
Conception et
Fabrication
Assistée par Ordinateur extérieure moule externe dudit vaisseau reproduisant la surface sanguin, comprenant les étapes suivantes du programme de pilotage du moule interne et de la définition de l'épaisseur de la paroi dudit vaisseau sanguin, programmation du pilotage de la machine-outil à commande numérique en vue de la fabrication d'un moule de la surface extérieure du vaisseau sanguin comprenant deux demi-empreintes externes ;
externes, destinés à chacune des deux fourniture de deux être usinés ;
machine-outil demi-empreintes blocs massifs par usinage à l'aide de programmée, des deux ladite demiempreintes externes à partir desdits blocs massifs ;
G.
Fixation dudit noyau solide à l'intérieur des demiempreintes externes (de manière à maintenir un correspondant à l'épaisseur de la paroi écart dudit vaisseau sanguin telle que définie initialement;
H.
Versement à l'intérieur dudit intervalle d'une composition de résine silicone et solidification de ladite composition de résine silicone pour obtenir, après extraction du moule externe, ledit fantôme de l'anévrisme intracrânien contenant ledit noyau solide ;
1. Chauffage à une température comprise entre 80°C et
110°C pour permettre la fusion dudit noyau sans
dégrader ledit fantôme r puis éliminati on du noyau
à l'état liquide.
Le matériau constitutif du fantôme de 1'anévrisme
intracrânien est : un matériau à propriétés élastiques
élevées .
Par matériau à propriétés élastiques élevées utilisable dans le cadre de la présente invention, on entend au sens de la présente invention un matériau qui, à l'état solide, est élastique et présente un module d'Young compris entre 0,2 et 1 MPa.
La première étape du procédé selon l'invention comprend la réalisation (étape A) d'un modèle tridimensionnel de la lumière d’ un vaisseau sanguin dans lequel est localisé un anévrisme.
Par lumière d'un organe creux de type vaisseau sanguin, on entend, au sens de la présente invention, l'espace intérieur dudit organe.
De manière avantageuse, l'étape A) de réalisation du modèle tridimensionnel de la lumière d'un vaisseau sanguin peut comprendre les étapes suivantes :
o Al) Acquisition d'images IRM de l'anévrisme intracrânien d'un patient donné;
ο A2) Traitement et segmentation des images choisies ; o A3) A partir desdites images segmentées, reconstruction à l'aide d'un logiciel de Conception Assistée par Ordinateur (usuellement désigné par l'acronyme CAO), d'un modèle tridimensionnel de la lumière dudit vaisseau sanguin ;
o A4) Définition de l'épaisseur de la paroi du vaisseau.
Dans le procédé selon l'invention, l'étape A) de réalisation du modèle tridimensionnel (ou modèle 3D) de la lumière d'un vaisseau sanguin est suivie de l'étape B) de conception et Fabrication Assistée par Ordinateur (usuellement désignée par l'acronyme FAO) d'un moule interne reproduisant la lumière du vaisseau sanguin.
Certains outils de FAO sont capables de lire directement les fichiers de grands fournisseurs de CAO, ou bien la CAO et la FAO sont complètement intégrées et ne nécessitent pas de transfert. Dans ce cas, on parle de CFAO. Mais ce n'est pas toujours le cas : souvent, le modèle 3D doit être préalablement « exporté », c'est-à-dire sauvegardé depuis la CAO dans un fichier intermédiaire en un format neutre (par exemple un fichier STL) compatible avec un logiciel de Fabrication Assistée par Ordinateur (ou « formatage en un format neutre »). Cette étape de formatage est typiquement réalisée (lorsque cela est nécessaire) entre les étapes A et B du procédé selon l'invention.
L'étape B) de conception et Fabrication Assistée par Ordinateur (usuellement désignée par l'acronyme FAO) d'un moule interne reproduisant la lumière du vaisseau sanguin comprend les sous-étapes suivantes :
ο Bl) à partir dudit modèle tridimensionnel de la lumière de vaisseau sanguin, programmation du pilotage d'une machine-outil à commande numérique en vue de la fabrication d'un moule interne (4) de la lumière du vaisseau comprenant deux demiempreintes internes ;
ο B2) Pour chacune des demi-empreintes internes, assemblage de manière solidaire d'une pluralité de lamelles brutes en polymère thermoplastique dont l'épaisseur est comprise entre 3 et 5 mm, de manière à former un bloc assemblé destiné à être usiné ;
des deux blocs assemblés, fabrication par usinage à
1' aide de ladite machine-outil programmée, des deux demiempreintes internes (41), de manière qu'elles soient chacune constituées de lamelles usinées ;
Dans le cas où le modèle 3D doit être préalablement sauvegardé depuis la CAO dans un fichier intermédiaire sous un format neutre compatible avec un logiciel de FAO, l'étape
B1 sera avantageusement précédée d'une sous-étape BO) d'importation dudit format neutre sur un logiciel de FAO.
Dans la sous-étape
B2), l'assemblage de manière solidaire des lamelles peut avantageusement être réalisé par filetage.
A titre d'exemple de lamelles utilisables dans le cadre de la présente invention, on pourra avantageusement utiliser des lamelles dont la forme avant usinage est une forme géométrique simple, par exemple rectangulaire.
Le matériau constitutif de ces lamelles est un matériau thermoplastique, de préférence un polymère acrylique, et mieux le polyméthacrylate de méthyle (PMMA).
L'étape B2) est suivie de l'étape B3) d'usinage à l'aide de ladite machine-outil programmée, des deux demi-empreintes internes. Cet usinage peut avantageusement être réalisé par fraisage numérique.
A l'issue de cette étape B3) d'usinage, les demiempreintes internes sont assemblées pour former le moule interne (étape C).
Par ailleurs, le procédé selon l'invention comprend en outre une étape D) de chauffage à une température comprise entre 70°C et 110°C, de préférence à 85°C, d'un matériau fusible à basse température, suivi du versement du matériau une fois liquéfié dans le moule interne. Au-dessous de 70°C, il n'y a pas de fusion complète du matériau, tandis qu'audessus de 110°C, il y a un risque d'endommagement du matériau constitutif des demi-empreintes (fusion du polymère vers 130°C).
Par matériau fusible à basse température, on entend, au sens de la présente invention, un matériau dont la température de fusion est inférieure à la température de chauffage et qui est solide à température ambiante.
De préférence, on pourra utiliser à titre de matériau fusible pour réaliser le noyau, de la paraffine ou un alliage métallique choisi parmi les alliages non ferreux à base de bismuth et à point de fusion égal ou inférieur à 90°C.
A titre d'alliage métallique utilisable dans le cadre de la présente invention pour réaliser le noyau, on peut notamment citer l'alliage non ferreux à base de bismuth CERRO® fabriqué par la société Metaconcept.
Le noyau se solidifie par refroidissement. Celui-ci peut se faire typiquement de manière naturelle à température ambiante (c'est-à-dire à une température comprise entre 20 et 22°C), sans aucun système d'assistance de refroidissement (eau, air ...) .
Après solidification dudit matériau fusible, on procède à l'enlèvement de chacune des lamelles des demi-empreintes du moule interne pour obtenir un noyau solide (étape E).
Outre, la réalisation du moule interne et du noyau solide, la fabrication du fantôme selon l'invention dans le procédé selon l'invention comprend en outre la conception et Fabrication Assistée par Ordinateur (FAO) d'un moule externe reproduisant la surface extérieure du vaisseau sanguin (étape F), comprenant les sous-étapes suivantes o Fl) A partir du programme de pilotage du moule interne et de la définition de l'épaisseur de la paroi dudit vaisseau sanguin, programmation du pilotage de la machine-outil à commande numérique en vue de la fabrication d'un moule de la surface extérieure du vaisseau sanguin comprenant deux demi-empreintes externes ;
o F2 ) Pour chacune des deux demi-empreintes externes, fourniture de deux blocs massifs destinés à être usinés, ces blocs massifs pouvant être en n' importe quel type de matériau solide non poreux et stable à température ambiante, mais avantageusement un matériau polymère transparent, et de préférence un polymère acrylique tel que le polyméthacrylate de méthyle (PMMA) ;
o F3) fabrication par usinage (de préférence par fraisage numérique) à l'aide de ladite machineoutil programmée, des deux demi-empreintes externes à partir des blocs massifs ;
L'usinage F3) des blocs massifs en deux demi-empreintes externes est suivi d'une étape G) de fixation du noyau solide (obtenu à l'issue de l'étape E) à l'intérieur des demiempreintes externes (à l'aide de pattes rigides), de manière à maintenir un écart correspondant à l'épaisseur de la paroi dudit vaisseau sanguin telle que définie initialement.
Puis on procède (étape H) au versement à l'intérieur de cet intervalle d'une composition de résine silicone, qui conduit, après solidification et après extraction du moule externe, à un fantôme de l'anévrisme intracrânien contenant ledit noyau solide.
De manière avantageuse, la composition de résine silicone peut contenir au moins une résine élastomère silicone.
A titre d'exemple de résine élastomère silicone utilisable dans le cadre de la présente invention, on peut notamment citer la résine silicone RHODORSIL® RTV 3040 A/B commercialisée par la société BLUESTAR SILICONES.
De préférence, la composition de résine silicone peut contenir entre 20% et 40% en poids d'au moins une huile silicone par rapport au poids total du fantôme.
Le procédé selon l'invention se termine par l'étape I, consistant en un chauffage du noyau à une température comprise entre 80°C et 110°C pour permettre la fusion dudit noyau sans dégrader ledit fantôme ; puis élimination du noyau à l'état liquide.
La présente invention a également pour objet un fantôme de l'anévrisme intracrânien susceptible d'être obtenu par un procédé selon l'invention.
De manière avantageuse, le fantôme de l'anévrisme intracrânien selon l'invention peut présenter un module d'YOUNG compris entre 0,28 et 0,75 MPa.
La présente invention a également pour objet l'utilisation du fantôme selon l'invention, pour réaliser des études hémodynamiques pré- et post-embolisation d'anévrismes intracrâniens.
Par études hémodynamiques, on entend, au sens de la présente invention, les études des flux sanguins et de leurs profils de vitesse et de trajectoire.
En effet, le fantôme selon l'invention permetd'imiter l'anévrisme intracrânien d'un patient pour préparer une intervention. Il peut aider efficacement les neuroradiologues en prévoyant et en répétant les séquences de gestes interventionnels avant une opération, ou tout simplement à des fins d'apprentissage.
La présente invention a également pour objet l'utilisation du fantôme selon l'invention, pour réaliser des simulations de procédures interventionnelles sur des d'anévrismes intracrâniens.
D'autres avantages et particularités de la présente invention résulteront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux figures annexées :
les figuresla et lb montrent respectivement des images IRM de la lumière d'un vaisseau sanguin avant (figure la) et après (figure lb) rééchantillonnage par un algorithme d'interpolation linéaire ;
les figures 2a et 2b montrent des images d'un modèle tridimensionnel (3) de la lumière d'un vaisseau sanguin, reconstruites à partir de l'image de la figure lb segmentée à l'aide d'un logiciel de Conception Assistée par Ordinateur, respectivement avec et sans supports ;
la figure 3a est une photographie montrant un bloc assemblé de lamelles avant usinage, qui est destiné à former une demi-empreinte du moule externe ;
la figure 3b est une photographie montrant l'une des demi-empreintes internes du moule interne ;
la figure 4a est une photographie montrant les deux demi-empreintes externes du moule externe (4) ;
la figure 4b est une photographie montrant les deux demi-empreintes externes de la figure 4a assemblées pour former le moule externe (4) ;
la figure 5a est une photographie montrant la fixation du noyau 5 solide à l'intérieur des demiempreintes externes 61 ;
les figures 5b et 5c sont des photographies montrant respectivement un noyau solide en cire et un noyau solide en alliage métallique, obtenus par moulage à l'intérieur du moule interne de la figure 3 ;
la figure 5d montre un injecteur servant à chauffer la composition à base de résine silicone ;
la figure 6 est une photographie montrant un fantôme selon l'invention ;
la figure 7 montre les courbes contraintedéformation de fantômes selon l'invention en silicone pour différents pourcentages de résine silicone, la figure 8 est une représentation schématique de la plateforme de test,
Les figures 9 et 10 montrent une angiographie RX et une image TOF du fantôme.
Les figures 1 à 10 sont décrites plus en détail au niveau des exemples qui suivent, qui illustrent l'invention sans en limiter la portée.
EXEMPLES
DISPOSITIFS ET INSTRUMENTATION
Scanner pour l'acquisition d'images : scanner RM 3.0T (Ingénia, Philips Healthcare, Pays-Bas) ;
Logiciel pour la conception du modèle numérique : ScanIP7.0 (Simpleware Ltd. Exeter, Royaume-Uni) ;
logiciel de Conception Assistée par Ordinateur : CATIA V5-6R2013 (créé au départ par la société Dassault Aviation) ;
fraiseuse numérique (monoFab SRM20, Roland, USA) ; nettoyeur à ultrasons 88170, de Bioblock Scientific, France ;
instrument de test de traction ElectroForce3200 (Bose, Framingham, États-Unis) ;
dispositif de radiologie interventionnelle (Innova 2100, GE Healthcare, Waukesha, WI, USA) ;
scanner MR 1.5T (Optima MR450w, GE Healthcare, Waukesha, WI, USA).
MATERIAUX anévrisme d'un patient, situé à la bifurcation de l'artère cérébrale antérieure (ACA) et de l'artère carotide interne (ICA) ;
plaques de PMMA de 3 mm d'épaisseur, plaques de PMMA de 5 mm d'épaisseur, blocs de PMMA, paraffine, alliage non ferreux à base de bismuth CERRO® fabriqué par la société Metaconcept, résine silicone RHODORSIL® RTV 3040 A/B commercialisée par la société BLUESTAR SILICONES, dont les caractéristiques techniques sont indiquées sur le lien internet http://www.espritcomposite.com/RTV-3040, huiles de silicone, dont les caractéristiques techniques sont indiquées sur le lien internet http://www.espritcomposite.com/Huile-silicone.
EXEMPLE 1 : réalisation d'un modèle tridimensionnel de la lumière d'un vaisseau sanguin dans lequel est localisé un anévrisme
La conception du fantôme selon l'invention est basée sur des images IRM anonymes d'un patient avec un anévrisme situé à la bifurcation de l'artère cérébrale antérieure (ACA) et de l'artère carotide interne (ICA). L'acquisition d'images est réalisée par scanner. Afin d'obtenir une géométrie précise du vaisseau et de l'anévrisme, une séquence 3D TOF (Time-Of-Flight) est appliquée. Les paramètres de la séquence sont: TR / TE / a: 23 / 3,5 / 18, FOV: 20 χ 20 cm, matrice: 512 χ 512, épaisseur: 1,4 mm.
Les images choisies dans cet exemple montrent le siphon de l'artère carotide interne jusqu'au polygone de Willis.
Les images sont ensuite traitées et segmentées de la manière suivante :
tout d'abord, les images originales sont traitées par rééchantillonnage par un algorithme cet algorithme, l'intensité d'un pixel proche est estimée par la relation (1) ci-dessous :
Q21 étant les 4 points de données autour du pixel interpolé.
Le but du rééchantillonnage est d'augmenter la matrice spatiale des images et d' optimiser les résultats de la segmentation.
À la suite du rééchantillonnage, la matrice de l'image est passée de 1024 χ 1024 au lieu de 512 χ
La figure lb montre que la frontière entre la lumière du vaisseau sanguin et le tissu environnant est lissée.
Les images sont ensuite segmentées avec un algorithme de croissance de région. Les avantages de cet algorithme dans cette étude sont les suivants :
o a. l'objet à segmenter est un vaisseau sanguin, qui présente un bon contraste avec les tissus environnants ;
o b. Le point de départ (en anglais généralement désigné par « seed point ») peut être déterminé facilement. Les paramètres choisis dans la segmentation sont:
multiplicateur: 7,5;
rayon initial des pixels: 3 ;
itération: 3.
Pour segmenter le vaisseau, un point situé dans la zone médiane de la lumière a été choisi comme point de départ.
A partir des images segmentées de vaisseau sanguin, on reconstruit à l'aide d'un logiciel de Conception Assistée par Ordinateur, un modèle tridimensionnel de la lumière du vaisseau sanguin de la manière suivante :
à l'aide du logiciel de conception du modèle numérique ScanIP7.0, un modèle tridimensionnel 3est reconstruit sur la base des images segmentées ;
Ce modèle 3D3 est ensuite traité avec un filtre moyen (rayon de voisinage: 2) pour obtenir un modèle lissé reconstruit, tel qu'illustré sur la figure 2a.
EXEMPLE 2 : Conception et réalisation d'un fantôme de
1'anévrisme
Comme le modèle tridimensionnel 3 établi à l'exemple 1 est dérivé des images de séquence 3D TOF, la lumière des vaisseaux sanguins est clairement identifiée. Mais comme leur paroi n'est pas visible sur ces images, nous avons donc défini une épaisseur de paroi selon les données de la littérature. En fait, beaucoup de recherches sur l'épaisseur des artères carotides ont été ef f ectuées[14] '[15] '[16] . Sur la base des différentes données à notre disposition, nous avons choisi 0,7 mm comme épaisseur de paroi du fantôme d'anévrisme.
Le modèle tridimensionnel 3 obtenu à l'exemple 1 est, dans le cadre du présent exemple exporté dans un fichier STL, qui est compatible avec le logiciel de Fabrication Assistée par Ordinateur utilisé, à savoir dans le présent exemple le logiciel CATIA V5-6R2013.
La figure 2b montre comment positionner avec précision le modèle tridimensionnel 3 de la lumière du vaisseau, en ajoutant, trois supports 31 à trois extrémités au modèle 3D reconstruit par le logiciel CATIA V5-6R2013 (Dassault Systèmes S.A., France).
La première étape de conception du fantôme selon l'invention est la Conception et la Fabrication Assistée par Ordinateur (FAO) d'un moule interne (cf. figure 3) reproduisant la lumière du vaisseau sanguin. Cette étape comprend les étapes suivantes :
Importation du fichier neutre sur le logiciel CATIA V5-6R2013 ;
Etant donné que la lumière d'un vaisseau sanguin est extrêmement petite, fragile et qu'en outre, la forme d'une artère carotide et interne est complexe, un moule «multicouches» de la lumière du vaisseau a été conçu de la manière suivante (cf. Figure 3) conduisant à la formation d'un noyau solide, pouvant être retiré de ce moule sans le casser o Le moule contient deux moitiés (ou demi-demiempreintes) découpées par une surface courbe le long de la ligne médiane du récipient, o chaque moitié est constituée d'environ20 plaques parallèles en ΡΜΜΆ, qui sont fixées par deux vis longues 6. Ces plaques comprennent, par exemple et de manière non limitative, 11 plaques 410 d'épaisseur de 5 mm et 9 plaques d'une épaisseur de 3 mm, les plaques 411 de 3 mm étant placées de manière à correspondre notamment à l'anévrisme et les branches où la lumière est plus mince, tandis que des plaques 410 de 5 mm sont placées au niveau du siphon carotidien.
o Pour chacune des demi-empreintes internes 41, on assemble par filetage les lamelles 410, 411 brutes en ΡΜΜΆ, pour former des blocs assemblés 40 (cf. figures 3a et 3b).
o Puis, on programme le pilotage de la fraiseuse numérique en vue de la fabrication du moule interne à deux demi-empreintes internes (cf. figure 3c) ;
o Les blocs assemblés 40 sont usinés à l'aide de la fraiseuse numérique avec une précision de 1 pm sur le plan X-Y etlO pm le long de l'axe Z.
o On réunit les deux demi-empreintes internes 41 pour former le moule interne 4 ;
o Puis, on chauffe un matériau fusible tel que la paraffine (température de fusion de 95°C) ou l'alliage métallique non ferreux (point de fusion de l'ordre de 87°C) dans le moule jusqu'à fusion complète. On verse le matériau une fois fondu dans le moule interne tant qu' il est à l'état liquide, pour former un noyau 5 qui se solidifie à l'intérieur du moule interne. Le moule est ensuite enlevé lamelle par lamelle une fois le noyau devenu solide. On obtient un noyau solide dont la forme extérieure correspond à celle de la lumière du vaisseau (cf. figure 5b pour un noyau en paraffine et figure 5c pour un noyau en alliage métallique à bas point de fusion).
La deuxième étape de conception du fantôme selon l'invention est la Conception et la Fabrication Assistée par Ordinateur (FAO) d'un moule externe (cf. figure 4) reproduisant la surface extérieure du vaisseau sanguin. Cette étape comprend les étapes suivantes :
o A partir du programme de conception du moule interne et de la définition de l'épaisseur de la paroi du vaisseau sanguin, on programme le pilotage de la machine-outil à commande numérique en vue de la fabrication d'un moule 6 (moule complet externe visible sur la figure4b) de la surface extérieure du vaisseau sanguin comprenant deux demi-empreintes externes 61, 62 (visibles sur la figure 4);
o Pour réaliser chacune des deux demi-empreintes externes 61, on part de deux blocs massifs que l'on usine à l'aide de la fraiseuse numérique programmée ;
o On fixe le noyau 5 solide à l'intérieur des demi-empreintes externes 61 de manière à maintenir un écart correspondant à l'épaisseur de la paroi du vaisseau sanguin telle que définie initialement (cf. figure 5a);
o On verse à l'intérieur de cet écart, une composition à base de résine silicone (RTV3040) et le cas échéant d'huile de silicone. Cette composition est préalablement chauffée dans un injecteur (cf. figure 5d) . On obtient après solidification pendant 24 heures, le fantôme de l'anévrisme intracrânien contenant le noyau solide 5;
o Ce dernier est ensuite chauffé et le noyau 5 est éliminé lorsqu'il devient liquide. Dans le but d'éliminer la paraffine ou l'alliage adhérant à la surface interne du fantôme, on utilise utilisé un nettoyeur à ultrasons (88170, Bioblock Scientific, France). Le fantôme fini est représenté sur la figure 6.
EXEMPLE 3 : Tests mécaniques
L'élasticité de la paroi du fantôme 6 obtenu à l'exemple 2 est évaluée par la mesure de son module d'Young. Le module d'Young E d'un matériau peut être calculé par la relation (2) ci-dessous :
/; _1_1 ,2.
avec σ définissant une contrainte de traction, et ε définissant une contrainte d'extension.
On a réalisé des fantômes 1 selon l'invention par le procédé décrit aux exemples 1 et 2 en utilisant différentes compositions de résine silicone comprenant la résine silicone et de l'huile de silicone à différentes teneurs (variant de 0% à 40%).
On réalise, pour chaque composition, une série de 4 échantillons de fantômes dont on évalue le module d'Young.
Chaque échantillon est ensuite soumis à un test de traction effectué sur l'instrument de test de traction, à l'issue duquel on obtient une courbe contrainte-déformation ( figure 7), c'est-à-dire en fonction de la teneur en huile de silicone dans le matériau constitutif du fantôme : la figure 7 montre 5 courbes contrainte-déformation différentes pour des teneurs en huile de silicone de 0%, 10%, 30% et 40% (pourcentage massique en fonction du poids dotal de la composition).
Considérant que la déformation du fantôme est faible lors de ses applications, le module d'Young de chaque échantillon est calculé pour les faibles déformations.
La pente (en ligne pointillée) de chaque courbe obtenue (ligne pleine) donne le module d'Young pour chaque série d'échantillons, c'est-à-dire pour chaque composition testée.
Les différentes valeurs de module d'Young mesurées de la courbe 7 (essai de traction) sont reportées dans le tableau 1 ci-dessous pour chaque composition testée.
Tableau 1
Teneur en huile de silicone dans la composition de résine de silicone utilisée pour réaliser le fantôme 0% 10% 20% 30% 40%
Module d'Young (MPa) 1.485 ±0.045 1.137 ±0.012 0.734 ±0.03 1 0.500 ±0.02 0 0.284 ±0.05 3
L'écart-type est calculé par la formule suivante :
ΙΣ(*~Ρ (*-ΐ)
OÙ x est la valeur du module d'Young mesuré pour un essai, x la valeur moyenne de l'échantillon (valeur moyenne des modules d'Young mesurés), et n la taille de l'échantillon (ici le nombre d'essais).
Ces valeurs mesurées sont comparées à celles données dans la littérature, pour différents types d'artères chez différents types de sujets. Ainsi par exemple, la valeur moyenne du module de Young d'une artère carotide interne estovi : • de 0,71 ± 0,28 MPa chez des sujets âgés sains (de 55 ans ou plus), non atteints d'une pathologie au niveau des parois, et • de 0,41 ± 0,14 MPa chez des sujets plus jeunes (moins de 55 ans).
Pour des artères intracrâniennes de patients de moins de 40 ans, la valeur moyenne du module de Young est d'environ 1 MPa[18l .
La comparaison des valeurs mesurées avec celles connues de la littérature conduit aux conclusions suivantes :
• un fantôme 1 réalisé selon le procédé de l'invention à partir d'une composition de résine silicone avec 20% d'huile de silicone a une élasticité comparable à celle d'une artère carotide interne d'un patient âgé sain ;
• un fantôme 1 réalisé selon le procédé de l'invention à partir d'une composition de résine silicone avec une teneur d'environ 10% d'huile de silicone a une élasticité comparable à celle d'une artère carotide interne d'un patient jeune ;
• un fantôme 1 réalisé selon le procédé de l'invention à partir d'une composition de résine silicone avec 20% d'huile de silicone ; ce fantôme présente une élasticité comparable à celle d'une artère intracrâniennes. En fonction des types de patients, on modifie le pourcentage d'huile de silicone.
EXEMPLE 4 : Tests de compatibilité
Dans cet exemple, on teste la compatibilité du fantôme selon l'invention obtenu à l'issu de l'exemple 2 avec l'angiographie aux rayons X et l'IRM.
Dans la réalité, les vaisseaux sanguins sont entourés de tissus mous et soumis à une pression circonférentielle. Afin de produire la meilleure condition pour que le fantôme simule la réalité, le fantôme est placé dans une boîte en plastique rigide remplie de gel d'agar-agar avec une concentration de 2,3% qui a les mêmes propriétés que les tissus humains[19].
Le fantôme est ensuite intégré dans une plate-forme de test avec un dispositif d'assistance ventriculaire qui peut générer un flux pulsatile et imiter le flux sanguin réel dans le corps humain.
Des images angiographiques du noyau sont acquises par un dispositif de radiologie interventionnelle à l'hôpital de Compiègne. Des tests MR sont réalisés au Centre d'imagerie Médicale Avancée (CIMA) de Compiègne à l'aide d'un scanner MR 1.5T. On obtient des images 3D TOF pour la visualisation géométriques et des images hémodynamiques des vitesses et des trajectoires par séquence Ciné Phase-Contrast.
Les figures 9 et 10 montrent chacune une angiographie
RX du noyau solide 5 obtenu comparée à l'image IRM TOF initiale de l'anévrisme du patient qui a servi de modèle : on peut conclure que la forme du fantôme obtenu est fidèle 5 aux images initiales de l'anévrisme du patient.
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Claims (11)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de fabrication d'un fantôme (1) de l'anévrisme intracrânien en un matériau à propriétés élastiques élevées, comprenant les étapes suivantes :
    A. réalisation d'un modèle tridimensionnel (3) de la lumière d'un vaisseau sanguin dans lequel est localisé un anévrisme ;
    B. Conception et Fabrication Assistée par Ordinateur(FAO) d'un moule interne (4) reproduisant la lumière du vaisseau sanguin, comprenant les étapes suivantes :
    ο Bl) A partir dudit modèle tridimensionnel (3) de la lumière de vaisseau sanguin, programmation du pilotage d'une machine-outil à commande numérique en vue de la fabrication d'un moule interne (4) de la lumière du vaisseau comprenant deux demi-empreintes internes (41) ;
    ο B
  2. 2) Pour chacune des demi-empreintes internes (41), assemblage de manière solidaire d'une pluralité de lamelles (410) brutes en polymère thermoplastique dont l'épaisseur est comprise entre
  3. 3 et 5 mm, de manière à former un bloc assemblé(40) destiné à être usiné ;
    ο B3) A partir des deux blocs assemblés (40), fabrication par usinage à l'aide de ladite machineoutil programmée, des deux demi-empreintes internes (41), de manière qu'elles soient chacune constituées de lamelles usinées(411) ;
    C. Assemblage des deux demi-empreintes internes (41) pour former ledit moule interne (4) ;
    D. chauffage à une température comprise entre 70°C et 110°C, de préférence à 85°C, d'un matériau fusible à basse température, dont la température de fusion est inférieure à ladite température de chauffage et qui est solide à température ambiante ; puis versement dudit matériau ainsi liquéfié dans ledit moule interne (4);
    E. Après solidification dudit matériau fusible, enlèvement de chacune des lamelles (411) des demi-empreintes du moule interne (4) pour obtenir un noyau solide (5) ;
    F. Conception et Fabrication Assistée par Ordinateur (FAO) d'un moule externe(6) reproduisant la surface extérieure dudit vaisseau sanguin, comprenant les étapes suivantes :
    o Fl) A partir du programme de pilotage du moule interne et de la définition de l'épaisseur de la paroi dudit vaisseau sanguin, programmation du pilotage de la machine-outil à commande numérique en vue de la fabrication d'un moule (6) de la surface extérieure du vaisseau sanguin comprenant deux demiempreintes externes (61, 62);
    o F2 ) Pour chacune des deux demi-empreintes externes (61), fourniture de deux blocs massifs destinés à être usinés, o F3) fabrication par usinage à l'aide de ladite machine-outil programmée, des deux demi-empreintes externes (61) à partir desdits blocs massifs;
    G. Fixation dudit noyau (5) solide à l'intérieur des demiempreintes externes (61) de manière à maintenir un écart correspondant à l'épaisseur de la paroi dudit vaisseau sanguin telle que définie initialement;
    H. Versement à l'intérieur dudit intervalle d'une composition de résine silicone et solidification de ladite composition de résine silicone pour obtenir, après extraction du moule externe, ledit fantôme de l'anévrisme intracrânien contenant ledit noyau solide ;
    I. Chauffage à une température comprise entre 80°C et
    110°Cpour permettre la fusion dudit noyau sans dégrader
    ledit fantôme ; puis élimination du noyau à 1'état liquide. 2. Procédé selon la revendication 1, selon lequel la composition de résine silicone contient au moins une résine élastomère silicone. 3. Procédé selon la revendication 2, selon lequel la composition de résine silicone contient entre 20% et 40% en
    poids d'au moins une huile silicone par rapport au poids total du fantôme.
  4. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les lamelles des blocs assemblés et les blocs massifs destinés à être usinés sont en polyméthacrylate de méthyle.
  5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les étapes B3) et F3) d'usinage desdits blocs assemblés et desdits blocs massifs sont réalisées par fraisage numérique.
  6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le matériau constitutif du noyau (5) est la paraffine ou un alliage métallique choisi parmi les alliages non ferreux à base de bismuth et à point de fusion égal ou inférieur à 90°C.
  7. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'étape A) de réalisation d'un modèle tridimensionnel (3) de la lumière d'un vaisseau sanguin dans lequel est localisé un anévrisme, comprend les étapes suivantes :
    o Al) Acquisition d'images IRM de l'anévrisme intracrânien d'un patient donné;
    ο A2) Traitement et segmentation des images choisies ; o A3) A partir desdites images segmentées, reconstruction à l'aide d'un logiciel de Conception Assistée par Ordinateur, d'un modèle tridimensionnel (3) de la lumière dudit vaisseau sanguin ;
    o A4) Définition de l'épaisseur de la paroi du vaisseau
  8. 8. Fantôme (1) de l'anévrisme intracrânien susceptible d'être obtenu par un procédé tel que défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.
  9. 9. Fantôme(1) selon la revendication 8, présentant un module d'YOUNG compris entre 0,28 et 0,75 MPa.
  10. 10. Utilisation dudit fantôme (1) tel que défini selon l'une des revendications 8 et 9, pour réaliser des études hémodynamiques pré- et post-embolisation d'anévrismes intracrâniens.
  11. 11. Utilisation dudit fantôme (1) tel que défini selon l'une des revendications 8 et 9, pour réaliser des simulations de procédures interventionnelles sur des d'anévrismes intracrâniens.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1536395A1 (fr) * 2002-05-10 2005-06-01 Nagoya Industrial Science Research Institute Modele tridimensionnel
WO2008075303A1 (fr) * 2006-12-21 2008-06-26 Koninklijke Philips Electronics N.V. Fantômes de tissus mous précis d'un point de vue anatomique et fonctionnel et procédé pour les fabriquer

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