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Conception et optimisation d'une prothèse artérielle multicouche composée de tissu électrofilé

Gauthier, Matthieu (2016). Conception et optimisation d'une prothèse artérielle multicouche composée de tissu électrofilé. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

La faible compliance et les propriétés de surface des prothèses vasculaires commerciales mènent à d’importantes complications cliniques, ce qui empêche leur utilisation pour le remplacement de vaisseaux sanguins de petit diamètre (inférieur à 6 mm). L’électrofilage est une méthode de fabrication de structures ayant le potentiel de répondre aux critères de conception des prothèses vasculaires. L’objectif principal de ce projet de maîtrise consiste à déterminer si des structures électrofilées, développées pour accueillir les groupes cellulaires présents dans les artères, remplissent les critères mécaniques requis dans une structure tubulaire monocouche ou multicouche.

Dans un premier temps, un modèle analytique linéaire a été utilisé pour calculer les rapports entre le module d’élasticité et la contrainte ultime d’un matériau isotrope permettant d’atteindre à la fois la compliance des vaisseaux remplacés et la pression à la rupture requise pour une prothèse monocouche. Ces rapports sont d’environ 1,42 et 4,99 pour des prothèses de petit (< 6 mm) et de grand (≈ 30 mm) diamètre respectivement. Un modèle d’analyse par éléments finis (EF) a permis par la suite d’étudier l’influence des différents paramètres géométriques et intrinsèques des matériaux sur la compliance et la pression à la rupture de prothèses tubulaires, notamment en cas d’une structure multicouche. Des structures de polyéthylène téréphtalate électrofilé (ePET) développées dans le laboratoire du Professeur Abdellah Ajji à l’école Polytechnique ont ensuite été caractérisées mécaniquement.

Malheureusement, le modèle analytique, le modèle par élément fini ou les tests de compliance montrent tous que ces structures ne remplissent pas les critères mécaniques d’une prothèse vasculaire. Cependant, les outils de sélection et de développement présents dans ce mémoire peuvent être utilisés afin de choisir un matériau plus adapté pour la conception et l’optimisation d’une prothèse vasculaire au comportement mécanique souhaité.

Titre traduit

Conception and optimization of a electrospun multilayered arterial prosthesis

Résumé anglais

The low compliance and the surface properties of commercial vascular prosthesis lead to important clinic complications and prevent their use in the replacement of small diameter blood vessels (< 6 mm). Electrospinning is a fabrication method that has the potential to meet the conception criteria of vascular prosthesis. The objective of this master project consist in establishing if electrospun structures, developed to foster the different cell groups present in native arteries, meet the mechanical criteria required in a monolayer or multilayered tubular structure.

Firstly, a linear analytical model was used to calculate the ratios between the elastic modulus and the ultimate stress of an isotropic material required to achieve both the compliance of the replaced vessel and the burst pressure of a monolayer prosthesis. These ratios are around 1.42 and 4.99 for small (< 6 mm) and big (≈ 30 mm) diameter, respectively. A finite elements (FE) model was used to study the influence of the material intrinsic parameters on the compliance and burst pressure of a tubular prosthesis, in particular in the case of a multilayered prosthesis. Structures of electrospun polyethylene terephthalate (ePET) developed in Professor Abdellah Ajji laboratory at Polytechnique school have been studied by mechanical testing.

Unfortunately, the results obtained by the analytical mode, the FE model as well as the compliance tests show that these structures do not meet the mechanical requirements to be used in the fabrication of a vascular prosthesis. However, the selection and development tools present in this document can be used in order to find a more adapted material for the conception and the optimisation of a vascular prosthesis having the required mechanical properties.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie concentration technologies de la santé". Bibliographie : pages 175-187.
Mots-clés libres: Prothèses vasculaires Conception et fabrication. Électrofilature. Polyéthylène téréphtalate Propriétés mécaniques. Élasticité. Mécanique de la rupture. Biomatériaux. électrofilage, compliance, pression à la rupture
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Lerouge, Sophie
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Ajji, Abdellah
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 10 mars 2016 15:03
Dernière modification: 10 mars 2016 15:03
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1640

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