L'impression tridimensionnelle (3DP) offre une opportunité unique de construire des modèles coronaires flexibles spécifiques aux patients vasculaires pour les tests des dispositifs, la planification des traitements et les simulations physiologiques.

En optimisant la conception 3DP pour reproduire les propriétés géométriques et mécaniques des artères saines et malades, nous pouvons améliorer la pertinence de l'utilisation de tels modèles pour simuler l'hémodynamique des maladies coronariennes. Nous avons développé une méthode pour construire des fantômes coronaires 3DP spécifiques aux patients, qui maintiennent une partie importante de l'arbre coronaire, tout en préservant la précision géométrique des plaques athérosclérotiques et en permettant une résistance hydraulique réglable.

Méthodes

Les données de l'angiographie coronarienne par tomographie assistée par ordinateur (CCTA) ont été utilisées dans l'application d'analyse cardiaque Vitrea (Vital Images, Minnetonka, MN) pour la segmentation automatique de la racine aortique, de la descente antérieure gauche (LAD), du réflexe circonflexe gauche (LCX), de l'artère coronaire droite (RCA) et des calcifications. Les fichiers stéréolithographiques (STL) du système vasculaire et des calcifications ont été importés dans Autodesk Meshmixer pour l'optimisation du modèle 3D. Une base à trois chambres a été construite et interfacée avec le fantôme pour permettre la collecte de fluides et l'ajustement indépendant de la résistance distale de l'ACR, de la LAD et de la LCX et des artères ramifiées. Pour le 3DP, nous avons utilisé Agilus pour la paroi artérielle, VeroClear pour la base et un mélange Vero pour les calcifications, respectivement. Chaque sortie de chambre a permis l'interface avec des cathéters de longueurs et de diamètres différents pour la simulation de la résistance hydraulique des conditions d'écoulement coronarien normales et hyperémiques. Pour démontrer la pertinence de l'approche de fabrication, des modèles ont été testés dans des expériences d'écoulement.

Résultats

Des modèles ont été utilisés avec succès dans des expériences d'écoulement pour simuler des conditions d'écoulement normales et hyperémiques. La résistance moyenne inhérente de la chambre pour les LAD, LCX et RCA était respectivement de 1671, 1820 et 591 (dynes ∙ sec/ cm5). Cette résistance était négligeable par rapport aux estimations chez l'homme, la résistance de la chambre équivalant à 0,65-5,86%, 1,23-6,86% et 0,05-1,67% de la résistance coronarienne pour les LAD, LCX et RCA, respectivement, à des débits et des niveaux d'activité variables. Par conséquent, la chambre a servi de moyen pour simuler la conformité des arbres coronaires distaux et pour permettre un couplage facile avec un ensemble de cathéters de résistance connus pour simuler différents niveaux d'activité physique.

Conclusions

Nous avons mis au point une méthode pour créer des modèles coronaires complexes en 3D imprimés, spécifiques au patient, dérivés de la CCTA, qui permettent d'ajuster les résistances distales du lit capillaire. Cette approche de fabrication permet le développement de modèles coronaires complets qui peuvent être utilisés pour des simulations de flux physiologiquement pertinentes.

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