Stent pour limiter la dilatation progressive de l'aorte ascendante dans les cas de bicuspidie de la valve aortique : preuve de concept

La dilatation de l'aorte ascendante est une malformation qui se présente régulièrement de pair avec une bicuspidie de la valve aortique (BAV). Les personnes atteintes de BAV, malformation cardiaque congénitale la plus répandue avec une prévalence de 1%, présentent une dilatation de l'aorte ascendante dans environ 50% des cas. Le risque principal lié à cette aortopathie est la déchirure de la paroi aortique pouvant avoir des conséquences mortelles. La littérature chirurgicale suggère que les risques de dissection ou de rupture aortiques sont fortement augmentés pour des diamètres aortiques excédant 50 mm. À ce jour, le traitement privilégié est la chirurgie : à des stades avancés de dilatation, l'aorte est réduite ou remplacée par un tube synthétique. Cette intervention présente généralement un taux de mortalité faible, mais la complexité de la procédure peut mener à des taux de mortalité atteignant 15% chez des patients présentant une comorbidité importante ou dans des centres peu expérimentés. Les principales limites de cette approche sont non seulement le caractère extrêmement invasif de la procédure, mais également son manque de prise en compte de l'étiologie et des mécanismes de dilatation (le seule critère d'intervention étant le diamètre de dilatation. Les mécanismes de dilatation de l'aorte ascendante dans les cas de BAV ne sont pas encore totalement élucidés. Une théorie récente suggère que la malformation de la valve aortique (bicuspide au lieu de tricuspide) provoque des perturbations hémodynamiques qui induisent un remodelage de la paroi aortique responsable de la dilatation. Les perturbations hémodynamiques relevées sont diverses : présence d'un jet excentré à la sortie de la valve et impact direct contre la paroi dilatée, structure hélicoïdale de l'écoulement, augmentation des vitesses et des forces de cisaillement à la paroi. Ces perturbations ont tendance à être corrélées à la présence d'une dilatation aortique ainsi qu'à sa progression rapide. Corriger la structure d'écoulement sanguin pourrait donc permettre de limiter la dilatation aortique. Ceci serait possible grâce à l'avènement récent des prothèses endovasculaires, ou stents, qui permettent d'intervenir de façon minimalement invasive au niveau des artères. Les stents modulateurs de flux agissent sur l'écoulement sanguin pour protéger les parois artérielles dans les cas d'anévrismes tout en assurant la perfusion des artères collatérales. L'implantation de ce type de stent pour le traitement de l'aortopathie associée à la BAV constituerait une stratégie innovante qui permettrait de limiter la progression de la dilatation tout en étant minimalement invasive. L'objectif principal de ce projet est d'étudier l'effet d'un stent modulateur de flux sur l'écoulement dans une anatomie pathologique d'aorte ascendante avec bicuspidie de la valve aortique. La méthode choisie pour ce projet est la simulation numérique de dynamique des fluides (CFD).

Abstract

Dilatation of the ascending aorta is a malformation that is often associated with bicuspid aortic valve (BAV). Patients with BAV, which is the most frequent congenital heart disease with a prevalence of 1%, have a dilated ascending aorta in 50% of cases. This aortopathy's greatest risk is the dissection or rupture of the aortic wall. Surgical data suggest that risks of dissection or rupture is signicantly increased when the aortic diameter exceeds 50 mm. To date, surgery is the standard of care : when dilatation has reached a critical threshold, the aorta is resected or replaced with a synthetic tube. This procedure presents with good outcomes, but its complexity can yield mortality rates up to 15% for patients with high comorbidity or in less experienced centers. Drawbacks of this approch is not only the invasiveness of the procedure but also the lack of consideration of the etiology and mechanisms of the aortopathy (the criterion of intervention being only the diameter of dilation). Mechanisms leading to the aortic dilation in patients with BAV are still not completely elucidated. A recent theory suggests that the malformation of the aortic valve (bicuspid instead of tricuspid) leads to hemodynamic alterations that result in arterial remodelling and dilation. Hemodynamic abnormalities are : an excentric blood jet from the valve to the aortic wall, a helical ow in the ascending aorta, an increase is blood velocities and wall shear stresses. These abnormalities tend to be associated with aortic dilation and its fast evolution. Acting on the hemodynamics is thought to be a solution to control aortic dilation. This could be done thanks to the recent advent of endovascular prostheses (stents) that enable minimally invasive procedure in the arteries. Of particular interest are the ow-diverting stents which modify blood ow in order to protect arterial wall in aneurysms and to allow perfusion in collateral branches. Treating aortic dilation in BAV with this type of stent would be an innovative strategy to anticipate further dilation while being minimally invasive. The main objective of this project is to assess how a ow-diverting stent changes the ow in a pathological ascending aorta with an associated bicuspid aortic valve. This was done by computational uid dynamics. Initially, Sainte-Justine Hospital radiological database was searched in order to select one patient whose aortic anatomy is representative of the pathology studied in this project. The thoracic aorta, with the cerebral branches and the aortic valve, were segmented using Mimics. Data were exported on CATIA (CAD software) in order to model the geometry. The geometry was idealized in order to be compared with a given healthy aortic geometry. The two CAD objects (healthy and pathological) were meshed with ICEM in order to perform a