Experimental and numerical study of blood flow in cerebral aneurysms treated with endovascular coils

Etude numérique et expérimentale du flux sanguin dans des anévrismes cérébraux après déploiement de coils Une des complications fréquentes des anévrismes cérébraux après traitement par déploiement de coils est la recanalisation. Etudier l'hémodynamique dans les anévrismes traités avec des coils et définir les paramètres liés à la recanalisation peut permettre de prévenir la rupture de l'anévrisme. C’est dans ce but que des modèles numériques ont été développés, comme le « coils resolved model » à l'Université de Washington. Ce modèle utilise la géométrie complète des coils pour reproduire un modèle d’anévrisme traité bio-fidèle. Néanmoins, en raison de l'opacité des coils, le processus pour recréer la géométrie des coils est très complexe, et le temps de calcul est très long. Modéliser le flux sanguin dans les anévrismes avec coils avec un modèle poreux permettrait de résoudre ce problème. Dans les études précédentes, les modèles poreux développés ne prennent pas en compte la distribution hétérogène de la porosité des coils et les résultats montrent que ces modèles ne peuvent pas être considérés comme bio-fidèles. En effet, dans ces études, la perméabilité et le facteur d'inertie sont estimés uniquement à partie de la porosité moyenne. Par conséquent, l'objectif de ce travail est de développer un modèle poreux bio-fidèle et qui peut être utilisé pour évaluer l’efficacité du traitement avant sa mise en oeuvre. Afin d’atteindre cet objectif, nous avons tout d’abord créé un dispositif expérimental innovant pour étudier le temps de séjour dans les anévrismes avec coils en utilisant la PLIF (planar laser-induced fluorescence). Les résultats de cette étude expérimentale ont été utilisés pour valider le modèle « coils resolved ». Pour cela, nous avons comparé le temps de séjour mesuré expérimentalement et le temps de séjour obtenu avec des simulations avec un scalaire passif (modèle coils resolved). Cette comparaison a montré que le modèle « coils resolved » peut être considéré comme bio-fidèle. Il a été, par la suite, utilisé pour valider les modèles poreux. Afin d’améliorer les modèles poreux, nous avons dans un second temps caractérisé la distribution de porosité des coils en utilisant des images de huit anévrismes fantômes traités avec des coils. Ces modèles physiques ont été scannés à haute résolution. Les résultats de cette analyse montrent que la distribution de porosité est très hétérogène mais présente la même tendance pour tous les patients : la porosité est très élevée près de la paroi de l’anévrisme et est homogène au centre. Ces gradients de porosité ne sont donc pas négligeables et doivent être inclus dans la définition du modèle poreux. Les images 3D ont également été utilisées pour calculer la perméabilité et le facteur d'inertie des coils. Sur la base de ces résultats, nous avons proposé deux modèles poreux. Ces modèles sont homogènes isotropes et prennent en compte la distribution hétérogène de la porosité dans la définition de la perméabilité et du facteur d'inertie : le « porous crowns model » et le « bilinear model ». Les deux modèles reposent sur l'hypothèse selon laquelle le flux sanguin s’effectue principalement parallèlement à la paroi de l'anévrisme (selon des couronnes). Cependant, le « porous crowns model » nécessite de connaitre la géométrie des coils pour évaluer la perméabilité et le facteur d'inertie. Le « bilinear model » ne nécessite que la géométrie de l'anévrisme, la porosité cible par le chirurgien, et l'approximation bilinéaire du profil de porosité. Ces deux modèles ont été validés numériquement avec des conditions aux limites spécifiques à chaque patient. Les résultats montrent que les deux modèles sont précis, et en particulier que le « bilinear model » pourrait être utilisé dans l'avenir pour évaluer l’efficacité du traitement dans des conditions patient-spécifiques avant sa mise œuvre.