Des cœurs artificiels modélisés en CAO 3D

Les cœurs artificiels et la conception 3D

Cœur artificiel PLSDes pièces automobiles, à l'électroménager en passant par les appareils médicaux : l'éventail des produits aujourd'hui développés grâce à la modélisation 3D est vaste et cela ne surprend personne. La conception de cœurs artificiels compte sans doute parmi les applications les plus passionnantes et le logiciel de modélisation 3D Creo se positionne justement en première ligne sur ce segment de pointe.

Le cœur artificiel, la solution tant attendue

Quelques chiffres sur les transplantations cardiaques et le besoin croissant de recevoir un cœur artificiel :

  • Les maladies cardiaques sont la première cause de mortalité, selon l'Organisation mondiale de la santé : elles font chaque année 7,4 millions de victimes.
  • Les demandes de dons explosent, alors que le nombre de greffes disponibles stagne, voire baisse.
  • 4 000 patients aux États-Unis et plus de 3 000 malades en Europe sont en attente d'une greffe cardiaque (selon les estimations du Département de la santé et des services sociaux des États-Unis et la Direction générale Santé de la Commission européenne).
  • Les cœurs artificiels ont le plus souvent permis de maintenir les patients en vie jusqu'à ce qu'un cœur humain soit disponible. Depuis l'invention du premier cœur artificiel viable il y a 45 ans, seuls 1 413 ont effectivement été implantés (soit environ 30 par an).

Les médecins préfèrent généralement les dispositifs d'assistance ventriculaire, qui assument la fonction de pompage du cœur du patient, aux cœurs artificiels complets. Ceux-ci posent en effet un certain nombre de problèmes :

  • Les cœurs artificiels sont très souvent rejetés par le corps du patient.
  • Ils peuvent ralentir le flux sanguin et provoquer des attaques.
  • Ils sont extrêmement onéreux (250 000 $ environ).
  • Ils sont plus de deux fois plus gros qu'un cœur humain.
  • Le risque d'infection, élevé, augmente proportionnellement au nombre d'éléments implantés.

Modélisation 3D et conception de cœurs artificiels

Dans la course au développement de cœurs artificiels capables de mettre fin à ces problèmes, Takashi Isoyama et son équipe de chercheurs de la Graduate School de l'Université de Tokyo utilisent le Logiciel de CAO 3D pour modéliser le cœur et visualiser, grâce à l'animation, l'écoulement du flux sanguin. Les modèles 3D ont permis de réduire les délais de conception des pales de la turbopompe, en comparaison de leurs homologues 2D.

Grâce à Creo, l'équipe japonaise a réussi à concevoir une pompe rotative sans contact composée d'un arbre et d'un palier. Takashi Isoyama affirme que les modèles 3D ont accéléré le processus et ont facilité l'exportation des plans vers le logiciel de CAO (de type ANSYS, par exemple), une opération incontournable avant de passer à l'usinage de précision des pièces.

Le cœur totalement artificiel à flux hélicoïdal de Takashi Isoyama a déjà été implanté sur une chèvre et celle-ci est restée en vie pendant 100 jours, un record. Le modèle définitif pour animaux pourrait voir le jour d'ici 2016. L'homme, lui, devra encore attendre au moins cinq ans.

PTC est particulièrement fier d'apporter sa contribution à la technologie du cœur artificiel. Nos avancées dans les domaines de la modélisation et de la simulation 3D permettront, demain, de sauver des vies.

Crédit photos : Université de Tokyo