| Summary: | Mitral regurgitation (MR) is a functional heart disease in which blood leaks backward from the left ventricle to the left atrium during systole. Mitral annuloplasty, via open-heart surgery, is the foundation of mitral valve repair used as an adjunct technique for all types of regurgitation. However, the high mortality and morbidity risks associated with cardiopulmonary bypass required in open-heart surgery prevent many patients from undertaking the repair. Thus, there is a need to develop novel percutaneous techniques for mitral valve repair to reduce the open-heart operation risks and, therefore, increase the number of potential candidates for the repair. Suturing the prosthetic ring to the valve tissue is one of the main challenges in percutaneous mitral annuloplasty, which is addressed in this thesis. Engineering solutions for this problem are sought via the optimum design of novel fixation implants for percutaneous annuloplasty. Two self-anchoring implants are suggested: a hook-shaped anchor and a surgical barbed staple. The latter has two variants: the first is made of a rigid metallic core and a flexible polymeric sheath; in the second, the metallic core is replaced with removable insertion needles. Moreover, the first staple is inserted using a compound micro-stapler mechanism, the second using two special needles.The hook-shaped anchor, made from super-elastic nitinol, is shrunken into a hollow needle for delivery and insertion. During insertion, the needle pierces the tissue and the anchor is released inside the tissue hole. The anchor shape is optimized to minimize the stress distribution along its length while shrunken into the delivery needle. The anchor thus elastically opens after insertion and firmly grasps the surrounding tissue.The optimum design of the barbed staples, suggested for percutaneous annuloplasty, is also investigated. In this light, the failure of the mitral valve tissue is experimentally characterized by evaluating the effect of fatigue on the tissue fracturetoughness and its mechanical properties. The staple insertion and the tissue-barb interaction are then modelled, using finite element analysis, to obtain the staple insertion force and the barb anchoring capacity. The tissue-barb FE model is finally utilized within an optimization procedure to find the best shape of the barbs along the staple legs. === La régurgitation mitrale (RM) est une maladie cardiaque fonctionnelle dans laquelle le sang fuit vers l'arrière à partir du ventricule gauche à l'oreillette gauche pendant la systole. L'annuloplastie mitrale, moyennant une opération à coeur ouvert, est le fondement de la réparation de la valve mitrale, utilisée comme une technique d'appoint pour tous les types de régurgitation. Toutefois, le taux de mortalité élevé et les risques de morbidité associées à la circulation extracorporelle nécessaire en chirurgie à coeur ouvert empêchent de nombreux patients d'entreprendre la réparation. Ainsi, il est nécessaire de développer de nouvelles techniques percutanées pour la réparation de lavalve mitrale afin de réduire les risques d'opération à coeur ouvert et, par conséquent, augmenter le nombre de candidats potentiels pour la réparation. Suturer l'anneau prothétique au tissu valvulaire est l'un des principaux défis dans l'annuloplastie mitrale percutanée abordés dans cette thèse. Les solutions d'ingénierie pour ce problème reposent sur la conception optimale de nouveaux implants de fixation visant l'annuloplastie percutanée. Deux implants auto-ancrage sont proposés :une ancre en forme de crochet et une agrafe chirurgicale de fer barbelé. Cette dernière porte deux variantes : la premiére est constituée d'un noyau métallique rigide et une gaine en polymère souple ; dans la seconde, le centre métallique est remplacé avec des aiguilles d'insertion remplacables. Par ailleurs, la première agrafe est insérée à l'aided'un mécanisme de micro-agrafeuse, le second au moyen de deux aiguilles spéciales. L'ancrage en forme de crochet, fabriqué à en nitinol super-élastique, est rétréci dans une aiguille creuse pour faciliter la livraison et l'insertion. Pendant l'insertion, l'aiguille perce le tissu et l'ancrage est libéré à l'intérieur de l'orifice du tissu. La forme de l'ancre est optimisée pour minimiser la distribution des contraintes sur sa longueur, tout en rétrécissant dans l'aiguille de livraison. L'ancre s'ouvre élastiquement après l'insertion et saisit fermement le tissu environnant. La conception optimale des agrafes de fer barbelé, suggérée pour l'annuloplastie percutanée, est également étudiée. Alors, l'échec du tissu de la valve mitrale est caractérisé expérimentalement en évaluant l'effet de la fatigue sur la ténacité à la rupture du tissu et ses propriétés mécaniques. L'insertion des agrafes et de l'interaction des tissusbarbillon sont modélisés, en utilisant l'analyse par éléments finis, afin d'obtenir la force d'insertion des agrafes et la capacité d'ancrage de barbillon. Le modèle par éléments finis du tissu-barbillon est finalement utilisé dans une procédure d'optimisation pour obtenir la meilleure forme des barbillons.
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