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Cours
Responsable(s) Sophie Lerouge

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Préalables

Aucun préalable requis
 

Unités d’agrément

25,1 % 24,7 % 50,2 %
Total d'unités d'agrément : 59,8

Qualités de l’ingénieur

 



Qn
Qualité visée dans ce cours  
Qn
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Descriptif du cours

Au terme de ce cours, l’étudiant aura appris à faire la sélection adéquate du matériau à utiliser comme composant d’un dispositif médical (prothèse, implant, greffe vasculaire, etc.). Il aura vu les biomatériaux sous un aspect pluridisciplinaire impliquant l’analyse de leurs propriétés mécaniques et physicochimiques en interface avec la biologie et la médecine.

Introduction à la science des matériaux. Propriétés mécaniques, propriétés physiques et propriétés chimiques. Biocompatibilité des matériaux. Dégradation des biomatériaux en service. Sélection des biomatériaux pour les dispositifs médicaux. Principales applications des biomatériaux en cardiologie, chirurgie thoracique et chirurgie orthopédique.

Travaux pratiques basés sur des études de cas. Séances de laboratoire axées sur la caractérisation mécanique comparative des biomatériaux d’origine artificielle et naturelle.






Objectifs du cours

Le choix du matériau est une tâche souvent critique dans le processus de développement d’un dispositif biomédical dont les performances sont largement déterminées par celles du matériau utilisé. Les biomatériaux regroupent des matériaux dits de suppléance d’origine métallique, polymérique et céramique. Chacun a ses avantages et ses inconvénients et leur choix dépend de leur application et l’environnement biologique dans lequel il sera implanté.

L’assimilation du contenu de ce cours aidera à la sélection adéquate du matériau à être utilisé comme composant d’un dispositif médical destiné à être en contact avec les tissus biologiques (prothèse, instrument chirurgical, cathéters, etc.). Les biomatériaux seront étudiés sous un aspect pluridisciplinaire impliquant l’analyse de leurs propriétés mécaniques et physico-chimiques en interface avec la biologie et la médecine. À la fin de ce cours, l’étudiant devra être capable 1) de nommer les principaux biomatériaux couramment utilisés et de rechercher leurs propriétés et les principales normes; 2) de connaître la structure et les propriétés générales, les avantages et inconvénients des différentes classes de biomatériaux, notamment comparativement aux matériaux biologiques; 3) D’expliquer dans leur propres mots le concept de biocompatibilité et les possibles réactions adverses pouvant être provoquées par un dispositif médical 3) d’établir un cahier des charges pour un dispositif médical; 4) de choisir un biomatériau adapté à ce cahier des charges, du point de vue de sa fonction et de sa biocompatibilité; 5) d’expliquer les principaux facteurs à prendre en compte lors de la conception d’un dispositif médical, et les étapes jusqu’à son approbation par Santé Canada ou la FDA.

La matière du cours peut être regroupée en 2 parties principales :

1re partie : Introduction à la science des biomatériaux

Les différentes classes de biomatériaux (métalliques, polymériques, céramiques) et leurs propriétés mécaniques et physico-chimiques seront étudiées. Les propriétés mécaniques étudiées comprendront la résistance des matériaux métalliques, polymériques, céramiques et composites sous les charges statiques et répétitives (fatigue). Une attention particulière sera portée au comportement des matériaux biologiques afin de mieux comprendre les défis reliés aux matériaux artificiels de remplacement. Les facteurs à considérer lors du design d’un implant ou dispositif médical, ainsi que les normes relatives aux biomatériaux et les processus d’homologation, seront discutés.

2e partie : Introduction à la biocompatibilité des matériaux

Le but de la deuxième partie sera de comprendre les raisons permettant à certains matériaux d’être tolérés par le corps, tandis que les autres peuvent causer une réaction adverse à l’interface hôte/biomatériaux. Les principales étapes et systèmes biologiques impliqués dans la réponse de l’organisme au biomatériau seront présentés, ainsi que les principales propriétés des matériaux déterminant cette réponse. Nous verrons que les exigences varient en fonction du type et de la durée de contact avec les tissus biologiques. Nous montrerons également que ce que l’on doit considérer comme une réaction biologique optimale à un implant ou dispositif (biocompatibilité) varie d’une application à une autre. Les diverses formes de dégradation des biomatériaux en service (vieillissement, dissolution, oxydation, corrosion, usure, érosion, etc.) et les conséquences causées par ces phénomènes à l’organisme seront étudiées. Les aspects d’interaction biomécanique entre le matériau implanté et les tissus environnants seront également considérés.

Tout au long du cours, on montrera, par différents exemples pratiques, le lien entre la fonction de base des biomatériaux, les propriétés requises et le choix résultant du matériau. L’emphase sera mise sur la procédure de sélection du matériau compatible avec l’application choisie. Les principales applications des biomatériaux en cardiologie et radiologie interventionnelle (stents, valves, cathéters), chirurgie orthopédique (prothèses articulaires, dispositifs de fixation), chirurgie thoracique (sutures sternales) seront également présentées au fur et à mesure des cours. Ceci sera complété, à la fin du trimestre, par la présentation des projets de recherche des étudiants. Ce projet permettra notamment de mettre en pratique la notion de cahier des charges du dispositif médical et de la sélection du matériau.


Stratégies pédagogiques

  • 39 heures d'enseignement magistral (13 semaines à 3 heures par semaine);
    • 24 heures de travaux dirigés qui se composent de :
    • 4 heures de laboratoires (2 séances de TP de 2 heures) portant sur les essais de caractérisation des tissus biologiques et des biomatériaux de remplacement.
    • 14 heures de travaux dirigés incluant : a) deux visites (un centre de recherche en milieu industriel (IMI) et une entreprise); b) trois séances de travaux dirigés consistant à des exercices de préparation aux examens; c) une séance de formation sur la recherche bibliographique, et deux séances encadrées dédiées au projet de session.
    • 2 heures de présentation des projets de session réalisés en équipe.
    • 2 heures de contrôle (intra) qui aura lieu lors de la période attribuée aux activités dirigées.

 

  • Un examen final

Chaque étudiant doit consacrer environ 3 h/semaine de travail personnel pour réviser la théorie, rédiger les rapports de laboratoire et réaliser le projet de session qui sera l’objet d’un rapport écrit et d’une soutenance orale.



Utilisation d’appareils électroniques

Plusieurs appareils seront utilisés dans le cadre des laboratoires. Une machine d’essai de traction (Electroforce 3200)(Labo 1) et un goniomètre pour la mesure d’angle de contact (Labo 2) que les étudiants utiliseront pour déterminer l’angle de contact et l’énergie de surface des biomatériaux, à l’aide de courbe et de régression linéaire sur  logiciel de type Excel. Les étudiants seront aussi amenés à utiliser les bases de données sur les matériaux, notamment la base de données ASM International Material for Medical Device Database. Lors des visites, ils pourront également observer plusieurs équipements de pointe en fabrication des matériaux.



Coordonnées de l’enseignant

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