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Évaluations numériques de nouveaux implants de hanche avec matériau novateur (métal poreux)

Garcia, Justine (2014). Évaluations numériques de nouveaux implants de hanche avec matériau novateur (métal poreux). Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Chez les patients atteints de pathologies articulaires de la hanche, le remplacement du cartilage dégénéré de la tête fémorale et de l’acétabulum peut s’effectuer par une prothèse totale. Conventionnellement constitué de matériaux plus rigides que le tissu osseux, l’implant engendre des modifications de sollicitations dans l’os fémoral, entraînant sa résorption (stress shielding (SS)). Un changement des caractéristiques mécaniques de la prothèse, à travers un nouveau métal, serait une solution pour pallier le problème.

L’objectif principal du mémoire est l’étude, à travers des analyses par éléments finis, de prothèses de hanches fabriquées avec un matériau novateur par electron beam melting: le titane poreux. Deux cas sont analysés. Le premier est un implant à revêtement en titane poreux. Les analyses qui lui sont associées servent à sa certification pour commercialisation, et à la compréhension du comportement de ce nouveau matériau. Le second porte sur un implant entièrement en titane poreux, de façon à trouver les rigidités de la tige permettant une meilleure répartition des contraintes dans l’os pour minimiser le risque de SS.

Les résultats de la prothèse avec revêtement poreux valident le design de l’implant, et montrent une amélioration de la répartition des contraintes, pouvant ainsi diminuer le SS. Ceux de la prothèse entièrement en titane poreux prouvent que la tige fémorale peut être raccourcie et qu’une subdivision en trois, selon les zones de contacts prothèse-os cortical, permettrait d’agir sur les contraintes dans l’os trabéculaire.

Titre traduit

Numerical evaluation of new hip implants composed in a novel material (porous metal)

Résumé traduit

Total hip arthroplasty is performed to treat hip articular pathologies to replace degenerated, diseased or injured cartilage of the femoral head and the acetabulum. Bone resorption occurs when the mismatch in the elastic modulus of the prosthesis and the femur implies a new and unusual stress distribution. It is due to stress shielding (SS) and biological reaction caused by debris from the prosthesis. This could be solved by a femoral stem made by a less important stiffness.

The goal of this study is to evaluate hip prostheses composed of a new metal, manufactured by electron beam melting: porous titanium.First, a porous coated implant is analyzed and the results are used for its certification in order to sell it. Plus, further researches have been performed on this model for a better understanding of the material. Secondly, studies have been made on a whole porous titanium prosthesis to determine the best stiffness which induces an optimal stress distribution in the femur.

The results prove a good design of the porous coated titanium, which could reduce the SS phenomenon. Furthermore, the analyses of the whole porous titanium prosthesis show that the tip of the stem can be removed, and the stress distribution could be better controlled when the femoral stem is divided into three parts.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie, concentration technologies de la santé". Bibliographie : pages 91-96.
Mots-clés libres: Prothèses de hanche. Titane Alliages. Prototypage rapide. Résorption osseuse. Méthode des éléments finis. poreux, titane, stress shielding, rigidité
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Nuño, Natalia
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 26 mars 2014 20:53
Dernière modification: 14 mars 2017 00:09
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1277

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