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Conception préliminaire d'un câble superélastique pour la stabilisation du grasset des bovins adultes suite à une rupture du ligament croisé crânial

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Diotalevi, Lucien (2017). Conception préliminaire d'un câble superélastique pour la stabilisation du grasset des bovins adultes suite à une rupture du ligament croisé crânial. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les lésions du ligament croisé crânial (CrCL) sont occasionnelles, mais invalidantes, chez les bovins adultes. Elles engendrent une dégradation de la qualité de vie pour l’animal et des pertes économiques pour les producteurs, justifiant donc une intervention chirurgicale. Malheureusement, les substituts de CrCL actuellement employés sont mécaniquement inadéquats et peu maniables pour les chirurgiens, compromettant donc l’issue de la chirurgie. Cette inadéquation est, entre autres, due à une méconnaissance des propriétés mécaniques du CrCL sain.

L’objectif principal de ce projet de recherche est donc de concevoir un câble superélastique pour la stabilisation du grasset des bovins adultes suite à une rupture de leur CrCL. Les propriétés mécaniques en tension quasi-statique du CrCL isolé ont d’abord été caractérisées en vue d’établir un guide de conception. Quatorze spécimens issus de 7 vaches adultes ont été testés. Le pré-conditionnement était assuré par 30 cycles de charges de 30 à 200 N à 0,02 .s-1 puis les spécimens étaient sollicités en tension au même taux de déformation jusqu’à la rupture. À la rupture, la force ultime, la déformation maximale et l’énergie absorbée ont été relevées, ainsi que la raideur à 5, 10, 15, 20 et 25 % de déformation et les niveaux de force et de déformation aux premiers signes visuels de dégradation du ligament. Aucune de ces propriétés ne semblait être influencée par l’âge et le poids du bovin, ou la latéralité du membre d’extraction du ligament (p > 0,05). Les résultats suggèrent que la déformation maximale in vivo du CrCL est inférieure à 13,5 %.

Une simulation numérique a permis de déterminer qu’une tresse tubulaire de 20 filaments de NiTiNOL et de diamètre intérieur de 4 mm permet de répliquer ces propriétés mécaniques. Chaque filament fait 0,39 mm de diamètre et est tressé selon un angle de 43°. Un prototype a été fabriqué et testé. Son diagramme en tension dans le plan force-déformation s’inscrit dans le couloir expérimental des essais sur CrCL, démontrant la faisabilité d’un tel projet. La possibilité d’une révision de la technique chirurgicale est également ouverte.

Titre traduit

Exploratory design of a superelastic cable in order to stability the stifle joint in asult cattle after a cranial cruciate ligament rupture

Résumé traduit

Lesions to the Cranial Cruciate Ligament (CrCL) are occasional, but debilitating, in adult cattle. They lead to a degradation of the animal life conditions and to an economical loss for producers, thus requiring surgical interventions. Unfortunately, currently used CrCL surrogates are poorly designed, leading the surgeries to often be ineffective. These deficiencies in designs come, amongst others, from a drastic lack of knowledge on the mechanical properties of the healthy CrCL in cattle.

The main objective of this research project was to design a superelastic cable in order to stabilise the stifle joint in adult cattle after a CrCL tearing. Mechanical properties in quasi-static loading of an isolated CrCL have firstly been assessed in order to provide design guidelines. Fourteen specimens harvested from 7 mature cows have been tested. Pre-conditioning was achieved with 30 cycles of loading from 30 to 200 N at a strain rate of 0.02 .s-1. Specimens were then loaded to failure at the same strain rate. The tensile load, maximal elongation and absorbed energy at failure were measured, as well as the stiffness at different levels of elongation (5, 10, 15, 20 and 25 %). Load and elongation at first visual signs of tearing were also recorded. None of these properties were related to the bovine weight, age and side of hind-limb (p > 0.05) and the experimental data suggest that the in-vivo maximal elongation is below 13.5 %.

A numerical simulation suggested that a tubular braid of 20 NiTiNOL filaments and internal diameter of 4 mm would replicate these mechanical properties. Each filament has a 0.39 mm diameter and is braided with a 43° angle. A prototype has been manufactured and tested. Its force-elongation diagram was inscribed in the experimental corridor of the tests on CrCL, proving the achievability of such a project. Revision of the surgical technique was also enabled by the current prototype.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire par article présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise avec mémoire en génie avec concentration personnalisée". Bibliographie : pages 117-125.
Mots-clés libres: Ligaments artificiels Conception et fabrication. Câbles métalliques. Alliages nickel-titane. Grasset Lésions et blessures Traitement. Ligaments croisés Rupture. Bovins Lésions et blessures Traitement. Ligaments croisés Propriétés mécaniques. crânial, superélastique, caractérisation des tissus mous, prothèse, stabilisation du grasset
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Wagnac, Éric
Codirecteur:
Codirecteur
Petit, Yvan
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 17 janv. 2018 21:09
Dernière modification: 26 juin 2018 16:00
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1988

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