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Analyse numérique de la technique de resurfaçage de la hanche métal-métal : effet du positionnement et de la fixation de la composante fémorale sur les contraintes dans l'os

Desmarais-Trépanier, Christian (2009). Analyse numérique de la technique de resurfaçage de la hanche métal-métal : effet du positionnement et de la fixation de la composante fémorale sur les contraintes dans l'os. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Contexte: L'arthroplastie par resurfaçage de la hanche (ARH) est une technique chimrgicale visant à corriger les pathologies articulaires de la hanche. Elle est en particulier appropriée chez les patients jeunes et actifs puisqu'elle permet un plus haut niveau d'activité physique lorsque comparée à l'arthroplastie totale de la hanche conventionnelle. Cependant, il a été rapporté qu'une distribution non physiologique des contraintes se produit dans le fémur proximal, laquelle peut être impliquée dans une diminution significative de la densité de la masse osseuse dans la tête fémorale due au stress shielding. But: La présente étude concerne le positionnement de la composante fémorale et sa fixation. L'influence de l'alignement vams-valgus sur les contraintes dans l'os est d'abord investiguée. Ensuite, l'épaisseur du manteau de ciment est évaluée ainsi que la profondeur d'interdigitation dans l'os trabéculaire. Méthodes: Un fémur droit personnalisé est reconstmit en utilisant une série de données tomographiques. Différentes configurations basées sur les variables évaluées sont ensuite modélisées dans l'environnement CAO. Des analyses par éléments finis sont finalement effectuées considérant l'hétérogénéité des propriétés mécaniques et des chargements physiologiques basés sur le cycle de marche. Résultats: Selon les distributions de contraintes obtenues, un stress shielding se produit dans la partie supérieure-latérale de la tête fémorale peu importe la configuration évaluée. Ce comportement est également détecté dans la partie inférieure-médiale du même emplacement avec une légère diminution suivant un positionnement plus valgus. Un risque de fracture potentiel est visible près de la jante de la prothèse dans la partie supérieure du col fémoral. Ce risque tend à augmenter avec un positionnement vams et une interdigitation profonde. Les contraintes dans l'os le long et autour de la tige d'alignement se voient déséquilibrées dû à la concentration de contraintes générée par le forage dans le col fémoral. La variation de l'épaisseur du manteau de ciment ne présente aucun effet significatif Conclusion: Une orientation valgus de la composante fémorale et une profondeur d'interdigitation modérée sont apparemment les conditions optimales pour réduire au minimum le risque de fracture du col fémoral et l'effet du stress shielding.

Titre traduit

Numerical analysis of the metal-on-metal hip resurfacing technique: effect of the positioning and the fixation of the femoral component on the bone stresses

Résumé traduit

Background: Hip resurfacing arthroplasty (HRA) is a surgical technique aiming at correcting hip articular pathologies. It is in particular suitable for young and active patients since it allows a higher level of physical activity when compared to convenfional total hip arthroplasty. However, a non physiological stress distribution bave been reported to occur in the proximal fémur, which can be involved in a significant diminution of the bone mass density in the fémoral head due to stress shielding. Purpose: The current study concems the fémoral component positioning and its fixation. The influence of the vams-valgus alignment on the bone stresses is first investigated. Then, the cement mantle thickness is assessed as well as the interdigitation depth in the cancellous bone. Methods: A customized right femur is reconstmcted using CT scan data set. Different configurations based on the evaluated variables are then modeled in the CAD environment. Finite element analyses are finally carried out considering heterogeneous bone mechanical properties and physiological loadings based on the walking cycle. Results: According to the stress distributions obtained, stress shielding occurs in the superior-lateral part of the femoral head no matter the configuration evaluated. This behaviour is also detected in the inferior-medial part of the same site with a slight decreasing foUowing a more valgus positioning. A potential risk of fracture is visible near the rim of the prosthesis in the superior part of the femoral neck. This risk tends to increase with vams positioning and deep interdigitation. The stresses in the bone along and around the guide pin are unbalanced due to stress concentration generated by the bore in the femoral neck. The cement mantle thickness variation does not présent any significant effect. Conclusion: Valgus orientation of the femoral component and moderate interdigitation depth are apparently the optimal conditions to minimize both the risk of fracture of the femoral neck and the stress shielding effect.

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 des technologies de la santé." Comprend des réf. bibliogr.
Mots-clés libres: Arthroplastie de la hanche. Fémur. analyse, composante, contrainte, femoral, hanche, metal, metal-metal, numerique, os, resurfacage, technique
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Nuño, Natalia
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Lavigne, Martin
Petit, Yvan
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 12 août 2010 18:39
Dernière modification: 03 janv. 2017 22:00
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/37

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