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Étude expérimentale sur la polymérisation du ciment osseux pour les prothèses de hanches cimentées : corrélation entre les contraintes résiduelles, la microstructure et la résistance interfaciale

Madrala, Agnieszka (2007). Étude expérimentale sur la polymérisation du ciment osseux pour les prothèses de hanches cimentées : corrélation entre les contraintes résiduelles, la microstructure et la résistance interfaciale. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

La perte de fixation de l'implant est la principale cause d'échec à long terme d'une prothèse de hanche cimentée. La polymérisation du ciment osseux (PMMA) est une réaction exothermique entraînant la formation de contraintes résiduelles et de porosité dans le ciment. Le projet consiste à étudier la polymérisation du PMMA en fonction des conditions initiales du système implant/ciment/os; trouver un lien entre les contraintes résiduelles, la microstructure et la résistance de l'interface tige/ciment. Les résultats démontrent que les contr aintes résiduelles sont fortement influencées par le type de ciment, la méthode de mélange et les conditions initiales du système. Les contraintes maximales mesurées à l'interface implanticiment atteignent 1 MPa. La porosité interfaciale varie de 0 à 60% et la résistance de l'interface varie entre 1,1 et 1,6 MPa. Les contraintes résiduelles sont indépendantes de la porosité. Aucune corrélation n'est établie entre ces contraintes et la résistance de l'interface.

Titre traduit

Experimental study on bone cement polymerization for cemented hip prosthesis - correlation between residual stresses, microstructure and interfacial strength

Résumé anglais

Total Hip Arthroplasty (THA) has a long and increasing successful clinical history. This surgery re-establishes joint mobility and therefore contributes to maintain an autonomie lifestyle of patient. However, due to an increasing number of patients receiving hip replacements, the number of revision operations increase. Aseptic loosening is the most common reason for revision among of cemented hip replacements reported. Bone cement (PMMA) quality plays a major role in the long-term successful fixation of a cemented hip implant. PMMA polymerization reaction is a very complex exothermic phenomenon during which residual stresses formation and porosity formation are observed. The combination of high stresses and porosity can compromise the implant long term fixation. This project
consists of the study of the PMMA polymerization nature under different initial conditions of the implant/cement/bone system. The goal of this study is to find out if there is any correlation between residual stresses generated at stem/cement interface, bulk and interfacial porosity and the stem/cement interface strength. These results will therefore yield important information on the implant/cement interface characteristics for further numerical studies on the debonding process of cemented hip prostheses. An experimental model is developed to measure directly radial residual stresses at the stem/cement interface and temperatures at both interfaces generated during bone cement curing. The microstructure study and push-out tests are performed in order to characterize bulk and interfacial porosities and stem/implant interface strength respectively. A total of 37 experiments are performed. The residual stress formation is strongly influenced by the system's initial conditions. Maximum radial residual stresses of 1,0 MPa in compression are measured. Interfacial porosity varies from 0 to 60%
and stem/cement interface strength varies from 1,1 to 1,6 MPa. Radial residual stresses seem to be independent from bulk and interfacial porosities. In addition, no correlation is established between residual stresses and stem/cement interface strength.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thèse présentée à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention du doctorat en génie". Bibliogr. : f. [210]-219.
Mots-clés libres: Ciment, Cimente, Contrainte, Correlation, Experimental, Hanche, Implant, Interfacial, Osseux, Microstructure, Os, PMMA, Polymerisation, Prothese, Reaction, Residuel, Resistance
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Nuño, Natalia
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 11 avr. 2011 14:57
Dernière modification: 30 nov. 2016 22:43
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/586

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