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Raffinement d'une nouvelle plaque trochanterienne à l'aide de la méthode par éléments finis

Bourgeois, Yan (2010). Raffinement d'une nouvelle plaque trochanterienne à l'aide de la méthode par éléments finis. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le détachement du grand trochanter (GT) peut se produire suite à une fracture ou une ostéotomie. Dans tous les cas, il est impératif de repositionner le fragment et de le stabiliser. Plusieurs techniques de cerclage à l’aide de fils ou de câbles ont été développées dans le passé. De nos jours, les systèmes de plaque et câble sont généralement utilisés pour assurer le maintien du grand trochanter. Or ces systèmes montrent des problématiques de maintien qui peuvent porter en échec la guérison osseuse. Dans le but de réduire cette problématique, un nouveau concept (Y3), utilisant une plaque avec vis et câbles, a été développé dans le cadre d’un stage de recherche antérieure effectué par le candidat.

Les objectifs de ce nouveau système sont d’abord de réduire les mouvements entre le GT et le fémur, mais aussi de fournir un profil le plus bas possible. Un « profil bas » a pour avantage de diminuer la friction entre les muscles et la plaque pouvant ainsi diminuer les risques de bursite et de douleur. La géométrie en « Y » de la plaque contourne la protubérance du GT favorisant un « profil bas ». Or, les dimensions utilisées pour la conception initiale de la plaque semblent être surdimensionnées. L’objectif de ce mémoire est le raffinement des dimensions de la plaque Y3 à l’aide de la méthode par éléments finis.

Le modèle est composé de la partie proximale du fémur avec une ostéotomie du GT et la plaque Y3 utilisant des vis pour maintenir le grand trochanter. En accord avec les essais expérimentaux, la base du fémur est encastrée et des charges sont appliquées sur la tête fémorale et le GT simultanément. Une analyse de la sensibilité des différentes régions de la plaque Y3 sur les déplacements du GT a d’abord été effectuée pour orienter les étapes itératives de raffinement. Par la suite, le modèle a été utilisé pour raffiner les dimensions de la plaque.

La comparaison entre les résultats expérimentaux et numériques a montré que les mouvements du grand trochanter par rapport au fémur vont dans la même direction. Par contre, les déplacements du modèle numérique sont plus faibles que l’expérimentation. Les simplifications du modèle numérique sont probablement à l’origine de cette rigidité. L’étude de sensibilité a permis de déterminer que la région qui lie les branches supérieures à la branche inférieure de l’implant est la plus critique pour les déplacements du grand trochanter. Le raffinement de la plaque, réalisé en 5 itérations, a permis de réduire son épaisseur de 5% pour la région critique et entre 25% et 33% pour les autres régions. Cette diminution pourrait avoir un impact appréciable sur la douleur des patients et sur la probabilité de complication.

Titre traduit

Refinement of a novel trochanteric plate using finite element model

Résumé traduit

Greater trochanter (GT) detachment can occur following a fracture or an osteotomy. In all cases, it is imperative to fix the fragment. In the past, different wires or cables cerclage technique were used. Nowadays, cable grip systems are usually used to maintain the GT. But these systems show important issues which can lead to bone healing failure. In order to reduce these problems, a novel concept (Y3) of GT reattachment, using a plate with cable and screw, was developed by the candidate in previous work.

The objective of the Y3 system is to reduce the movement between the GT and the femur but also to provide a low profile. A low profile presents the advantage of decreasing the friction between the muscles and the plate helping, reducing bursitis and pain. The “Y” shape of the plate avoiding the GT protuberance is a key element for its low profile. However, the initial concept of Y3 plate seems to be overdesign. The objective of this thesis is to further refine the Y3 plate design using finite elements method.

The model represents the femur’s proximal part with a GT osteotomy and the Y3 plate fixed using screws to maintain the GT. In concordance with experiments used to validate the model, the lower extremity of the femur is fixed and loads are simultaneously applied to the femoral head and the GT. A sensitivity study of different Y3 plate regions to the GT displacements was first achieved to prepare the iterative refinement steps. The model was then used to refine the plate’s size and shape.

Validation results suggest a good agreement between experimental and numerical displacement. Numerical simulations predict displacements in the same direction but smaller in amplitude than experiments. The presence of over-constraints due to reducing assumptions may explain in part the rigid behavior of the model. The results show that the most critical region for GT displacement is where the superior and inferior branches merge together. The plate refinement, completed in 5 iterations, allowed a thickness reduction of 5% in the most critical region and between 25% and 33% for other regions. This decrease in size could have a favorable impact on pain and complication for patients.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire par articles présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie mécanique" Bibliogr. : f. [123]-127. La page 102 a été reproduite à part pour faire apparaître les formules.
Mots-clés libres: Plaques (Ostéosynthèse) Fémur. Hanche. Hanche Fractures. Méthode des éléments finis. Bas, Câble, Grand, GT, Plaque, Profil, Raffinement, Rattachement, Système, Trochanter, Trochanterien, Vis, Y3
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Petit, Yvan
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 25 mars 2011 18:46
Dernière modification: 18 janv. 2017 21:23
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/631

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