Développement d'un système de fixation osseuse par tresse en alliage à mémoire de forme

Baril, Yannick-Vincent (2009). Développement d'un système de fixation osseuse par tresse en alliage à mémoire de forme. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Ce projet a pour objectif de développer un système de fixation osseuse par tresse en alliage à mémoire de forme. Le développement de la tresse, débuté lors de précédents travaux, est complété. Ainsi, ce nouveau système de fixation osseuse augmente la stabilité de la fermeture et limite la contrainte de contact entre le système de fermeture et l’os. L’alliage à mémoire de forme superélastique permet de conserver une force de fermeture même si l’os s’est affaissé, alors que la géométrie du système, qui prend une forme méplate lors du contact avec l’os, augmente l’aire de contact.

Tandis que le fil en acier inoxydable standard est généralement torsadé pour être installé sur le sternum, une autre procédure doit être utilisée pour installer la tresse en alliage à mémoire de forme. Un nouveau système d’installation est donc conçu.

Celui-ci a la particularité de charger la tresse et de limiter cette charge à une valeur maximale, ce qui optimise les caractéristiques de la tresse. L’outil peut aussi sertir le manchon utilisé pour fixer la tresse.

Les caractéristiques fonctionnelles des systèmes de fermeture par tresse et par fil en acier inoxydable sont ensuite comparées sur un banc d’essai maison simulant le comportement de la cage thoracique. Ce nouveau banc d’essai simule l’installation du système de fermeture, génère un chargement quasi statique et simule l’application de quintes de toux. Il permet aussi d’acquérir une donnée absente dans la littérature, la force de compression résiduelle, qui est un excellent indicateur de la stabilité du sternum.

À l’aide de ce banc, la tresse en alliage à mémoire de forme se révèle plus performante que son équivalent en acier inoxydable lors de l’application répétée de charges importantes comme la quinte de toux tandis que leurs performances sont similaires lors de l’application de charges quasi statiques.

Pour finir, la vie en fatigue de la tresse est évaluée. Un chargement à déformation contrôlée est appliqué et fait varier la déformation moyenne et la déformation alternée. Les résultats suggèrent que la tresse pourrait supporter les perturbations externes anticipées, telles que des quintes de toux. Par ailleurs, bien que la déformation alternée soit le facteur le plus influent, la déformation moyenne a aussi un impact. Le chargement de la tresse devrait idéalement se situer à une déformation moyenne au centre du plateau de transformation afin de pouvoir bénéficier à la fois du comportement superélastique et d’une maximisation de sa vie en fatigue.

Titre traduit

Design of a braided shape memory alloy binding component

Résumé traduit

This project aims to develop a shape memory alloy braided bone fixation system. The development of the braid, started in previous work is completed. Thus, this new bone fixation system increases the closure stability while limiting the contact pressure between the closure system and the bone. The superelastic material sustains the bone parts together even if bone collapse occurred whereas the tubular braided shape, which flattens at the contact of the bone surface, increases the closure contact area.

While standard monofilament stainless steel sutures are simply crossed, pulled and twisted to retain both sternum halves, the shape memory alloy braid must be installed with a particular procedure. To do so, a new installation device is designed. This system has the particularity of applying a specific tension to the braid and to limit this load to a maximum value, which optimizes its retention characteristics. The tool can also crimp the sleeve used to secure the braid.

The new braided sutures and the monofilament stainless steel suture are then compared on a new custom test bed modeling the rib cage behavior. This new test bed simulates the installation of the closure system on the sternum, generates a quasi static lateral loading and a dynamic simulation of coughing fits. The residual compressive force, which is an excellent indicator of the stability of the sternum and is absent in the literature, can also be measured. Using this bench, the braided suture is better than the competitive stainless steel suture to keep the closure closed following the repeated application of important loads similar to coughing fits. Yet, performances are similar to the standard stainless steel suture for quasi static loading.

Finally, the fatigue life of the cable is evaluated. The results of strain-controlled fatigue testing under variable mean and alternating strain conditions demonstrate that the braid could withstand anticipated external disturbances such as coughing fits. Moreover, even though alternating strain is the most influent parameter, mean strain also has a significant impact on the fatigue life of both the filament and the braid. An improvement in the braided cable’s fatigue life is observed under mean strains corresponding to the middle of the superelastic loop plateau.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thèse par articles présentée à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention du doctorat en génie". Bibliogr : f. 258-265.
Mots-clés libres:	Os. Sternum. Alliages à mémoire de forme. brevet, fixation, osseux, superelastique, systéme, tresse, tubulaire
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Brailovski, Vladimir
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	17 août 2010 18:15
Dernière modification:	03 janv. 2017 19:20
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/26

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