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Analyse de la dynamique de deux designs de prothèses de genou

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Rosello, Yolène (2020). Analyse de la dynamique de deux designs de prothèses de genou. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

OBJECTIFS : L’arthroplastie du genou est une option courante pour les patients souffrant d’arthrose. Il existe notamment deux designs de prothèse, l’un préservant les ligaments croisés (2C) et l’autre les sacrifiant (PS). Les avantages de l’une ou l’autre des approches sont encore débattus. Certaines études se sont intéressées aux moments inter-segmentaires au genou, qui renseignent sur l’amplitude et la direction de l’action mécanique globale au sein de l’articulation, mais aucune n’a comparé ces deux designs. L’objectif principal de ce projet est de comparer deux designs de prothèse en termes de moments à la cheville, au genou et à la hanche ainsi que de l’utilisation d’un nouveau paramètre biomécanique, l’angle 3D, permettant de déterminer si l’articulation (hanche, genou, cheville) est entrainée ou stabilisée. Cette étude est couplée à l’analyse de la puissance articulaire. Un premier sous-objectif est de déterminer si les sujets avec PTG ont une stratégie de marche semblable à des sujets sains. Un second sous-objectif est l’étude de la marge de stabilité dans les plans médio latéral et antéropostérieur.

MÉTHODES : L'étude a été réalisée sur 11 sujets opérés, (PS = 5, 2C = 6), comprenant 7 femmes et 4 hommes d’âge moyen 60.18 ± 5.67 (années), d’IMC 33.56 ± 3.37 (kg/m2) et de vitesse de marche confortable de 1.78 ± 0.63 (km/h). Trois essais de marche de 45s ont été réalisés sur un tapis roulant instrumenté (AMTI™) avec le harnais KneeKG™. Les déplacements des marqueurs ont été enregistrés par 12 caméras optoélectroniques reliées à un système Vicon™. Un calibrage a été effectué selon la Functionnnal & Postural Method (Hagemeister et al., 2005). Le calcul des moments inter-segmentaires a été réalisé selon la méthode décrite par (R. Dumas & Chèze, 2007a) et la convention de signe selon l’ISB (Wu, 2002). Le calcul de l’angle 3D et de la puissance articulaire a été réalisé selon la méthode décrite par (R. Dumas & Cheze, 2008). L’étude sur la marge de stabilité a été réalisé selon (Robert, 2019).

RÉSULTATS : Les résultats ne montrent aucune différence statistiquement significative entre les 2C et les PS et ce, dans aucun des trois plans Une plus grande variabilité des sujets 2C est cependant observée dans tous les plans. La même stratégie de marche est employée pour les sujets PTG et les sujets sains, bien que l’on note une diminution des amplitudes des pics en résistance et propulsion. Aucune différence en termes de marge de stabilité dans la direction médio-latérale et antéro postérieure n’a été trouvée entre sujets PS et 2C.

DISCUSSION : L’absence de différences dans tous les plans ne nous permet pas de conclure quant à la supériorité de l’une ou l’autre des prothèses. Cependant, la plus grande variabilité inter-sujet pour les prothèses 2C peut s’expliquer par le fait que les prothèses PS sont plus contraintes. Notre étude préliminaire est cependant limitée par le nombre réduit de sujets.

Titre traduit

Dynamique analysis between two types of knee prosthesis

Résumé traduit

GOALS: Knee arthroplasty is a common option for patients who suffer from end-stage knee arthritis. There are two types of prosthesis design: one that preserves the cruciate ligaments (2C design) and one that sacrifices them (PS design). The benefits of either approach are still being debated. Some studies have focused on the joint moments at the knee, which give information about the amplitude and the direction of the mechanical action, but the two designs (2C and PS) are yet to be compared directly. The main goal of this project is to compare these two prosthesic designs in terms of moments at the ankle, knee and hip, and to use a new tool (the 3D angle) to determine whether the joints (hip, knee, ankle) are being driven or stabilized. This study is coupled with the analysis of joint power. The first sub-goal is to determine whether the subjects with a TKA adopt a walking strategy that differs from that of healthy subjects. The second sub-goal is to study the stability margin in the medio-lateral and the antero-posterior directions.

METHODS: This study has been carried out with a sample of 11 subjects who underwent knee surgery (PS = 5, 2C = 6), including 7 women and 4 men with an average age of 60.18 ± 5.67 (years), a BMI of 33.56 ± 3.37 (kg/m²) and a comfortable walking speed of 1.78 ± 0.63 (km/h). Three walking trials of 45s each have been performed on an instrumental treadmill (AMTI™) with the KneeKG™ harness. The motions of the reflective markers have been recorded by 12 optoelectronic cameras connected to a Vicon™ system. A calibration has been done using the Functional & Postural Method (Hagemeister et al., 2005). The calculation of the joint moments has been performed according to the method described by (Dumas & Chèze, 2007a), and the sign convention according to ISB (Wu, 2002). The calculations of the 3D angle and of the joint power have been made according to the method described by (Dumas & Cheze, 2008). The study on the stability margin has been carried out according to (Robert, 2019).

RESULTS: The results show no statistically significant difference between the 2C and the PS, no matter which of the three planes is considered. A greater variability for the 2C subjects has however been observed in all three planes. The same walking strategy is adopted by both TKA and healthy subjects, although we can notice a diminution of the peaks' amplitude in terms of resistance and propulsion. No difference in terms of stability margin in the medio-lateral and antero-posterior directions has been found between PS and 2C subjects.

DISCUSSION: The absence of difference in all three planes does not allow us to conclude on the superiority of one or the other prosthesic design. However, the greater inter-subjects variability for the 2C prostheses can be explained by the fact that the PS prostheses are more constrained. Our preliminary study is however limited by the small amount of subjects.

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 avec mémoire en génie concentration technologie de la santé". Comprend des références bibliographiques (pages 101-107).
Mots-clés libres: dynamique inverse, forces et moments inter-segmentaires, prothèse totale de genou, angle 3D
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Hagemeister, Nicola
Codirecteur:
Codirecteur
Dumas, Raphaël
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt: 04 mars 2021 02:17
Dernière modification: 06 avr. 2021 16:04
URI: https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2679

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