ECOLE DE TECHNOLOGIE SUPÉRIEUR E UNIVERSITÉ D U QUÉBEC MEMOIRE PRESENTE A L'ÉCOLE DE TECHNOLOGIE SUPÉRIEUR E

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1 ECOLE DE TECHNOLOGIE SUPÉRIEUR E UNIVERSITÉ D U QUÉBEC MEMOIRE PRESENTE A L'ÉCOLE DE TECHNOLOGIE SUPÉRIEUR E COMME EXIGENCE PARTIELL E À L'OBTENTION D E LA MAÎTRISE EN GÉNIE MÉCANIQU E M.Ing PAR MÉRETTE, Jean-Sébastie n CONCEPTION D'UN ALESOI R ACETABULAIRE A DIAMETRE VARIABL E MONTREAL, LE 7 DECEMBRE 2007 Jean-Sébastien Mérette, 2007

2 CE MEMOIRE A ETE ÉVALUÉ PAR U N JURY COMPOSÉ D E : M. Yvan Petit, directeur de mémire Département d e génie mécanique à l'écle d e technlgie supérieur e M. Juli Femandes, cdirecteur de mémire Département d'rthpédie d e la faculté d e médecine de l'université d e Mntréal Mme Françise Marchand, présidente du jury Département d e génie mécanique à l'écle d e technlgie supérieur e M. Patrick Terriault, membre du jury Département d e génie mécanique à l'écle d e technlgie supérieur e IL A FAIT L'OBJET D'UNE SOUTENANC E DEVANT JURY ET PUBLIC LE 5 DÉCEMBRE À L'ÉCOLE D E TECHNOLOGIE SUPÉRIEUR E

3 REMERCIEMENTS Je désir e d'abr d remercie r prfndémen t m n directeur, Yva n Petit, pu r s n aid e e t s n supprt tu t a u ln g d e m a maîtrise. S a faç n d e m e dnne r de s cnseil s e t d e m'ffri r se s critiques m' a permi s d'apprendr e énrmément. J'a i e u beaucu p d e plaisi r à travailler ave c lui e t je cri s sincèremen t qu'i l es t u n directeu r exceptinnel. L e mieu x ave c Yva n es t qu'i l reste jeun e e t qu'i l n e s'élèv e pa s à u n nivea u supérieu r engendran t de s barrières. L a cmmunicatin es t tujurs agréabl e et simple avec lui. Je désire aussi remercier mn cdirecteur, M. Juli Femandes qui m'a dnn é ma chance dans le dmain e d u bimédical. S n humanit é e n tan t qu e médeci n e n fai t un e persnn e trè s particulière avec qui je suhait e cntinuer à cllabrer. Viva Brasil!!! Je tiens à suligner l'aid e d u persnnel d e l'ets, plus particulièrement Alexandr e Vigneaul t qui m' a facilit é l'accè s au x atelier s d e fabricatin. J e tiens auss i à remercie r M. Vict r Sngmene qui a été d'une grand e aide lrs de la partie usinage du prjet. Également, j e remerci e tu s me s cllègue s d u Labratir e d'imageri e e t d'rthpédi e d e l'hôpital Sacré-Cœu r (LIO-HSCM). Plu s particulièrement, j e tien s à remercie r Karin e Dupuis qui a été une surce de mtivatin e t une persnne avec qui j'ai bien riglé!! Merci à Mathieu Danserea u ave c qu i j'ai e u un e superb e cllabrati n su r n s prjet s respectifs. J e remercie auss i Dmini c Bisclai r e t Kajs a Duk e pu r leur s cnseil s lrsqu e j'épruvai s certains prblèmes. Je tiens à remercier également Annie Levasseur, assciée de recherche au LIO-HSCM, pu r s n aide inestimable. Annie es t tujurs l à pur répndr e à ns questin s et pssèd e un e grand e débruillardise, faisan t d'ell e un e asscié e d e recherch e hr s pair!! Merci auss i à Mathie u Carrier, m n binôme, qu i malgr é s n hrair e extrêmemen t chargé, s'est réservé du temps pur participer a u prjet e t nus apprter ses idées. Je remercie prfndément me s amis et ma famille pu r leu r présence e t leu r écute. Merci à Christine, Yves, Luise et Geneviève qu i nt été près de mi pendant tut ce temps.

4 CONCEPTION D'U N ALESOIR ACETABULAIRE A DIAMETRE VARIABL E MÉRETTE, Jean-Sébastie n RÉSUMÉ Au Canada, arthrplastie s d e l a hanche étaien t réalisée s e n Pu r chacun e de ces chirurgies, un temps cnsidérable est cnsacré à l'alésage acétabulaire. Ce prjet vis e à amélirer l'instrumentati n actuell e destiné e à l'alésag e acétabulair e afi n d e réduire l e temps pératire, l e nmbre d e manipulatins, le s erreurs chirurgicales, le s risques d'infectin e t l e temps d e stérilisatin. Pu r c e faire, l'apprch e méthdlgiqu e d e l a maisn d e l a qualité a été emplyée. L a cllabrati n de s différent s utilisateur s (chirurgiens, résidents, infirmiers - ères, représentant s e t persnne l d e stérilisatin ) perme t d'identifie r e n détail s leur s besins. Les caractéristique s critique s d e l a sluti n idéal e sn t définie s e n cmbinan t le s méthde s de Paret, de s effet s cumulé s e t de s «3N». Pa r l a suite, un e séri e d'étape s d e générati n d'idées sn t réalisée s e t plusieur s cncept s sn t prpsés. Un e étud e détaillé e d e tu s le s brevets existants et des demandes d'applicatin pu r brevets récemment dépsées est réalisée. Tus les cncepts prpsés snt évalués à l'aide de deux méthdes, sient l a matrice de Pugh et l a matrice d e décisin. Enfin, u n cncept ptimal es t prpsé. Le cncept final cnsiste en une lam e central e qu i déplac e hui t autre s lames, dispsée s e n frm e d e crix. Cett e lam e centrale es t activé e pa r u n systèm e d e pussi r inspir é d'u n mécanism e d e vis. L'uti l s e déplie su r l a plage 44m m à 66mm. Lrsqu e l a dimensin d'alésag e désiré e es t atteinte, u n système de serrage fndé su r le principe des mrs d'un étau, blque le s lames. Ce cncept es t validé pa r l a fabricatin d'u n prttype fabriqu é e n ABS par prttypage rapide. Par l a suite, des analyse s d e résistanc e sn t effectuée s pa r l a méthd e de s élément s finis. Le s analyse s simulent l e ca s ù le s lame s sn t cincée s dan s l' s acétabulaire, l a perceus e génèr e simultanément s n cuple maxima l e t l e chirurgie n appliqu e s a frc e maximal e su r l a perceuse. L'util, fai t d e titane, résist e généralemen t au x charge s mai s un e attenti n particulière di t éventuellemen t êtr e prté e à l a lam e A qu i subi e le s cntrainte s le s plu s imprtantes. Un brevet prvisire est dépsé et une série d'expérimentatins sn t à venir. Mts-clés: Acétabulum, alésir, universel, cnceptin

5 DESIGN O F A VARIABLE DIAMETER ACETABULAR REAME R MÉRETTE, Jean-Sébastie n ABSTRACT In Canada, 2524 hip arthrplasties were perfrmed i n Fr ail thse surgeries, an imprtant tim e i s dedicate d t acetabula r reaming. Thi s prjec t mean s t imprv e actua l instrumentatin f r acetabula r reamin g b y reducin g surger y time, numbe r f manipulatins, surgical errrs, infectins risk s and stérilisatin time. T d s, a methdlgical apprac h f the Qualit y Deplymen t Functi n ba s bee n used. Cllabrati n wit h différen t user s (surgens, résident, nurses, stérilisati n persnnel ) prvide d th e detaile d identificati n f their needs. Critica l characteristic s f th e idéa l sluti n ar e define d usin g thre e methds, Paret, cumulated effect s an d "3N". Next, a séries f idea s ar e generate d an d man y design s are prpsed. A detaile d revie w f ai l release d an d in-applicati n patent s ha s bee n perfrmed. A H the idea s are evaluated wit h tw methds, Pugh's matrix and décisin matrix. Finally, a design i s prpsed. This desig n cnsist s f a central blad e that drives eigh t ther s blades ( A an d Z ) i n the fr m f a crss. This centra l blad e i s activated b y a plunger Syste m inspired fr m a scre w mechanism. Th e t l i s déplyabl e thrughu t a 44m m t 66m m range. Whe n reamin g dimensi n i s reached, a tightening syste m base d n the jaws f a vise, lcks the blades. This design i s validated b y fabricatin f a prttype bui h i n ABS by rapid prttyping. I n additin, th e résistanc e analysi s ar e perfrme d wit h finit e élémen t methd. Thse analysis simulate the blades fixed agains t the acetabular bne, when the drill générâtes its maximum trqu e an d the surge n transmits hi s maximal frc e n the drill. The tl, built frm titanium, generall y resist s t th e lad s bu t spécia l car e need s t b e give n t blad e A which hld s critica l charges. A prvisina l paten t ha s bee n submitte d an d furthe r expérimentatins are planned i n near future. Key wrds: acétabulum, reamer, universal, design

6 TABLE DES MATIERES Page INTRODUCTION CHAPITRE Revu e de la littérature 3. Anatmi e descriptive de la hanche 3.. Principale s structures de la hanche 3..2 Cmpsiti n sseuse des s de la hanche 8.2 L'arthrplasti e ttale de la hanche 0.2. Démgraphi e et cûts Cause s Techniqu e chirurgicale L'alésag e acétabulaire Descripti n de l'instrumentatin 2.3. Évluti n de l'instrumentatin L'instrumentati n actuelle Le s différents système s d'alésage acétabulaire Cncept s d'alésirs à diamètre variable Cncept s d'alésirs pur la chirurgie minimalement invasive 3 CHAPITRE 2 Méthdlgie Prblématique, hypthèse et bjectifs Dépliemen t de la fnctin qualité L a méthde Le s besins du client Le s caractéristiques du prduit L a cnstructin de la maisn de la qualité Cntributi n des caractéristiques à la satisfactin de s besins Le s interrelatins entre les caractéristiques Analys e de la maisn de la qualité L e barème d'évaluatin Générati n de slutins Méthde s de génératin de slutins L a tempête d'idées L'analys e mrphlgique Chi x de la slutin Méthde s de cnvergence Essai s expérimentaux Test s d'alésage Test s de fnctinnalité Fabricati n de prttypes Mdélisati n tridimensinnelle et analyse de résistance Mdélisati n 3D 6 2

7 VII Charge s appliquées Analyse s par éléments finis Descripti n de s mdèles Prpriété s des mdèles Étude s de sensibilité Distributi n des cntraintes 6 6 CHAPITRE 3 Résultats Système de cupe Cncept s issu s de la cnvergence thérique Prttype s physiques des systèmes de cupe Résultat s des essais expérimentaux Cncep t Crème glacée Cncep t Taille brdure Cncep t final de système de cupe Système s à diamètre variable Cncept s issu s de la cnvergence thérique Systèm e de dépliement Systèm e de serrage Résultat s des essais expérimentaux Cncept s finaux de s systèmes à diamètre variable Cncep t final de système de dépliement Cncep t final de système de serrage Sluti n assemblée Évaluati n d e la slutin finale Analyse s par éléments finis Analys e du système de cupe Analys e de la lame A Analys e de la lame C Analys e du système glbal Descripti n d u mdèle Étud e de sensibilité Distributi n des cntraintes Rappe l du cncept final 0 3 CHAPITRE 4 Discussin Apprch e méthdlgique Analyse s de résistance Critiqu e de la slutin prpsée 5 CONCLUSION 2 0 ANNEXE I Le s besins du client 2 2

8 VIII ANNEXE I I Cahie r des charges 2 5 ANNEXE m Mais n d e la qualité 4 7 ANNEXE I V Méthde s effets cumulé s et «3N» 5 0 ANNEXE V Générati n d e slutins 5 5 ANNEXE V I Matric e de Pugh et matrice de décisin 7 ANNEXE Vil Fiche s techniques instrument s 8 2 ANNEXE VIII Dessin s techniques 8 4 ANNEXE IX Étud e des prthèses installées à Jean-Taln e n ANNEXE X Dnnée s des études de sensibilité 9 4 ANNEXE X I Cntraint e de Vn Mises et Tenseur de cntraintes 9 6 ANNEXE XII Sluti n préliminaire du système de serrage 9 7 ANNEXE XIII Méthdlgi e d u calcul de précisin des lames 9 9 APPENDICE A Breve t prvisire 20 LISTE DE RÉFÉRENCES 24 4

9 LISTE DES TABLEAU X Page Tableau. Nmbr e d'arthrplasties d e l a hanche, seln l'âg e e t l e sexe, Canada, e t Tableau 2. Le s besins et les caractéristiques d u prduit 4 0 Tableau 2. 2 List e des cntraintes et ntes à la cnceptin 4 2 Tableau 2.3 Évaluati n de s caractéristiques par la méthde des 3 «N» 4 7 Tableau 2.4 Bila n des deux études 5 0 Tableau 2. 5 Barèm e d'évaluatin 5 Tableau 2.6 Exempl e de matrice de Pugh 5 6 Tableau 3. Définiti n de s cntacts de l'assemblage 9 7 Tableau 4. Résum é de s cntrainte s appliquée s au x différent s mdèle s pa r éléments finis 0

10 LISTE DES FIGURE S Page Figure. Structure s sseuses de la hanche 4 Figure. 2 Articulati n d e la hanche 5 Figure. 3 Muscle s de la hanche 7 Figure. 4 Ner f sciatique 8 Figure. 5 Structur e de l's 8 Figure. 6 Radigraphi e de la hanche 9 Figure. 7 Répartitin, sel n l'âg e e t l e sexe, de s arthrplastie s effectuée s a u Canada en Figure. 8 Décmpsiti n de s pièces d'une prthèse ttale de hanche 4 Figure. 9 Descripti n des étapes d'une arthrplasti e ttale de la hanche 6 Figure. 0 Instrumentati n généralemen t utilisé e pur l'alésage acétabulair e 2 0 Figure. Cncep t mn-lame 2 2 Figure. 2 Alési r à pinte et lam e expansible 2 3 Figure. 3 Cncep t de râpe à frmage 2 4 Figure. 4 Cncep t d'alésir acétabulair e généralemen t utilis é aujurd'hui 2 5 Figure. 5 Outi l d'alésag e acétabulair e distribu é actuellemen t pa r l a cmpagni e Zimmer 2 5 Figure. 6 Frais e d'alésage mdèl e Trilgy de la cmpagnie Zimmer 2 6 Figure. 7 Plateau x d'alésirs acétabulaire s de la cmpagnie Zimmer 2 6 Figure. 8 Cncep t d'alésir expansibl e à balln et cuillère s 2 8 Figure. 9 Cncep t avec tris sectins et engrenages cniques 2 9 Figure.2 0 Cncep t d'alési r acétabulair e à tri s sectin s pivtante s e t frm e d'give 3 0

11 XI Figure.2 Cncep t d'alésir acétabulair e à quater sectins d'hémisphère 3 Figure.2 2 Cncep t à lame pliable 3 2 Figure.2 3 Alésir s cnventinnels pliables 3 3 Figure.2 4 Alési r cnventinnel trnqué 3 3 Figure 2. Schém a blc du dépliement de la fnctin qualit é 3 7 Figure 2.2 Diagramm e de Paret et des effets cumulé s 4 6 Figure 2.3 Curb e des imprtances relatives 4 8 Figure 2.4 Essai s expérimentau x ave c muss e d e plyuréthane(a ) e t bassin s d e veau(b) 5 7 Figure 2.5 Mul e acétabulaire e n UHMWPE 5 9 Figure 2.6 Simulati n de ' alésage acétabulaire su r une machine de tractin 6 3 Figure 3. Cncept s de systèmes de cupe issus de la cnvergence thérique 6 8 Figure 3.2 Prttype s de système de cupe A) Crème glacée et B)Taille brdure 6 9 Figure 3.3 Zne s d'aiguisage de s prttypes de systèmes de cupe 6 9 Figure 3.4 Type s de denture dans les utils de fraisage 7 0 Figure 3.5 Prtubéranc e de cupe sur le cncept Crème glacée 7 Figure 3.6 Systèm e de cupe à quatre flûtes 7 4 Figure 3.7 Prpriété s du système de cupe 7 5 Figure 3.8 Nmbr e de lames ptimal d u système de dépliement 7 6 Figure 3.9 Caractéristique s du système de dépliement 7 7 Figure 3. 0 Mécanism e d'activati n cmprenan t l e pussi r e t l a ru e d e dépliement 7 8 Figure 3. Systèm e de serrage avec serre cnique 8 0 Figure 3.2 Caractéristique s gémétriques de la lame centrale 8

12 XII Figure 3.3 Psitin s critiques d u système de dépliement 8 2 Figure 3.4 Gémétri e des mrs 8 2 Figure 3.5 Cncep t glbal: assemblage des sus-systèmes 8 3 Figure 3.6 Charge s appliquées su r la lame A 8 5 Figure 3. 7 Zn e d'applicatin d e l'encastrement d e la lame A 8 5 Figure 3.8 Curb e de sensibilité de l'étude pa r éléments finis de la lame A 8 6 Figure 3.9 Distributi n imagé e de s cntrainte s d e V n Mise s su r l a lam e ayan t un maillage de,25m m 8 7 Figure 3.20 Distributi n d u tenseur des cntraintes sur la lame A 8 8 Figure 3.2 Distributi n de s charge s su r l a Lam e C pur le s simulatin s FLUT E et BRAS 9 0 Figure 3.22 Descripti n de s angles d'applicatin de s charges du cas BRAS 9 0 Figure 3.23 Curb e de sensibilité de l'étude par éléments finis de la lame C 9 Figure 3.24 Distributi n de s cntrainte s d e V n Mise s d u ca s FLUT E ave c u n maillage de m m 9 2 Figure 3.25 Tenseu r de cntraintes pur l'étude FLÛTE de la lame C 9 3 Figure 3.26 Distributi n de s cntrainte s d e V n Mise s d u ca s BRA S ave c u n maillage de m m 9 4 Figure 3.27 Tenseu r des cntraintes pur le cas BRAS de la lame C 9 5 Figure 3.28 Distributi n de s charges sur le mdèle glbal 9 6 Figure 3.29 Curb e de sensibilité de l'étude pa r éléments finis du mdèle glbal 0 0 Figure 3.30 Vu e d'ensemble d u mdèle glbal avec les cntraintes de Vn Mises 0 Figure 3.3 Vu e lcale du mdèle glbal des cntraintes de Vn Mises 0 2 Figure 3.32 Vu e lcale du tenseur de cntraintes du mdèle glbal 0 3 Figure 3.33 Cncep t final d'alésir acétabulair e à diamètre variable 0 4

13 Figure 4. Interface s e n cntact créant des sur-cntraintes 5 XIII

14 LISTE DES ABRÉVIATIONS, SIGLES ET ACRONYMES ABF Arthrplasti ABS Acrylnitril ATH Arthrplasti DFQ Dépliemen DDL Degr ICI S Institu e à basse fricti n e Butadièn e Styrèn e e ttale de la hanche t d e la fnctin qualit é é de liberté t Canadien d'infrmatin su r la Santé PMMA Plyméthacrylat e d e méthyl N Nivea u PE Plyéthylèn PU Plyuréthan RCRA Registr UHMWPE Ultra-Hig 3D Tri a Cntraint E Mdul s Défrmati e e e Canadien des Remplacements Articulaire s h Mlecular Weight Plyéthylène s Dimensins e e d'yun g n

15 LISTE DES SYMBOLES ET UNITES DE MESURE UNITÉS GÉOMÉTRIQUE S UNITES MECANIQUE S Lngueur m mm p mètre millimètre puce Vitesse mm/sec mm/min RPM millimètre par secnd e millimètre par minute Turs par minute Surface mm^ Vlume mm Angle millimètre carré millimètre cube degré UNITES DE MASSE Masse kg mg kilgramme gramme milligramme Frce kn N Cntrainte GPa MPa Cuple N-m Lbs-p kilnewtn Newtn gigapascal mégapascal Newtn-mètre livres frces-puc e Densité kg/m^ g/cm^ mg/cm kilgramme pa r mètre cube gramme pa r centimètr e cube milligramme pa r centimètr e cube

16 INTRODUCTION Depuis le s vingt dernières années, l a médecine es t assaillie pa r un e quantité impressinnant e de nuveau x prduit s e t d e nuvelle s technlgies. Généralement, ce s prduit s visen t à simplifier le s manipulatin s effectuée s pa r le s utilisateur s u à amélire r l a sant é pst - pératire de s patients. Par ailleurs, l a ppulatin s e fait vieillissant e e t u n nmbre crissan t de persnne s âgée s nécessiten t de s sin s hspitaliers. E n 2006, plu s d e remplacements articulaire s (gen u e t hanche ) étaien t réalisé s à traver s l'ensembl e de s hôpitaux canadiens. Ce nmbre a pratiquement dubl é su r une curte péride de dix ans. Les deux principale s raisn s expliquan t c e phénmène sn t certainemen t l e vieillissemen t d e l a ppulatin e t les percées technlgiques effectuée s e n médecine. Aujurd'hui, l'implantati n d'une prthès e es t devenu e un e chirurgi e qu i cmprt e pe u d e risque s e t qu i amélir e grandement l a qualité d e vi e de s patients. Cette augmentati n d u nmbr e d e remplacement s articulaires entraîn e dn c un e cnséquenc e majeure, si t l e manqu e d e mai n d'œuvr e spécialisée. Ave c u n nmbr e relativemen t cnstan t d e chirurgien s rthpédistes, le s temp s d'attente pu r effectue r tute s ce s chirurgie s sn t nécessairemen t augmentés. Un e sluti n s'impse : les chirurgie s diven t êtr e plu s efficaces. L e recur s au x nuvelle s technlgie s devient alrs une ptin intéressante. Plus particulièrement, l'arthrplasti e ttal e d e l a hanch e cnstitu e un e parti e imprtant e d e ces chirurgies. L e remplacement d e cette articulatin d e type sphérïd e cnsist e à substitue r la tête fémral e pa r un e prthès e s'inséran t dan s l e fémur ains i qu e l a surfac e articulair e d e l'acétabulum d u bassi n pa r un e prthès e hémisphériqu e creuse. L a réalisati n d e cett e chirurgie nécessit e plusieur s étape s bie n définie s ayan t leu r instrumentati n adaptée. Un e d e ces étapes cnsiste à aléser l's acétabulaire usé u malade pur ensuite implante r l a prthèse sur u n s saignan t e t sain. Lr s d e cett e étape, le s même s manipulatin s sn t répétée s à plusieurs reprise s afi n d'bteni r l e résulta t escmpté. Ce s répétitin s d e manipulatin s n t pur cnséquenc e d'augmente r l e temp s pératir e e t d'augmente r le s risque s d'erreur s chirurgicales e t d'infectins. D e plus, ces manipulatin s nécessiten t un e quantité imprtant e de pièce s qu i diven t êtr e nettyées, transprtées, stérilisée s e t emballée s à chaqu e

17 utilisatin. Ainsi, i l sembl e éviden t qu'u n uti l mieu x adapt é à ce s manipulatin s serai t intéressant pu r le s utilisateurs. L e présen t travai l prps e dn c u n nuve l alési r acétabulaire mieu x adapté aux manipulatins devan t être effectuées e n salle d'pératin. Plu s particulièrement, c e prjet vis e à réduire l e nmbre d e manipulatins pératires, l e nmbre d'instruments médicau x à manipuler, l e temp s d'pératin, le s risque s d'infectins, le s erreurs chirurgicales ains i que l e temps attribué au nettyage, a u transprt, à la stérilisatin e t à l'emballage. L'étud e mèn e à l a fabricati n d'u n prttyp e cnceptue l d u nuve l alési r acétabulaire. Afin d e bie n situe r l e lecteur, l a premièr e secti n d e l a revu e d e littératur e présenté e a u Chapitre résume le s structure s anatmique s impliquée s lr s d e l a chirurgie. Ensuite, l a deuxième sectin décrit la chirurgie de l'arthrplastie ttale de la hanche en détails en prtant une attenti n particulièr e à l'alésage acétabulaire. Finalement, l a trisième secti n prt e su r l'instrumentatin e n détails, sn évlutin et les brevets reliés au nuveau dévelppement. Le Chapitre 2 abrde l'apprche méthdlgiqu e d u prjet. Tutes le s étapes du dépliemen t de l a fncti n qualit é sn t expliquée s e t le s résultat s principau x sn t dnnés. Un e secti n prte su r le s expérimentatin s e t le s prttype s effectués. L a demièr e secti n présent e l a méthdlgie emplyée pur analyser l a résistance du nuvel util par éléments finis. Quant au Chapitre 3, il présente les résultats imprtants reliés au prjet. L e chapitre est divisé en deu x grande s sectins. L a premièr e décri t e n détail s l a sluti n prpsé e ains i qu e le s résultats de s expérimentatins effectuées. L a deuxième présent e le s résultats d e l a résistanc e de l'util via les analyses par éléments finis. Finalement, l e Chapitr e 4 effectu e u n retu r su r l'ensembl e d u prjet. L e prje t es t critiqu é sus ses aspects méthdlgiques e t ses résultats. Les frces ains i que les faiblesses d u prje t et de l a slutin prpsé e sn t analysées. Les perspectives d e dévelppement sn t également présentées dans l e but d'une éventuelle pursuite du prjet.

18 CHAPITRE REVUE DE LA LITTERATUR E. Anatmi e descriptive d e la hanche Dans l e bu t d e bie n cmprendr e l'interventi n chirurgical e d e l'arthrplasti e d e l a hanch e ainsi que l'instrumentatin utilisé e pur cette demière, i l est primrdial de cnnaître certaine s cmpsantes anatmiques qui snt décrites dans cette sectin... Principale s structures d e la hanche Par définiti n : «Les articulatin s sn t de s pint s d e cntac t d e deu x u plusieur s s. Ns articulatins assuren t deu x fnctin s essentielles : elles cnfèren t à ntr e squelett e un e certaine mbilit é e t relien t n s s entr e eu x tu t e n juant parfi s u n rôl e d e prtectin.» (Tirée de Marieb, 2005, p.258). Il exist e tri s type s d'articulatins, si t le s articulatin s fibreuses, le s articulatin s cartilagineuses e t le s articulatin s synviales. Le s articulatin s fibreuses, cmm e l e crâne, n'nt n i cavit é articulair e n i cartilag e e t sn t relié s pa r d u tiss u cnjncti f dense. Le s articulatins cartilagineuses, cmm e le s disque s intervertébraux, sn t dépurvue s d e cavit é articulaire mai s sn t relié s pa r d u cartilage. Quan t au x articulatin s synviales, cmm e l a hanche, elle s unissen t le s s pa r l'intermédiair e d'un e cavit é articulair e rempli e d e liquide synvial e t d'un cartilage. La hanche es t d'ailleurs l'articulati n qu i reli e l e bassin à l a jambe e t plus précisément, l' s cxal a u fému r (Figur e.). C'es t un e articulati n d e typ e sphérïd e ù l a têt e fémral e

19 (sphère) es t embîté e dan s l'acétabulum ' (hémisphèr e creux ) d e l' s cxa l (Figur e.2 A e t Figure.2B). SI ' >H,, ViC - VI ^ si l_ rri\ s cl lin OH rihi Antérieur car Pstérieur Figure. Structures sseuses de la hanche. (Adaptée de Butillier et Outrequin) Chacun d e ces s est purvu d'un e cuch e d e cartilage articulair e afi n d'bteni r u n meilleu r glissement entr e le s surfaces. D'ailleurs, l a cavité synvial e (Figur e.2a), ù l' n retruv e un liquide lubrifiant, répn d à ce même besin. Quant au burrelet articulaire (Figur e.2a), il a cmm e bjecti f d'augmente r l a prfndeu r d e l a cavit é articulaire, diminuan t ains i le s risques de luxatin de la hanche. Les mts acétabulum et ctyle snt synnymes.

20 Cartilage articulaire Burrelet acétabulaire Tête fémrale ^^'cv4 Os cxal (hanche) (a) Cavdé synviale Capsule articulaire i Hanch e drite, vue frntale Hanche drite, vue latérale Épine ifiaque antér-inférieure Hanche drite, vue frntale (d) Hanch e gauche, vue frntal e Figure.2 Articulatin de la hanche. (Adaptée de Marieb, 2005, p.275 et University f Glasgw. Institute f Bimédical and Life sciences, 2000) Tel qu'illustré s au x Figure.2 c et Figure.2d, tris ligament s principau x sutiennen t la hanche et renfrcent l a capsule de l'articulatin. Les ligaments ili-fémral e t ischi-fémral empêchent l'hyper-extensi n d e l a cuiss e tandi s qu e le ligamen t pub-fémra l limit e l'abductin. Ce s ligaments juen t u n rôle extrêmemen t imprtan t dan s l a stabilité d e la hanche. Les ligament s sn t présent s pu r retenir et stabiliser le s articulatin s alr s que c e snt les muscles qui nt cmme fnctin d e créer le muvement. Plusieurs muscles s'attachent su r le bassin e t le fému r afi n d e prvquer l e muvemen t d e ces derniers. E n fait, n retruve

21 envirn 2 muscles qu i relient l' s cxa l à la jambe. Tutefis, pu r le s besins de ce prjet, seuls les muscles les plus tuchés lr s de l'arthrplastie d e la hanche snt décrits. Tel qu'illustr é à l a Figure.3, 3 muscles (e n ruge ) sn t situé s prê t d e l'articulati n e t nt un impac t su r l a techniqu e chirurgicale. Le s peti t (e), mye n (c ) e t gran d (b ) fessier s s'attachent tu s su r l e gran d trchante r (Figur e.2c ) e t diven t êtr e écarté s lr s d e l'interventin. Le s muscle s pirifrm e (h), carr é fémral, jumea u supérieu r e t inférieur, bturateur intern e e t extern e (g ) sn t tu s pstérieur s a u fému r e t diven t êtr e tenu s pu r cmpte lr s d e l a dislcatin d e l'articulatin. L e muscle ili-psa s (d ) est attach é antérieu r au pelvi s mai s pstérieu r a u fému r e t di t dn c êtr e écart é lrsqu e l a têt e fémral e es t réséquée. Quan t au x muscle s dri t (i ) d e l a cuisse, sartriu s e t tenseur d u fasci a lat a (f), il s snt tris muscles lng s qu i s'attachent prè s du genu mais qui n t également u n impac t su r la dislcatin de l'articulatin d e la hanche.

22 Obturateur interne ^ / ( ^ Carré fémral Figure.3 Muscles de la hanche. (Adaptée de Médical Multi Media grup, 2003 et Université de Washingtn. Pépartement de radilgie, 2000a) Enfin, la demière stmcture ayant un impact sur la technique chimrgicale est le nerf sciatique (Figure.4). Celui-c i pass e entr e l e petit trchanter (Figur e.4 ) e t la tubérsité ischiatiqu e (Figure.4 ) e t assur e l'innervati n à l a fi s sensitiv e e t mtric e d'un e parti e d u membr e inférieur. Lr s d e l a chimrgie, i l es t trè s imprtan t d'évite r le s cntact s ave c c e ner f qu i purraient ccasinner des cnséquences aux membres inférieurs.

23 Nerf sciatique Nerf fibulaire cmmun Nerf tibial Tubérsité ischiatique Petit trchanter Figure. 4 Nerf sciatique. (Adaptée de Netter, 2004, p.479)..2 Cmpsiti n sseuse des s de la hanche Cmme i l ser a expliqu é plu s tard, l'arthrplasti e d e l a hanch e cmprt e un e étap e ù un e certaine quantit é d' s di t êtr e alésée. Afi n d'effectue r c e typ e d e tâch e mécanique, le s prpriétés mécaniques d u matériau, e n l'ccurrence l's humain, snt identifiées. Tut d'abrd, i l exist e deu x type s d' s si t l' s crtica l e t l' s trabéculaire. Nrmalement, l's crtica l représent e l a cuch e extérieur e e t l' s trabéculaire, l a cuch e intérieure. L a Figure. 5 illustre ces différentes stmcture s ainsi que le cartilage articulaire, qui est la surfac e de cntact d'une articulatin. Os trabëc:ulair e Os crtica l Cartilage articulair e Figure. 5 Structure de l's. (Tirée de Marieb, 2005, p. 86)

24 La différenc e d e cmpsiti n d e ce s deu x type s d' s es t majeur e e t affect e d e faç n cnsidérable leu r densité. Pa r exemple, l a densit é d e l' s crtica l es t autu r d e l,8g/cm ^ tandis qu e cell e d e l' s trabéculair e es t autu r d e g/cm^. Ce s différence s s'bserven t trè s bien sur une radigraphie planaire cmme la Figure.6. Figure. 6 Radigraphie de la hanche. (Adaptée de Université de Washingtn. Département de radilgie, 2000b) Sur un e radigraphie, l e nivea u d e gri s es t directemen t prprtinne l à l a densit é e t l'épaisseur d u matériau. Le s endrit s ù l e blanc prédmine, cmm e l e cntur d u fému r e t l'acétabulum, sn t cmpsés principalement d's crtica l e t snt principalement situé s sur le purtur d e l's. Le s endrits plus smbres, cmme l e cl fémral e t l e crps d e l's cxal, se cmpsent principalement d's trabéculaire mins dense. Ces deu x type s d' s cmpsen t l e squelett e humai n mai s i l e n exist e de s dérivés. Pa r exemple, l' s sus-chndra l ( «khndrs» signifi e cartilag e e n grec ) es t un e minc e cuch e sseuse d e 0, à 2 mm que l'n retruv e dans le s articulatins, su s l e cartilage. C'est u n s trabéculaire qui, mdifié pa r la présence d u cartilage articulaire, jue u n rôle primrdial dan s l'amrtissement de s chcs.

25 0 La cnnaissanc e de s prpriété s mécanique s d e ce s type s d' s devien t dn c u n atu t trè s imprtant à l a cncepti n d'u n uti l d'alésag e acétabulaire. Un e étud e d e We i e t al. (2005 ) mntre qu e le s prpriété s mécanique s d e l' s sus-chndra l s e situen t entr e celle s d e l' s trabéculaire e t d e l' s crtical. Pa r exemple, l e Mdul e d'yun g d e l' s sus-chndra l pelvien es t d e 700MP a tandi s qu e celu i d e l' s crtica l es t d e 7 OOOMP a e t celu i d e l' s trabéculaire es t d e 600MPa. L e cefficien t d e Pissn (0.3 ) es t l e même mai s l a densité es t différente. L' s sus-chndra l pssèd e un e densit é d e.0 7 g/c m tandi s qu e cell e d e l' s crtical es t d e. 8 g/cm ^ e t cell e d e l' s trabéculair e d e g/cm^. Ce s différence s dan s le s prpriétés mécaniques aurnt certainement u n impact lr s de l'alésage..2 L'arthrplasti e ttal e de la hanche Ayant désrmai s un e meilleur e cnnaissanc e d e l'anatmi e d e l a hanche, i l es t pertinen t d e décrire l'interventi n d'un e arthrplasti e ttal e de la hanche (ATH ) ainsi qu e le s facteurs s' y rattachant..2. Démgraphi e et cûts Seln l e RCRA (Registre Canadie n des Remplacements Articulaires, 2006), les persnnes les plus susceptible s d e subi r un e AT H sn t le s femme s (57% ) entr e 7 5 e t 8 4 an s (32%). D'ailleurs, l e phénmèn e d e vieillissemen t d e l a ppulati n a u n impac t imprtan t su r l e nmbre d'at H qu i augment e substantiellemen t chaqu e année. E n , i l y a e u AT H a u Canada, si t un e augmentati n d e 52% ) su r di x ans. D e plus, e n bservan t l e Tableau., n dént e un e nuvell e tendanc e a u sei n de s an s à subi r deu x fi s plu s d'ath qu'i l y a di x ans. De s facteur s récemmen t cnstaté s cmm e l'bésit é u l a frm e physique purraient être en cause.