Etude pour la mise en œuvre d un nouvel implant de stabilisation scapho-lunaire.
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- Clementine St-Cyr
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1 Etude pour la mise en œuvre d un nouvel implant de stabilisation scapho-lunaire. Directeur de thèse: JM. Linares Co-directeur de thèse : J. Mailhé Responsable entreprise : F. Impellizzeri Laetitia Rossi 24 Mai
2 Sommaire 1. Introduction 2. Déplacements des os 3. Dimensionnement /Simulation numérique 4. Suite des travaux : essais expérimentaux mécaniques 5. Conclusions 2
3 Introduction Carpe : 8 os sur deux rangées 33 ligaments 1 ère rangée mobile Mouvements :» articulation avec radius et ulna» articulation avec 2 ème rangée du carpe» Flexion / extension» Inclinaisons radiale et ulnaire» Poignet : prono-supination 3
4 Ligament Scapholunaire Ligament intra-articulaire unissant le scaphoïde et le semilunaire Principal stabilisateur du scaphoïde 4
5 Ligament ScaphoLunaire 3 parties : antérieure (palmaire), intermédiaire, postérieure (dorsale). Ligament P I A D après RA Berger. Partie dorsale : casse en hyperextension D après C. Sokolow Institut Français de Chirurgie de la Main. ORAN 2010 Caractérisé par sa raideur et sa force à la rupture 5
6 Ligament ScaphoLunaire Raideur Vitesse de déplacement (mm/min) Raideur (N/mm) ± ± 44.4 La raideur dépend de la vitesse des sollicitations D après James Duncan Johnston. Mechanical testing of the scapholunate ligament. Nov 2001 Force à la rupture F rupture 151N 62N dispersion des résultats suivant la bibliographie 6
7 Origines Traumatismes Lésions du carpe Associées aux fractures articulaires du radius distal et du scaphoïde Mécanismes de torsion du poignet Dégénératives Ligament scapho lunaire : potentiel arthrogène dû aux contraintes mécaniques Evolution en arthrose du poignet (SLAC-wrist) SLAC 2 D apres Ph.Saffar L instabilité du carpe. Maitrise orthopédique
8 Lésion scapholunaire Signe de Watson = ressaut provoqué quand on appuie fortement sur le tubercule du scaphoide en passant de l inclinaison ulnaire à radiale.(conflit avec radius) Radiographie : Espace scapho lunaire > 3 mm Angle scapho lunaire > 70 Lunatum en extension (Dorsal Intercalated Segment Instability) D après C. Dumontier. Examen clinique des traumatismes ligamentaires du poignet. Maitrise Orthopédique
9 Traitements Stade lésionnel 1 : simple lésion partielle; scaphoïde réductible et des cartilages sains 2 : lésion complète ; potentiel de réparation correct 3 : lésion importante ; désaxation du scaphoïde; rapports osseux normaux 4 : déchirure complète du lig; désaxation du scaphoïde mais réduction possible 5 : scaphoïde en position horizontale réduction spontanée impossible Schéma thérapeutique Cas aigus : brochage SL Cas chroniques : brochage SL + capsulodèse dorsale Suture ligamentaire SL par chirurgie ouverte Reconstruction : os-ligament-os; reconstruction par 3 ligaments ligamentoplastie Arthrodèse STT Stade 5-> stade 4 par nettoyage de la fibrose péri osseuse 6 : atteinte des cartilages (SLAC 1 à 4) Résection de la 1 ère rangée Arthrodèse des 4 os Classification de Garcia-Elias Interventions parties molles Arthrodèses 9
10 Projet STABILIMP Rétablissement de la stabilité et de la mobilité après lésion du ligament scapholunaire Cahier des Charges: Matériau : Peek Fixations EasyLock Procédés d injection EasyLock ± 10 p/r à l axe perpendiculaire de la plaque 10
11 Matériau PEEK PEEK (PolyEtherEtherKetone): Polymère thermoplastique Biocompatible Elasticité proche de celle de l os 11
12 Cahier des charges Scaphoïde Semi Lunaire Utilisation Poignet FC3 FP1 IMPLANT FC2 Environnement d implantation Biocompatible FC5 FC1 Charge imposée FC4 Moyens Fabrication FONCTION : Remplacer le ligament en résistant aux efforts extérieurs en respectant les contraintes d encombrement au niveau du poignet devant 5 millions de cycles.
13 Différentes étapes 1. Calculs déplacements entre scaphoïde et semi-lunaire Déplacements subis par le ligament Données d entrées pour le dimensionnement de l implant 2. Dimensionnement d une géométrie Validation par simulation numérique 3. Essais expérimentaux (à venir) Essais mécaniques essais en fatigue 13
14 Déplacement relatif entre scaphoide et semi-lunaire 14
15 Méthodologie Données DICOM Modèle 3D du poignet Modèle du scaphoide et du semi lunaire Modèles surfaciques de référence 5 positions Position de référence Déplacement relatif entre les os 15
16 Inclinaison radiale scaphoide Position neutre (référence) semilunaire Inclinaison ulnaire Flexion Profil neutre Extension 16
17 17
18 Résultats Paramètres d orientation et de position calculés dans toutes les configurations du poignet. Exemple de la flexion Paramètres Moyenne SD Orientation( ) z γ β y α x x z y x y z α β γ Position(mm) T x T y T z
19 Conclusions Champ de déplacement de la main Déplacements calculés = déplacements ligament SL Données d entrées pour dimensionnement d un implant Implant M1 M2 dm2 dm1 M 2 M1 19
20 Conception et dimensionnement 20
21 Cahier des Charges PEEK (E = GPa; σ e = 90 MPa) Injectable Raideur : 50 < K < 100N/mm Autorisation de la torsion ± 15 (raideur torsion faible) Autorisation de la flexion (raideur flexion faible) Déplacement en traction (1mm) Encombrement du poignet (dimensions) 21
22 Méthodologie Conception Bio inspirée basée sur la relation contraintes déplacements Géométrie Implant GBI : Géométrie Bio Inspirée Ligament σ implant σ PEEK Méthode Eléments finis Ud(déplacement) σ implant σ e (PEEK) 22 Compromis entre flexibilité et résistance
23 Conclusions Essais en traction Dimensions maximales autorisées (encombrement) Géométrie Raideur (N/mm) 50<K<100 < Contraintes (MPa) >
24 Conclusions Différentes géométries testées (en traction) Structures alvéolaires Optimisation des dimensions d un motif et du nombre de motifs répétés Problème en torsion optimisation torsion + traction Après validation numérique, essais expérimentaux 24
25 Essais expérimentaux (à venir) 25
26 Essais expérimentaux Matériel expérimental Machine 5 axes Platine dynamométrique (résolution 0.01N) Caméra thermique (échauffement) Essais en conditions normales (déplacements) Essais en fatigue (cycle de charge) A terme : essais sur pièces anatomiques 26
27 Conclusions Rétablir mobilité du carpe après lésion scapholunaire Implant simple, peu invasif avec système EasyLock Dimensionnement à partir du déplacement du ligament Validation des géométries par simulation numérique Essais expérimentaux sur dispositifs à venir Implant : compromis entre arthrodèse et ligament 27
28 Merci pour votre attention Questions? 28
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