Méthodes ultrasonores et approches multi modalités pour la caractérisation biomécanique multi-échelle de l'interface os - implant

par Vincent Mathieu

Thèse de doctorat en Physique. Acoustique

Sous la direction de Guillaume Haïat.

Soutenue en 2011

à Paris 7 .


  • Résumé

    Ce travail de thèse porte sur le développement de méthodes pour la caractérisation des propriétés biomécaniques de l'interface os-implant. Dans la première partie, un dispositif ultrasonore destiné à l'étude de la stabilité d'implants dentaires est présenté. La réponse ultrasonore d'implants cylindriques en titane (modélisant un implant dentaire) insérés ex vivo dans le fémur du lapin à une excitation de fréquence 10 MHz est sensible à la quantité d'os en contact avec le parois de l'implant. Les phénomènes de propagation ultrasonore dans l'implant sont décrits par un modèle phénoménologique et par simulations numériques par différences finies, mettant en évidence l'importance des ondes latérales. Les simulations montrent également le potentiel de la technique pour suivre les variations de plusieurs paramètres déterminants pour l'ostéointégration de l'implant. La seconde partie met en oeuvre une approche multi modalités utilisant un modèle animal dédié. Des pastilles en titane sont implantées in vivo sur la partie proximale du tibia du lapin pendant une durée de cicatrisation définie. La technique de diffusion micro-Brillouin permet de mesurer les propriétés élastiques de l'os néoformé à l'échelle microscopique. L'effet du temps de cicatrisation sur la réponse ultrasonore de l'interface os-implant obtenue en mode échographique a été mis en évidence. L'évolution, des propriétés biomécaniques de l'interface os-implant au cours du processus d'ostéointégration explique les résultats obtenus. Enfin, des essais de clivage mécanique réalisés en mode III permettent d'estimer l'énergie d'adhésion entre le titane et l'os en présence de phénomènes de frottement interfacial.

  • Titre traduit

    Ultrasonic Methods and Multi Modality Approaches for the Multi Scale Biomechanical Characterization of the Bone : Implant Interface


  • Résumé

    This work deals with the development of methods for the characterization of the biomechanical properties of the bone implant interface. In the first section, an ultrasonic device dedicated to the study of the stability of dental implants is introduced. The 10 MHz ultrasonic response of cylindrical titanium implants (mimicking dental implants) inserted ex vivo in rabbit femoral bone is sensitive to the amount of bone in contact with the boundaries of the implants. Ultrasound propagation phenomena occurring in the implant are described both by an empirical model and by fïnite difference numerical simulations, showing the importance of the lateral waves. Numerical simulations also enable to assess the potentiality of the technique for the monitoring of the variations of critical parameters for the osseointegration of the implant. The second section describes a multimodality approach using a dedicated animal model. Coin shaped titanium implants are inserted in vivo on the proximal part of the tibia of the rabbit during seven weeks of healing time. Micro Brillouin scattering technique allows to measure the elastic properties of newly formed at the micrometer scale. The effect of healing time on the ultrasonic response of the bone-implant interface obtained in echographic mode was shown, this influence being explained by the evolution of the biomechanical properties of the bone-implant'interface during the osseointegration process. Eventually, mechanical cleavage tests realized in mode III allows to estimate the adhesion energy between titanium and bone in presence of interfacial friction phenomena.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (162 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 286 réf.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris Diderot - Paris 7. Service commun de la documentation. Bibliothèque Universitaire des Grands Moulins.
  • PEB soumis à condition
  • Cote : TS (2011) 106
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