Caractérisation ultrasonore de l'interface os-implant
Auteur / Autrice : | Yoann Hériveaux |
Direction : | Guillaume Haïat, Vu Hieu Nguyen |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Sciences de l'ingénieur |
Date : | Soutenance le 03/03/2020 |
Etablissement(s) : | Paris Est |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Sciences, Ingénierie et Environnement |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Laboratoire de Modélisation et Simulation Multi-Échelle - Laboratoire Modélisation et Simulation Multi-Echelle / MSME |
Jury : | Président / Présidente : Sabine Bensamoun |
Examinateurs / Examinatrices : Vu Hieu Nguyen, Daniel Rittel, Sylvain Chatillon, Else Marie Pinholt, Jordi Caballe Serrano | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Daniel Rittel |
Mots clés
Résumé
Malgré le caractère routinier des interventions chirurgicales en implantologie, les risques d'échecs subsistent et peuvent être lourds de conséquences. L'issue clinique est directement liée au processus d'ostéointégration, qui correspond à la repousse osseuse au contact direct de l'implant. Ce travail porte sur le développement de techniques ultrasonores afin de caractériser les propriétés biomécaniques de l'interface os-implant (IOI), qui déterminent le succès de l'ostéointégration.Une première étude in vitro a permis d'estimer la sensibilité des ultrasons quantitatifs aux contraintes de compression générées au niveau de l'IOI. Pour cela, des échantillons d'os trabéculaire bovin ont été compressés sur des implants cylindriques et la réponse ultrasonore de l'IOI a été mesurée au cours de la compression. Une diminution significative du coefficient de réflection de l'IOI en fonction des contraintes a été obtenue jusqu'à ce qu'une contrainte seuil correspondant à la fracture de l'os soit atteinte.Dans un deuxième temps, la propagation ultrasonore à l'IOI a été modélisée et simulée d'abord numériquement puis analytiquement, ce qui a permis de distinguer l'effet de différents paramètres sur la réponse ultrasonore de l'IOI. En particulier, l'influence de la rugosité de l'implant a été étudiée à des échelles microscopique et macroscopique. Une diminution siginificative du coefficient de réflection de l'IOI a été démontrée lorsque (i) l'ostéointégration de l'IOI augmente, (ii) la rugosité de l'implant diminue, (iii) la fréquence centrale des ultrasons diminue et (iv) la masse volumique de l'os augmente. De plus, des phénomènes d'interférence ont été mis en évidence à l'échelle macroscopique.Enfin, le potentiel des ultrasons quantitatifs pour déterminer la stabilité d'implants dentaires a été évalué. La propagation ultrasonore dans un implant dentaire a été étudiée par des méthodes d'interférométrie-laser. L'analyse spectrale ainsi que du temps d'arrivée des premiers signaux a permis de démontrer la propagation d'une onde guidée le long de l'implant, ce qui a été confirmé numériquement. De plus, une étude in vivo sur lapins a permis de comparer les performances des ultrasons quantitatifs avec celles de l'analyse de la fréquence de résonance (RFA) afin d'estimer la stabilité d'implants dentaires. Une meilleure sensibilité aux changements de qualité et de quantité de l'os survenant durant l'ostéointégration a été obtenue avec les ultrasons quantitatifs.Grâce au couplage de méthodes numériques et expérimentales, ces travaux ont permis de mieux comprendre la propagation des ondes ultrasonores à l'IOI, ainsi que de valider les performances d'un dispositif médical visant à évaluer la stabilité d'implants dentaires.