Modélisation du comportement mécanique in vivo de fémurs prothésés : analyse rétrospective et prospective

par Florian Boucher

Thèse de doctorat en Bio-ingénierie, biomécanique, biomatériaux

Sous la direction de Marie-Christine Ho Ba Tho.

Soutenue en 2010

à Compiègne .

mots clés

• Modélisation biomécanique
• Remodelage osseux de Huiskes
• Patients jeunes
• Classement des résultats cliniques
• Modèle personnalisé patient
• Prothèse de Munting
• Biomécanique
• Prothèses de hanche
• Éléments finis, Méthode des
• Imagerie médicale

Résumé

La durée de vie d'une prothèse de hanche restant limitée, de nouveaux concepts d'implants cherchent à préserver le stock osseux des patients les plus jeunes. Ces travaux de thèse concernent le développement d'un modèle de calcul capable de prédire en rétrospectif et en prospectif l'adaptation osseuse obtenue cliniquement avec un de ces nouveaux concepts: « la prothèse de hanche sans tige de Munting » Dans un premier temps, une étude rétrospective multifactorielle d'une série de 103 jeunes patients opérés avec la prothèse de Munting a montré l'influence significative de la position de l'implant et de la masse du patient sur le remodelage osseux visible sur radiographies postopératoires. Après avoir modifié le modèle de remodelage osseux de Huiskes, une étude rétrospective multifactorielle par éléments finis 2D a permis de vérifier la bonne corrélation des résultats de calcul avec les observations cliniques. Dans un deuxième temps, nous avons développé un modèle 3D prospectif, personnalisé à partir de l'imagerie médicale d'une jeune patiente (16 ans) opérée avec une prothèse de Munting. Les résultats ont mis en évidence l'insuffisance d'un modèle de chargement 2D mais aussi la nécessité de modifier la loi de remodelage osseux dans le cas spécifique d'un os en phase de croissance. Notre démarche, qui s'est appuyée sur l'observation de résultats cliniques, devra permettre de contribuer au développement de nouveaux concepts d'implants pour les patients jeunes. La prise en compte d'un chargement 3D ainsi que l'utilisation de la méthodologie mise en place pour l'étude et le suivi prospectif de nouveaux cas personnalisés devrait permettre d'améliorer le modèle proposé.

Titre traduit

In vivo modeling of implanted hips : retrospective and prospective analysis

Résumé

As expected life of a hip prosthesis is still limited, new concepts of implants seek to preserve bone stock of the younger patients. This Ph. D. Thesis aims at developing and evaluating the potential of computer simulations to predict bone adaptation clinically observed with one of these new concepts: "the stemless Munting hip prosthesis" Initially, a retrospective multifactorial study involving a series of 103 young patients operated with the Munting hip prosthesis highlighted the significant influence of the position of the implant and the patient's weight on bone turnover seen on postoperative X-rays. After modification of bone remodeling model developped by Huiskes, a retrospective multivariate finite element 2D model was used to check the good correlation between calculated results and clinical observations. In a second step, we developed a patient specific 3D prospective model using medical imaging of a young patient (16 years) operated with a Munting hip prosthesis. The results have pointed out the inadequacy of a 2D loading model but also the need to modify the bone remodeling law in the special case of a bone growth phase. Our approach, which relied on observation of clinical outcomes, will help contribute to the development of new designs of implants for younger patients. 3D loading conditions and prospective study of additional clinical cases should help improving the proposed patient specific model in the future.