Diapositive 1
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Etude pour la mise en œuvre d’un nouvel implant de stabilisation scapho-lunaire. Laetitia Rossi 24 Mai 2013 Directeur de thèse: JM. Linares Co-directeur de thèse : J. Mailhé Responsable entreprise : F. Impellizzeri 1 Sommaire 1. 2. 3. 4. Introduction Déplacements des os Dimensionnement /Simulation numérique Suite des travaux : essais expérimentaux mécaniques 5. Conclusions 2 Introduction • Carpe : 8 os sur deux rangées • 33 ligaments • 1ère rangée mobile » articulation avec radius et ulna » articulation avec 2ème rangée du carpe http://www.epaule-main.fr • Mouvements : » Flexion / extension » Inclinaisons radiale et ulnaire » Poignet : prono-supination 3 Ligament Scapholunaire • Ligament intra-articulaire unissant le scaphoïde et le semilunaire • Principal stabilisateur du scaphoïde http://www.epaule-main.fr 4 Ligament ScaphoLunaire • 3 parties : antérieure (palmaire), intermédiaire, postérieure (dorsale). Ligament P I A D’après RA Berger. D’après C. Sokolow Institut Français de Chirurgie de la Main. ORAN 2010 • Partie dorsale : casse en hyperextension • Caractérisé par sa raideur et sa force à la rupture 5 Ligament ScaphoLunaire • Raideur Vitesse de déplacement (mm/min) Raideur (N/mm) 50 66.4 ± 28.6 100 94.5 ± 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 Frupture 151N 62 N dispersion des résultats suivant la bibliographie 6 Lésions du carpe • Origines – Traumatismes – 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.1998 7 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 : D’après C. Dumontier. Examen clinique des traumatismes ligamentaires du poignet. Maitrise Orthopédique.1996 • Espace scapho lunaire > 3 mm • Angle scapho lunaire > 70° • Lunatum en extension (Dorsal Intercalated Segment Instability) 8 Traitements Schéma thérapeutique Cas aigus : brochage SL Cas chroniques : brochage SL + capsulodèse dorsale 2 : lésion complète ; potentiel de réparation correct Suture ligamentaire SL par chirurgie ouverte 3 : lésion importante ; désaxation du scaphoïde; rapports osseux normaux Reconstruction : os-ligament-os; reconstruction par 3 ligaments 4 : déchirure complète du lig; désaxation du scaphoïde mais réduction possible ligamentoplastie 5 : scaphoïde en position horizontale réduction spontanée impossible Arthrodèse STT Stade 5-> stade 4 par nettoyage de la fibrose péri osseuse 6 : atteinte des cartilages (SLAC 1 à 4) Résection de la 1ère rangée Arthrodèse des 4 os Classification de Garcia-Elias Arthrodèses 1 : simple lésion partielle; scaphoïde réductible et des cartilages sains Interventions parties molles Stade lésionnel 9 Projet STABILIMP • Rétablissement de la stabilité et de la mobilité après lésion du ligament scapholunaire EasyLock® • Cahier des Charges: – Matériau : Peek – Fixations EasyLock® – Procédés d’injection ± 10° p/r à l’axe perpendiculaire de la plaque 10 Matériau PEEK • PEEK (PolyEtherEtherKetone): – Polymère thermoplastique – Biocompatible – Elasticité proche de celle de l’os 11 Cahier des charges Semi Lunaire Scaphoïde FP1 Utilisation Poignet FC3 FC5 Biocompatible IMPLANT FC1 Charge imposée FC2 FC4 Environnement d’implantation 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. 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 Déplacement relatif entre scaphoide et semi-lunaire 14 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 Position neutre (référence) semilunaire scaphoide Inclinaison radiale Inclinaison ulnaire Flexion Profil neutre Extension 16 17 Résultats • Paramètres d’orientation et de position calculés dans toutes les configurations du poignet. Paramètres Moyenne • Exemple de la flexion SD Orientation(°) γ α z βy z x z y x y α -2.401 0.139 β -8.686 0.163 γ -10.666 0.17 Position(mm) x Tx 0.192 0.043 Ty -2.445 0.117 Tz -2.012 0.10318 Conclusions • Champ de déplacement de la main • Déplacements calculés = déplacements ligament SL • Données d’entrées pour dimensionnement d’un implant Implant M1 M2 dM1 dM2 M’2 M1’ 19 Conception et dimensionnement 20 Cahier des Charges – – – – – – – PEEK (E = 3.5-3.9GPa; σe = 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 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 σe(PEEK) 22 Compromis entre flexibilité et résistance Conclusions • Essais en traction • Dimensions maximales autorisées (encombrement) Géométrie 1 2 3 Raideur (N/mm) 50<K<100 < 15 60 Contraintes (MPa) > 90 80 90 23 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 Essais expérimentaux (à venir) 25 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 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 Merci pour votre attention Questions? 28
