Anatomie et physiologie de l’articulation de la hanche

Types d’alésoirs

L’arthroplastie totale de la hanche implique une immobilisation du patient sur une plus ou moins longue période. Le temps d’immobilisation d’un patient peut parfois s’avérer très important. Au Canada, l’hospitalisation médiane d’un patient est de 5 jours en 2006-2007. Ce temps représente une diminution de 37,5% sur une période de 10 ans (Institut canadien d’information sur la santé, 2009). Selon le Dr Julio Fernandes, en 2011, un patient qui a subi une opération dans la matinée peut déjà s’assoir en fin de journée. La seconde journée, il sort du lit et marche à l’aide d’une marchette. Dans les 48h, il monte et descend des escaliers et il quitte l’hôpital dès qu’il est autonome. Pour réduire ce temps d’hospitalisation, avec les années, les chirurgiens ont réduit considérablement la taille de l’ouverture cutanée. Avec cette tendance, une nouvelle famille de techniques chirurgicales minimalement invasives (CMI) a vu le jour. Aujourd’hui, les alésoirs acétabulaires peuvent être classés en deux grandes familles : les alésoirs CMI et les alésoirs conventionnels. Les alésoirs dits conventionnels les plus répandus sont des alésoirs généralement fabriqués par la compagnie PRECIMED SA. Ces alésoirs ont comme principe d’utiliser une surface hémisphérique creuse sur laquelle se trouvent plusieurs petits couteaux. Ces couteaux ressemblent aux dents d’une râpe à fromage. Lorsque ceux-ci sont mis en rotation, ils coupent et emmagasinent l’os dans leur cavité creuse. Ils ont un diamètre fixe et sont disponibles en incrément de 1 ou 2 mm sur le diamètre. Trois exemples de têtes d’un alésoir conventionnel (46, 52 et 60 mm de diamètre) sont présentés à la figure 1.7.

Pour que les alésoirs CMI puissent s’introduire dans une petite incision, la surface hémisphérique des alésoirs conventionnels est parfois tronquée sur une ou plusieurs parties. Plusieurs chercheurs ont vérifié si les alésoirs CMI obtiennent une qualité de coupe comparable aux alésoirs conventionnels. Baad-Hansen et al. (2006) ont conclu qu’il n’y avait aucune différence significative entre les deux types. Par contre, Davisdon et al. (2006) ont démontré que les alésoirs CMI diminuent la précision de coupe de 11%. Macdonald et al. (1999) et Ostbyhaug et al. (2010) ont précisé que pour avoir une bonne ostéo-intégration de la prothèse, il faut avoir une bonne stabilité initiale et une bonne congruence entre la surface de l’implant et l’os. Macdonald et al. (1999) ont comparé un nouveau design d’alésoir avec les alésoirs conventionnels. Leurs résultats démontrent que le prototype procure une meilleure qualité de surface, ce qui pourrait donner une meilleure stabilité initiale et augmenter l’ostéo-intégration de la prothèse.

De plus, l’encombrement de ces instruments et les coûts reliés à l’entreposage et à la stérilisation sont également importants. À l’aide de l’expertise du Dr Julio Fernandes et du professeur Yvan Petit du laboratoire d’imagerie et d’orthopédie de l’hôpital du Sacré-Coeur de Montréal, un nouveau projet de concept d’alésoir acétabulaire a été proposé à M Jean- Sébastien Mérette dans le cadre de son projet de maîtrise de l’École de technologie supérieure. Le principe de fonctionnement du nouveau concept a fait l’objet d’une demande de brevet (Petit et al., 2009). La conception a comme principe de remplacer un grand nombre d’alésoirs par un seul outil. Pour ce faire, l’alésoir acétabulaire à diamètre variable (ADV) inclut un mécanisme qui permet de modifier son diamètre sans entrée/sortie de la plaie ni changement de composantes. On peut visualiser la conception proposée par Jean-Sébastien Mérette à la figure 1.8. Cette conception est composée de 17 pièces, dont : 4 lames Z, de 4 lames A, d’une lame C, d’un poussoir, d’une serre, de 4 mors, d’une roue de déploiement et du manche. La serre permet de maintenir les mors et les lames en place. Le manche guide les mors et le poussoir et sert de jonction avec la perceuse. Pour finir, la roue de déploiement permet de faire le déploiement ou la rétraction des lames.

Qualité de surface de l’alésage

Plusieurs chercheurs ont essayé de déterminer les critères importants qui doivent être vérifiés pour déterminer si une cavité a une bonne qualité ou une mauvaise qualité de surface. Ostbyhaug et al. (2010) mentionnent l’importance de réduire les micromouvements pour favoriser l’ostéo-intégration de la prothèse. Des micromouvements inférieurs ou égaux à 28 μm permettent une bonne croissance osseuse autour de l’implant et une bonne stabilité à long terme. Par contre, lorsque ces micromouvements dépassent 150 μm, il y a formation d’une membrane fibreuse autour de l’implant qui élimine le processus d’ostéo-intégration. Les micromouvements sont cruciaux, mais l’espace entre l’os et la prothèse est également important. Un espace supérieur de 0,35 mm ne peut être comblé par la repousse osseuse (Macdonald et al., 1999). Plusieurs techniques ont été utilisées pour évaluer cette cavité hémisphérique. Macdonald et al. (1999) ont effectué une empreinte de chacune des cavités à l’aide de pierre d’empreinte dentaire.

Par la suite, chacune des empreintes a été numérisée par un système tridimensionnel de mesure. Ce système de mesure permet à l’aide d’un capteur à bille de 4 mm de diamètre de palper l’empreinte et de la reconstruire numériquement dans un logiciel. Pour chacune des numérisations, une sphère parfaite fut calculée et positionnée à l’aide de la méthode des moindres carrés. Cette méthode permet d’obtenir le diamètre de la sphère, la variation positive et négative et l’écart type des points autour de cette sphère. Ils concluent que les alésoirs conventionnels ne permettent pas d’avoir une qualité de coupe précise. De plus, ils mentionnent que leur prototype qui a été conçu pour améliorer la qualité de coupe et réduire les erreurs de cavité donne de meilleurs résultats. L’approche qu’ils ont utilisée présente néanmoins certaines limites. La solidification de la pierre d’empreinte dentaire (dental alginate) peut générer une réduction du volume. Une étude démontre que la pierre d’empreinte dentaire peut se contracter jusqu’à 5,85% (Sun, Li et Chu, 2010). Cette réduction de volume peut générer des erreurs dans les résultats.

Une autre technique, utilisée par Baad-Hansen et al. (2006), consiste à numériser la cavité à l’aide d’un numériseur tridimensionnel à laser de haute définition (ATOS II SO-Advanced Topometric Sensor II Small Objects, GOM, Braunschweig Germany). Cette technique permet d’étudier de 300 à 70,000 points en moyenne. De plus, pour augmenter la précision de mesure, cette méthode consiste à numériser directement l’acétabulum alésé plutôt que d’utiliser une empreinte de la cavité. Cette numérisation peut également être analysée par la création d’une sphère parfaite et positionnée par la méthode des moindres carrés. Dans cette étude, les auteurs ont comparé le diamètre des outils numérisés avec ceux des cavités alésées. Ils concluent qu’il n’y a aucune différence significative entre les cavités alésées effectuées par les alésoirs acétabulaires CMI et les alésoirs conventionnels. Cette technique est intéressante car elle ne passe pas par l’intermédiaire d’une empreinte et la précision du numériseur tridimensionnel à laser est de haute définition (précision de 0.02 mm3 pour un volume de 1 m3). Cette approche semble la plus adaptée et la plus efficace pour des essais in vitro.

Davidson et al. (2006) utilisent la tomographie à rayons X (TRX) pour générer le modèle tridimensionnel de la cavité alésée (Davidson et al., 2006). Le nombre de points générés par cette méthode est entre 6 000 et 9 000. La TRX peut parfois être influencée par des artéfacts causés par la présence de métaux. De plus, la résolution des images TRX est de 0,5 mm. Ce qui est également différent dans cette étude, c’est qu’ils ont comparé la cavité alésée à une sphère ayant le diamètre nominal de l’outil. Comme dans les autres études, cette sphère est également positionnée par la méthode des moindres carrés. Ils comparent la précision des alésoirs conventionnels avec les alésoirs CMI. La précision des outils est évaluée par le pourcentage de points à l’intérieur du diamètre nominal ± 0,5 mm. La valeur cible est de 100% (outil de haute précision) et plus que le pourcentage est faible, plus la précision est faible. Ils ont conclu que les alésoirs CMI réduisent la précision de 11% par rapport aux alésoirs conventionnels. Cette diminution peut être attribuée à la tendance de l’alésoir CMI à osciller en cours d’utilisation.

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Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 REVUE DES CONNAISSANCES
1.1 Anatomie et physiologie de l’articulation de la hanche
1.1.1 Biomécanique de l’articulation coxo-fémorale
1.1.2 Composition osseuse de l’articulation coxo-fémorale
1.2 Arthroplastie totale de l’articulation de la hanche
1.2.1 Concept général de la prothèse de hanche
1.2.2 Technique chirurgicale
1.2.3 Types de complications
1.2.4 Types d’alésoirs
1.2.5 Qualité de surface de l’alésage
CHAPITRE 2 ÉNONCÉ DES OBJECTIFS
CHAPITRE 3 MÉTHODOLOGIE
3.1 Raffinement
3.1.1 Critères et contraintes de conception
3.1.2 Critères et contraintes de conception du prototype fonctionnel
3.1.3 Analyse numérique par éléments finis
3.2 Validation du système de coupe
3.2.1 Préparation des blocs d’alésage
3.2.2 Description du montage expérimental
3.2.3 Essais d’alésage
3.2.4 Analyse des résultats
CHAPITRE 4 RÉSULTATS
4.1 Raffinement de l’ADV
4.1.1 Conception de l’ADV
4.1.2 Système de coupe denté adapté à l’ADV
4.1.3 Prototype fonctionnel
4.1.4 Analyses par éléments finis de l’ADV-CNC
4.2 Qualité de coupe de l’ADV-CNC et de l’alésoir conventionnel
4.2.1 Analyse des cavités hémisphériques alésées
4.2.2 Amplitude de force
CHAPITRE 5 DISCUSSION
5.1 Raffinement de l’ADV
5.1.1 Conception de l’ADV
5.1.2 Système de coupe denté adapté à l’ADV
5.1.3 Conception du prototype fonctionnel
5.1.4 Analyses numériques par éléments finis
5.2 Analyse des cavités hémisphériques alésées
5.3 Amplitude de force
CONCLUSION
RECOMMANDATIONS
ANNEXE I FICHES TECHNIQUES INSTRUMENTS
ANNEXE II PROTOCOLE POUR ESTIMER LE NOMBRE D’ÉCHANTILLONS
ANNEXE III PROCÉDURE D’ANALYSE DE LA SURFACE ALÉSÉE
ANNEXE IV DESSINS ET FICHES TECHNIQUES PROTOTYPE CONCEPTUEL (ADV)
ANNEXE V DÉTAILS DE CALCUL
ANNEXE VI DESSINS ET FICHES TECHNIQUES PROTOTYPE FONCTIONNEL (ADV-CNC)
ANNEXE VII COMPTES RENDUS
LISTE DE RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES