Evaluation de l’impact des tissus mous dans l’étude de la stabilité de l’implant acétabulaire par marteau d’impact

Le tissu osseux

Composition osseuse : Le tissu osseux est composé de cellules et de matrice extracellulaire. Cette dernière permet à l’os d’accomplir trois fonctions principales: soutenir le poids corporel, protéger les organes et stocker les minéraux (principalement le calcium et le phosphate). La matrice est composée de deux phases: l’une minérale et l’autre organique .
La phase organique (35% de la masse) est essentiellement composée de collagène qui assure son élasticité. La phase minérale fournit au tissu osseux sa rigidité. Il est composé de 10% de cristaux de carbonate de calcium et de 85% de cristaux de phosphate de calcium qui sont fixés parmi les fibres de collagène. Deux types de tissus osseux peuvent être distingués: l’os cortical et l’os trabéculaire.
L’os cortical : L’os cortical est principalement situé dans la partie externe de l’organe. Il est composé de lamelles osseuses parallèles concentriques. Les unités de base de forme lamellaire sont appelées ostéons ou systèmes haversiens. Les ostéons sont centrés autour de canaux haversiens à travers lesquels les vaisseaux sanguins courent. Les canaux haversiens communiquent entre eux et avec la cavité médullaire et le périoste par des canaux transversaux: les canaux de Volkmann. L’os cortical a une valeur de porosité comprise entre 3 et 15% .
L’os trabéculaire : Il est aussi appelé os spongieux ou spongieux et est composé d’un os tridimensionnel, réseau de trabécules noyées dans un milieu composé d’os de moelle et de sang. Il présente une surface plus large que l’os cortical mais est moins dense et moins rigide.
On le trouve généralement sur les parties distales, aux extrémités des os longs et à l’intérieur des vertèbres ou des os plats. L’os spongieux est fortement vascularisé et contient souvent de la moelle osseuse rouge dans laquelle se déroule une partie de la formation des lignées de cellules sanguines. L’orientation trabéculaire est liée à la charge mécanique que subit de cet os.

Le remodelage osseux

Le tissu osseux est continuellement renouvelé tout au long de la vie par des processus de remodelage. Deux types de cellules accomplissent les processus de résorption osseuse et d’apposition: les ostéoclastes résorbent le tissu osseux alors que les ostéoblastes sont responsables de la formation osseuse. Le remodelage osseux nécessite des interactions entre les cellules, la moelle osseuse et la matrice osseuse.
Les ostéoblastes sont responsables de la synthèse osseuse, du renouvellement et de la réparation tout au long de la vie osseuse. Ils sont également responsables de la minéralisation de la matrice. Une fois pris au piège dans la matrice osseuse, ils cessent leur activité et deviennent des ostéocytes, cellules osseuses matures qui constituent des ostéons.
Les ostéoclastes lysent la matrice minéralisée et l’os organique. Le cycle commence par une phase d’activation au cours de laquelle les ostéoclastes sont différenciés. Une phase de résorption suit avec l’élimination de la matrice osseuse par ces cellules. Après cette phase, les ostéoclastes se détachent de la matrice et meurent, tandis que les ostéoblastes sont synthétisés et sont déposés pour compléter la matrice. Puis ils mûrissent en ostéocytes.

L’articulation de la hanche

L’articulation de la hanche permet le mouvement entre le fémur et l’acétabulum (bassin) tout en soutenant le poids corporel. C’est une articulation sphérique synoviale qui relie la tête du fémur à l’acétabulum. Le cartilage hyalin recouvre les surfaces articulaires et facilite le mouvement en réduisant la friction entre les surfaces articulaires. L’articulation est entourée d’une cavité synoviale qui contient un liquide qui réduit l’usure et la friction du cartilage articulaire lors des mouvements. Plusieurs autres organes composent l’articulation, y compris les ligaments, les muscles, les vaisseaux sanguins et les nerfs. Structure de l’os acétabulaire : Le tissu osseux acétabulaire est fait d’os cortical sur sa coque externe et d’os spongieux à l’intérieur de sa structure. La densité osseuse varie avec l’emplacement anatomique dans la hanche et avec l’âge .

Les implants osseux

Les implants intra osseux sont insérés dans la structure osseuse pour remplacer la fonction des articulations lésées ou non fonctionnelles.
Le titane, les alliages cobalt-chrome et l’acier inoxydable et leurs alliages sont des matériaux couramment utilisés à diverses fins chirurgicales. Les alliages de titane 6Al-4V, Ti6Al7Nb) sont actuellement utilisés en chirurgie craniofaciale reconstructive. Ils sont également utilisés en chirurgie orthopédique pour les arthroplasties (hanche, genou).Les nouvelles techniques chirurgicales et le développement de nouveaux matériaux ont permis l’expansion de l’utilisation d’implants pour diverses applications et pour un nombre croissant de patients .
Les surfaces des implants peuvent être préparées en combinant différents traitements de surface afin d’améliorer leurs propriétés ostéoconductrices et réduire les temps de cicatrisation: sablage, attaque à l’acide, oxydation et polissage mécanique.
De l’hydroxyapatite ou des revêtements de phosphate de calcium par exemple peuvent également être ajoutés pour améliorer la capacité de l’implant à se lier avec le tissu osseux.
Au cours des trente dernières années, le nombre de chirurgies de la hanche a été en augmentation continue. D’après une étude statistique , environ 460 000 (soit 230 000) arthroplasties de la hanche ont été réalisées en 2011 aux États-Unis. La demande de remplacement de la hanche ne cesse d’augmenter avec le vieillissement de la population.
La littérature rapporte de bons résultats pour les implants orthopédiques avec des taux d’échec inférieur à 10%. Néanmoins, de nombreuses complications restent encore difficile à prévenir et des échecs se produisent  induisant parfois des conséquences dramatiques. Les échecs de pose d’implants orthopédiques peuvent entraîner des complications sur l’anatomie et la physiologie articulaire et peuvent induire des incapacités fonctionnelles à l’origine de handicaps voir des décès. Par ailleurs les échecs engendrent des coûts médicaux et chirurgicaux supplémentaires
Les facteurs responsables des succès de l’implantation et de sa durabilité ne sont pas entièrement compris. Les recherches dans ce domaine sont souvent basées sur des approches empiriques. Le nombre croissant de sociétés commercialisant des implants complique la situation en raison de la variété des propriétés des implants sur le marché.

La stabilité de l’implant AC mis en place en pression : technique « press-fit »

De nombreuses études se sont concentrées sur la compréhension de la stabilité de l’implant AC et ont contribué à améliorer les techniques chirurgicales. Comme les différentes marques de prothèses fournissent différents produits avec une géométrie différente pour la taille, les traitements de surface et d’autres caractéristiques, il est difficile de comparer les résultats obtenus avec différents types d’implant.
L’importance d’une bonne stabilité primaire de l’implant AC a été démontrée pour réduire les risques de descellement aseptique et permettre une bonne ostéointégration de l’implant AC .
L’implant AC est généralement mis en charge juste après la chirurgie. La cimentation ou le vissage peuvent améliorer la stabilité primaire de l’implant AC. L’inconvénient majeur en utilisant du ciment osseux est qu’il peut se dégrader au fil du temps et causer des problèmes : irritation, inflammation et descellement aseptique en particulier chez les patients jeunes et actifs. Cependant, les améliorations de la technique de cimentation ont induit une réduction significative du taux de descellement des implants . Un autre problème peut être posé par la cimentation lorsqu’il est nécessaire de réaliser des chirurgies de révision d’arthroplastie : la cimentation rend l’intervention plus compliquée et risque de conduire à des lésions de la masse osseuse de l’acétabulum.
Les vissages acétabulaires peuvent également être responsables de complications. La présence de débris et de tissus nécrotiques sont démontrés comme potentiels facteur d’échec. L’utilisation de vis peut également être responsable d’une répartition hétérogène des contraintes qui n’aide pas nécessairement le processus l’ostéointégration. Des contraintes élevées autour des vis peuvent entraîner la formation de tissu fibreux et un relâchement possible alors que de faibles contraintes à l’interface de l’implant osseux peuvent ne pas stimuler le remodelage osseux et donc l’ancrage de l’implant.

Table des matières

Introduction générale 
Partie I : Contexte des travaux réalisés : l’arthroplastie de hanche : compromis entre mobilité et stabilité
Introduction
1. Contexte médical et épidémiologique
1.1 Epidémiologie
1.2 L’os un tissu vivant multi-échelle
1.3 Les implants osseux
1.4 Stabilité de l’implant acétabulaire (AC)
2. Les Méthodes d’évaluation de la stabilité des Implants
2.1 L’imagerie médicale
2.2 Approches empiriques
2.3 Les tests biomécaniques
2.4 Mesure du couple d’insertion
2.5 Les méthodes d’impact
2.6 Analyse de la Fréquence de résonance
2.7 Méthode ultrasonique
Partie II Évaluation de la stabilité primaire de l’implant acétabulaire par impact : étude sur sujets anatomiques 
Introduction
Matériel et Méthode
1. Spécimens de hanche cadavérique et implant acétabulaire
2. Appareillage du marteau d’imapct
3. Traitement du signal
4. Tests de stabilité tangentielle
5. Protocole expérimental
Résultats
Discussion
Conclusion
Partie 3 : Evaluation de l’impact des tissus mous dans l’étude de la stabilité de l’implant acétabulaire par marteau d’impact
Introduction
Matériel et Méthode
1. Implant acétabulaire, échantillons osseux et tissus mous
2. Procédure d’impaction au marteau
3. Traitement du signal
4. Test mécanique de stabilité tangentielle
5. Protocole expérimental
6. Analyse statistique
Résultats
Discussion
Conclusion
Bibliographie

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