Développement d'une tige fémorale biomimétique intégrant une structure cellulaire poreuse

Résumé

Le phénomène de déviation des contraintes résultant de l’écart de rigidité entre les os et les implants métalliques denses employés pour les prothèses orthopédiques est à l’origine des défaillances à long terme des implantations et de leurs durées de vie insatisfaisantes pour les jeunes patients actifs. À cet effet, le recours aux structures métalliques poreuses ordonnées est envisagé pour la réduction de la rigidité de la tige fémorale non cimentée de la prothèse totale de la hanche. Dans ce mémoire, deux articles scientifiques sont présentés en abordant l’élaboration et l’évaluation d’un concept de tige fémorale intégrant une structure poreuse ordonnée. Le premier article présente les considérations de conception ainsi que la méthodologie de production de la tige avec le procédé de fabrication additive de la fusion sélective sur lit de poudre par laser. La structure poreuse employée est celle basée sur l’architecture du réseau atomique cristallin du diamant et intégrée à l’implant avec une porosité de 58% et des pores dimensionnés à 800 μm. Ces caractéristiques conduisent à des propriétés mécaniques respectives de 8.4 GPa et de 91 MPa pour les modules d’élasticité (E*) et limite élastique (SY*) apparentes de la structure poreuse produite avec l’alliage Ti-6Al-4V. Ces valeurs se situent à l’intérieur des intervalles des propriétés mécaniques correspondantes pour les os cortical et trabéculaire confondus. Des essais mécaniques statiques basés sur la norme ISO 7206-4 sont employés pour valider le modèle numérique de la tige et quantifier le gain de flexibilité comparativement à la version complètement dense de la tige. Les résultats mesurés, grâce à un système de corrélation d’images numériques, permettent d’une part de valider le modèle numérique et d’autre part d’évaluer un gain de flexibilité de 31% comparativement à la tige dense. Le deuxième article aborde l’évaluation de la résorption osseuse post opératoire en fonction de la variation des déformations équivalentes à la surface extérieure du fémur. Pour ce faire, un modèle numérique d’un fémur synthétique implanté est élaboré de concert avec des essais mécaniques analogues au premier article. Un système de corrélation d’images numériques est également utilisé pour les fins de validation du modèle. En somme, la tige poreuse présente un ratio surfacique de résorption osseuse inférieur (18.4%) lorsqu’il est comparé à celui de sa version complètement dense (22.8%).

Date	13 juin 2018
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Vladimir Brailovski (Directeur(-trice)) & Patrick Terriault (Codirecteur(-trice))