Modélisation numérique dans l'évaluation pré-clinique des prothèses du genou

Abstract

الملخص (بالعربية) :

جراحة استبدال مفصل الركبة بالكامل هي عملية جراحية روتينية يتم إجراؤها لعلاج المرضى الذين يعانون من هشاشة العظام الشديدة في الركبة. يعتمد نجاح الصناعي (م.ر.ص) بشدة على الثبات الأولي للمكونات الاصطناعية وعلى اندماجها العظمي طويل المدى بفضل التوزيع الأمثل للضغوط الميكانيكية الحيوية في العظام المحيطة تحت تأثير الأحمال الميكانيكية الحيوية المختلفة المطبقة على نظام عظم الفخذ-(م.ر.ص)-عظم الظنبوب. الهدف من هذه الدراسة هو تحليل مستوى وتوزيع الضغوط الناتجة في نظام عظم الفخذ-(م.ر.ص)-عظم الظنبوب المعرض لقوى وعزوم الدوران ثلاثية المحاور معا. في هذه الدراسة ، تم تحليل نظام (م.ر.ص) المعقد المزروع في العظام رقميًا بواسطة طريقة العناصر المحدودة ثلاثية الأبعاد. تم تصميم نموذج افتراضي لفحص تأثير القوى والعزوم المؤثرة على هذا الطرف الاصطناعي في منطقة الاتصال. تم استخدام برنامج الأباكيس لمعالجة العناصر المحدودة لإجراء التحليل. أشارت دراسة توزيع الإجهاد إلى أن الضغوط تنتشر في المناطق العظمية الأقرب إلى المكونات العظمية المدمجة لـ (م.ر.ص). من جهة أخرى أكدت النتائج المستوى العالي لقيم الإجهاد في العظم القشري بجانب الغرسة مقارنة بالعظم الإسفنجي

الكلمات المفتاحية : جراحة استبدال مفصل الركبة , العظم, طريقة العناصر المحدودة

---------------------------------------------- Résumé (en Français) :

L'arthroplastie totale du genou est une chirurgie de routine pratiquée pour traiter des patients souffrant d'arthrose sévère du genou. Le succès d'une PTG dépend fortement de la stabilité initiale des composants prothétiques et de son ostéointégration à long terme grâce à la répartition optimale des contraintes biomécaniques dans les os environnants sous l'effet des différentes charges biomécaniques appliquées au système Fémur-PTG-Tibia. Le but de cette étude est d'analyser le niveau et la distribution des contraintes induites dans le système Fémur-PTG-Tibia soumis à des forces et moments triaxiales. Dans cette étude, le système complexe de PTG implanté dans l'os a été analysé numériquement par la méthode des éléments finis en trois dimensions. Un modèle virtuel est conçu pour examiner in silico l'effet des forces et les moments agissant sur cette prothèse dans la région de contact. Le programme de traitement par éléments finis ABAQUS a été utilisé pour effectuer l'analyse. L’étude de la distribution des contraintes a indiqué que les contraintes se propagent dans les régions osseuses qui sont plus proches des composants ostéointégrés de PTG. L'effort était maximal dans l'os cortical au collet de l'implant et le plus faible dans l'os spongieux.

Les mots clés : L'arthroplastie totale du genou, l'os, la méthode des éléments finis ---------------------------------------------- Abstract (en Anglais) :

Total knee arthroplasty (TKA) is a routine surgery performed to treat patients with severe knee osteoarthritis. The success of a TKA depends strongly on the initial stability of the prosthetic components and its long-term osseointegration due to the optimal distribution of biomechanical stresses in the surrounding bones under the effect of the different biomechanical loads applied to the Femur-TKA-Tibia system. The purpose of this study is to analyze the level and the distribution of the induced stresses in a Femur-TKA-Tibia system subjected to triaxial forces and moments. In this study, complex TKA system implanted in bones was analyzed numerically by a three dimensional finite element method. A virtual model is designed to examine in silico the effect of the forces and moments acting on this prosthesis in contact region. The finite element processing program ABAQUS was used to perform the analysis. The study of stress distribution indicated that the stress propagate in the bony regions that are closer to the osseointegrated components of PTG. The stress was highest in the cortical bone at the neck of implant and lowest in the cancellous bone.

Keywords : Total knee arthroplasty, bone, finite-element method