[PDF] Contribution à lanalyse biomécanique et à lévaluation des implants





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MASTER SPECIALITE BIOMECANIQUE BIOMATERIAUX

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23 janv. 2009 Vincent POMERO Docteur en biomécanique



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L'unité de recherche porteuse du projet (Unité INRAE-ENVA 957 BPLC) comporte une vingtaine de membres (enseignants-chercheurs ingénieurs cliniciens) répartis

  • Comment devenir ingénieur en biomécanique ?

    Pour accéder au métier d'ingénieur en biomécanique, il faut obtenir un diplôme d'ingénieur, notamment dans le domaine de la biomécanique. L'entrée dans une école d'ingénieurs peut s'effectuer après le Bac ou après un Bac+2/3. Les étudiants peuvent suivre une formation en ingénierie et santé, par exemple.25 oct. 2018

  • Quels sont les domaines d'application de la biomécanique ?

    La biomécanique a de nombreuses applications pratiques, notamment en médecine et en sport. C'est également un domaine actif de recherche scientifique à l'échelle microscopique. C'est alors un sous-domaine de la biophysique.

  • Qu'est-ce que la biomécanique PDF ?

    Définitions : ? La physiologie : étude du fonctionnement du corps humain qui maintient la vie. ? L'anatomie : étude de la structure du corps, positions et mouvements des muscles. ? La biomécanique : étude de l'application de la mécanique au corps humain.

  • Comment comprendre la biomécanique ?

    L'analyse de la mécanique du mouvement humain est appelée biomécanique. Il s'agit de la science expliquant comment et pourquoi le corps humain bouge de telle ou telle manière. Cela comprend l'interaction entre l'utilisateur et, d'une part son équipement et d'autre part l'environnement.
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DocteurN

Nû+N N

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6SpŃLMOLPp ³%LRPpŃMQLTXH´NJury :

Olivier GILLE, Professeur, PH, CHU Tripode Pellegrin, Bordeaux.......................................................................... Rapporteur

Vincent POMERO, Docteur en biomécanique, Ingénieur de recherche, Hôpital de la Timone, Marseille ....... Examinateur

Ludovic RILLARDON, Docteur, PH, Hôpital Beaujon, Clichy................................................................................ Examinateur

Pascal SWIDER, Professeur, CHU Purpan, Toulouse ................................................................................................ Président

Wafa SKALLI, Professeur, LBM, ENSAM, Paris ........................................................................................................... Examinateur

Alexandre TEMPLIER, Docteur en biomécanique, PAST, LBM, ENSAM, Paris ................................................ Examinateur

François LAVASTE, Professeur, LBM, ENSAM, Paris ............................................................................................... Invité

Jean DUBOUSSET, Professeur, PH, Hôpital Saint Vincent de Paul, Paris ............................................................ Invité

Laboratoire de Biomécanique

ENSAM, CER de Paris

I·(16$0 HVP XQ *UMQG (PMNOLVVHPHQP GpSHQGMQP GX 0LQLVPqUH GH O·(GXŃMPLRQ 1MPLRQMOH ŃRPSRVp GH OXLP ŃHQPUHV :

AIX-EN-PROVENCE ANGERS BORDEAUX CHÂLONS-EN-CHAMPAGNE CLUNY LILLE METZ PARIS présentée et soutenue publiquement

par

Thomas MOSNIER

*+NèjNûé...+&§r+Nàbb"NCONTRIBUTION À L'ANALYSE BIOMÉCANIQUE ET À

L'ÉVALUATION DES IMPLANTS RACHIDIENS

Directeur de thèse : Wafa SKALLI

Co-directeur de thèse : Alexandre TEMPLIER

N

N5NàN5NN N N

N

N5NWN5NN N N

N

N5NKN5NN N N

N

N5N"N5NN N NREMERCIEMENTS

N N N N N

ûuN0β§"rβt"Àr+hN

N N

*I9?stÀtutN û+N úÀ"&é...β?Àqu+N û+N ;β*+?...Àβ4NβÀ?sÀN qu+N 0uÀsN ú0í[Q»N 9-ô]96)ï»4N

N

0+N (r"®+ss+urN É+β?N ï]ú»][[6z4N *+N û"...t+urN 19006z4N βÀ?sÀN qu+N (À+rr+N 16»)9[N ""urN *+N

N N N N N

6?®À?4NuN

N N N N N

N5NgN5NN N NN

N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N

N5NjN5NN N NNTABLE DES MATIERES

N Remerciements _________________________________________________ 5 N Table des Matières _______________________________________________ 7 N Introduction Générale ___________________________________________ 11 N 1 ère partie: Le rachis lombaire - Pathologies associées - Chirurgie ________ 15 N 1. Anatomie descriptive du rachis lombaire ________________________________ 15

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0+sN"*β?sNû+Nré®ér+?...+ _____________________________________________ 15

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0βNQ"*"??+Nv+rté§rβ*+ _____________________________________________ 16

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èhKh

0+sNβrtÀ...u*βtÀ"?sNÀ?t+rv+rté§rβ*+s ______________________________________ 19

N 2. Anatomie fonctionnelle du rachis lombaire ______________________________ 21

àhèh

àhàh

N 3. Les pathologies lombaires _____________________________________________ 28

Whèh

0IÀ?stβ§À*ÀtéNv+rté§rβ*+ ______________________________________________ 28

Whàh

WhWh »sté"""r"s+ _____________________________________________________ 31 WhKh

0ésÀ"?sNtrβu&βtÀqu+s ______________________________________________ 31

N 4. La chirurgie du rachis lombaire _______________________________________ 32

Khèh

_________________________________________________ 32

Khàh

0+sNrés+...tÀ"?sN"uN*À§érβtÀ"?s _________________________________________ 32

KhWh KhKh Kh"h

0βNr+stβurβtÀ"?N®"?...tÀ"??+**+ ________________________________________ 35

Khgh

0+sN..."&"*À...βtÀ"?sN""st5""érβt"Àr+s ____________________________________ 36

N N

N5N"N5NN N N

2 nde __ 39 N 1. Les implants rachidiens ______________________________________________ 39

èhèh

9?tr"ûu...tÀ"? _____________________________________________________ 39

èhàh

N 2. Evaluation des Implants rachidiens _____________________________________ 42

àhèh

IHV GLIIpUHQPV P\SHV G·pYMOXMPLRQ ______________________________________ 42

àhàh

6vβ*uβtÀ"?Nin vivo _________________________________________________ 43

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6vβ*uβtÀ"?N+x"érÀ&+?tβ*+Nin vitro ______________________________________ 46

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""y+?sNûIévβ*uβtÀ"?N?u&érÀqu+s _____________________________________ 49

àh"h

*I6vβ*uβtÀ"?N&é...β?Àqu+N"ré5...*À?Àqu+ ___________________________________ 53

àhgh

3HUVSHŃPLYHV G·pYMOXMPLRQ GHV LPSOMQPV UMŃOLGLHQV HP M[HV G·LQYHVPLJMPLRQV _______ 57

N 3 eme Partie : Evaluation Mécanique pré-clinique " fonctionnelle » des implants rachidiens _____________________________________________ 59 N 1.

FRQPH[PH GH GpYHORSSHPHQP G

èhèh

èhàh

0+N...βûr+N?"r&βtÀ® _________________________________________________ 59

èhWh

N 2. Matériel & Méthode _________________________________________________ 61

àhèh

3ULQŃLSH GH OM PpPORGH G·HVVMLV SURSRVpH _______________________________ 61

àhàh

àhWh

ïé®À?ÀtÀ"?NûuNsu"""rtNûI+ssβÀ ________________________________________ 63

àhKh

àh"h

6vβ*uβtÀ"?N?u&érÀqu+Nû+N*βNs"*utÀ"?N"r"""sé+ ___________________________ 71

àhgh

6vβ*uβtÀ"?NûIÀ&"*β?tsNsuÀvβ?tN*+N"r"t"..."*+Nûé®À?À _________________________ 74

N 3. Résultats & discussion _______________________________________________ 75

Whèh

6vβ*uβtÀ"?N?u&érÀqu+Nû+N*βNs"*utÀ"?N"r"""sé+ ___________________________ 75

Whàh

6ssβÀsN&+?ésNsuÀvβ?tN*+N"r"t"..."*+N"r"""sé ______________________________ 80

N 4. Conclusion _________________________________________________________ 84 N N

N5NFN5NN N N

4 eme Partie : Simulation numérique et planification chirurgicale _________ 87 N 1. Contexte du projet de recherche _______________________________________ 87

èhèh

(r"§*é&βtÀqu+ ___________________________________________________ 87

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èhWh

Q"?trÀ§utÀ"?NβuNûév+*"""+&+?tNûIu?N"utÀ*Nû+NsÀ&u*βtÀ"?sN"+rs"??β*Àsé+s _______ 88

N 2. Matériel & Méthode _________________________________________________ 89

àhèh

(rés+?tβtÀ"?N&"ûè*+N"+rs"??β*Àsé _____________________________________ 89

àhàh

àhWh

6tuû+N"ré*À&À?βÀr+Nû+N*IÀ?®*u+?...+Nû+N*I""érβt+ur _________________________ 101

àhKh

"Às+NàNûÀs""sÀtÀ"?Nû+N*I"utÀ*Nû+NsÀ&u*βtÀ"?sNvÀβNu?N""rtβÀ*N9?t+r?+t ___________ 101

àh"h

6tuû+Nû+N...βsN5N ______________________ 102

N 3. Résultats & discussion ______________________________________________ 103

Whèh

____________ 103

Whàh

Évβ*uβtÀ"?N"ré*À&À?βÀr+Nû+N*IÀ?®*u+?...+Nû+N*I""érβt+ur ______________________ 120

WhWh

9?t+wrβtÀ"?Nû+N*I"utÀ*Nûβ?sNu?N""rtβÀ*N9?t+r?+t ___________________________ 122

WhKh N 4. Conclusion ________________________________________________________ 128 N Conclusion générale et perspectives _______________________________ 131 N Table des figures ______________________________________________ 135 N Table des tableaux _____________________________________________ 138 N Références Bibliographiques ____________________________________ 139 N Communications ______________________________________________ 151 N N N N N

N5NèbN5NN N NN

N N N

N5NèèN5NINTRODUCTION GENERALE

N

+x+&"*+N *βN ..."*"??+N v+rté§rβ*+4N û"?tN *+sN rβ&+βuxN s"?tN *+sN ...ôt+s-N +stN u?N é*é&+?tN β?βt"&Àqu+N

èFFgùhN

4N +?N "βrtÀ...u*À+rN *+sN À&"*β?tsN

"rÀ?...À"βuxhN N N

N5NèàN5NèN

§utN ûIβ"""rt+rN u?+N ûÀ&+?sÀ"?N βutr+N qu+N ...+**+N ûuN sÀ&"*+N ...βûr+N réw*+&+?tβÀr+N àN ...+sN +ssβÀsN

&é&"Àr+hN

0+N s+..."?ûN û+N ...+sN βx+sN ûIÀ?v+stÀwβtÀ"?N ""urN *Iévβ*uβtÀ"?N û+sN À&"*β?tsN +stN *βN &"ûé*ÀsβtÀ"?4N

"βrtÀ+Nû+N...+N&é&"Àr+hNN

èFFWùN+tN ""ursuÀvÀ+N "βrN *+sN trβvβuxN û+N )"§À?N °)"§À?N èFFàù4N !"u§ββN °!"u§ββN èFF"ù4N "βur+*N

1 American Society for Testing & Materials 2 Organisation internationale de normalisation

N

N5NèWN5NN

N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N N

N5NèKN5NN

N

N5Nè"N5N1

ERE PARTIE: LE RACHIS LOMBAIRE - PATHOLOGIES

ASSOCIEES - CHIRURGIE

N

1. ANATOMIE DESCRIPTIVE DU RACHIS LOMBAIRE

N

N1.1. Les plans de référence

N ®"?ûβ&+?tβuxNû+N*I+s"β...+Nv7Àwur+Nè- çN N

0+sN "*β?sN sβwÀttβuxNçN ...+N s"?tN û+sN "*β?sN v+rtÀ...βuxN

"rÀ+?tésN ûβ?sN *+N s+?sN β?tér"5""stérÀ+urhN 0+N "*β?N N

0+sN "*β?sN ®r"?tβuxNçN ...+N s"?tN û+sN "*β?sN v+rtÀ...βuxN

N N N N

Figure 1 : Plans de référence

[Kamina 2006].

íN5N"*β?NsβwÀttβ*NN

úN5N"*β?N®r"?tβ*N

N N N N N N N

N5NègN5N1.2. La Colonne vertébrale

N

®ÀxβtÀ"?N û+N ?"&§r+uxN &us...*+sN À?ûÀs"+?sβ§*+sN àN *βN ""stur+N +tN àN *βN *"..."&"tÀ"?N+tN βssur+N *βN

N N N

N íN5Nv+rtè§r+sN...+rvÀ...β*+sN

N QN5Nv+rtè§r+sN*"&§βÀr+sN N

N ïN5Nsβ...ru&NN

N6N5N..."......yxN

N N N Figure 2 : La colonne vertébrale [Kamina 2006]. N N N N +tN*"&§βÀr+hN N N N

N5NèjN5N1.3. Le Rachis lombo-sacré

N

1.3.1. Les Vertèbres lombaires

corps vertébralN+tNû+Nl'arc postérieurNv7Àwur+NW-h

N 0+N..."r"sNv+rté§rβ*N+stNr+&"*ÀNûI"sNs""?wÀ+uxN+tN+stN*À&ÀtéN"βrNû+N*I"sN..."rtÀ...β*N"*usNs"*Àû+hN9*N

N 0Iβr...N""stérÀ+ur4Nû"rsβ*N+tN®rβwÀ*+4N+stN..."?stÀtuéNûI"sN..."rtÀ...β*Né"βÀshNN

9*N..."&"r+?ûNdeux pédiculesN..."urtsNquÀNs+N®Àx+?tNàN*βN"βrtÀ+Nsu"érÀ+ur+Nû+N*Iβrêt+N""stér"5

*βtérβ*+NûuN..."r"s4Ndeux lames verticalesNquÀN"r"*"?w+?tN*+sN"éûÀ...u*+sN®"r&β?tN*+N®"rβ&+?N

v+rté§rβ*4Nun processus épineuxNsβÀ**β?tN+?NβrrÀèr+4Ndeux processus transversesNsβÀ**β?tN*βtérβ*+&+?tN

βÀ?sÀNqu+Nquatre processus articulairesNvû+uxNsu"érÀ+ursN+tNû+uxNÀ?®érÀ+urs-NsIβrtÀ...u*β?tNβv+...N

èh "éûÀ...u*+N

àh "r"...+ssusNβrtÀ...u*βÀr+Nsu"hN

Wh *β&+N

Kh ®"rβ&+?Nv+rté§rβ*N

"h "r"...+ssusNé"À?+uxN gh sur®β...+NβrtÀ...u*βÀr+Nsu"hNûuN..."r"sN jh "r"...+ssusNtrβ?sv+rs+N "h "r"...+ssusNβrtÀ...u*βÀr+NÀ?®érÀ+urN Figure 3 : Vertèbre type schématique [Kamina 2006]. N N

Figure 4 : Vertèbre lombaire [Kamina 2006].

N

N5Nè"N5N1.3.2. Le rachis lombaire

1.3.3. Le rachis sacré ou sacrum

N NN

Figure 5

: Sacrum et coccyx [Kamina 2006]. N N

*IβrtÀ...u*+N βv+...N *+N ..."......yxhN QI+stN u?+NβrtÀ...u*βtÀ"?N...βrtÀ*βwÀ?+us+N ?+N "+r&+ttβ?tN quβsÀ&+?tN βu...u?N

&"uv+&+?thN N

N5NèFN5N1.3.4. Le rachis coccygien ou coccyx

N1.4. Les articulations intervertébrales

N Le disque intervertébral 9*N r+"rés+?t+N à"éN û+N *βN &"§À*+hN ["?N é"βÀss+urN

ûÀ&À?u+N *éwèr+&+?tN û+N *βN

...À?quÀè&+N "uN sÀxÀè&+N

βuw&+?t+Nwrβûu+**+&+?tN""urN

*"&§βÀr+hNN N

Figure 6 : Disque

intervertébral [Kamina 2006].

èh β??+βuN®À§r+uxN

àh ?"yβuN"u*"+uxN

Wh *β&+**+sNû+N®À§r"5

...βrtÀ*βw+N

Kh ..."r"sNv+rté§rβ*N

N N N

FOMTXH GLVTXH HVP XQ ILNURŃMUPLOMJH LO M OM IRUPH G·XQH OHQPLOOH NLŃRQYH[H MYHŃ XQH SMUPLH

ILNUHV V·pPHQGHQP HQPUH GHX[ ŃRUSV YHUPpNUMX[ YRLVLQV VXLYMQP XQH GLUHŃPLRQ R§*Àqu+NquÀN+stN*βN

PrPH SRXU PRXPHV OHV ILNUHV G·XQH PrPH OMPHOOH ILNUHXVHB IHV ILNUHV GH OMPHOOHV YRLVLQHV RQP XQH

§"rûN""stérÀ+urhNï+Nsu§stβ?...+Nwé*βtÀ?+us+NPROOH ŃRQPHQMQP GH 70 j 80 G·HMX LO VH GHQVLILH HP VH

UpGXLP MYHŃ O·kJHBN

N

Les articulations zygapophysaires

®"r&+N û+N w"uttÀèr+N v+rtÀ...β*+N βuN ?Àv+βuN *"&§βÀr+hNIM ŃMSVXOH MUPLŃXOMLUH HVP IRUPpH G·XQH

ORPNMLUH HP G·XQH PHPNUMQH V\QRYLMOHBN

N N

N5NàbN5N Les ligaments périphériques 0+Nligament longitudinal antérieurNvr+"èr+NèèNsurN*βN7Àwur+N"-N+stNu?+N*"?wu+N§β?û+N®À§r+us+Nt+?ûu+N

GH OM NMVH GH O·RŃŃLSXP ÓXVTX·j OM IMŃH MQPpULHXUH GH 62 GHX[LqPH YHUPqNUH VMŃUpHB HO MGOqUH j

ORQJXHV VXSHUILŃLHOOHV TXL V·pPHQGHQP VXU PURLV RX TXMPUH YHUPqNUHV HP GH ILNUHV ŃRXUPHV

XQH ORQJXH NMQGH ILNUHXVHB HO HVP PHQGX GH OM IMŃH SRVPpULHXUH GX ŃRUSV GH O·M[LV j ŃHOOH GX

ŃRŃŃ\[B (PURLP MX QLYHMX GHV ŃRUSV YHUPpNUMX[ LO V·pOMUJLP SRXU VH IL[HU VXU OHV GLVTXHV

NN

Figure 7 : Ligament longitudinal

postérieur [Kamina 2006]. Figure 8 : Articulations intervertébrales [Kamina 2006]. N

*À&Àt+N*βN®*+xÀ"?hN 0+Nligament supra-épineuxNvr+"èr+NW-N+stNu?N..."rû"?N®À§r+uxNs"*Àû+Nt+?ûuNûuN"r"...+ssusNé"À?+uxNû+N

*βN""stur+Nv+rté§rβ*+hN 0+sNligaments intertransversairesNs"?tNû+N®À?+sN*β&+sN®À§r+us+sNu?Àssβ?tN*+sN"r"...+ssusNtrβ?sv+rs+shN

N N N N N N

N5NàèN5N2. ANATOMIE FONCTIONNELLE DU RACHIS LOMBAIRE 2.1. Mobilités articulaires du rachis lombaire

N

2.1.1. Physiologie du mouvement

û+uxN..."r"sNv+rté§rβux-4NN

Q+Ns+w&+?tNβrtÀ...u*βÀr+N"+r&+tN*+sN&"uv+&+?tsNûβ?sNOHV PURLV SOMQV GH O·HVSMŃHNv7Àwur+NF-NçNsβwÀttβ*N

Figure 9

: Les mouvements du rachis lombaire. N

Le couplage articulaire:

N

N5NààN5N2.1.2. Les amplitudes de mouvement

9*N +xÀst+N u?+N wrβ?û+N vβrÀβ§À*ÀtéN û+N *Iβ&"*Àtuû+N û+sN ûÀ®®ér+?tsN &"uv+&+?ts4N s+*"?N *+N ?Àv+βuN

ûy?β&Àqu+sNβÀ?sÀNqu+NsurNû+sN&+sur+s in vitro4NsurN"Àè...+sNβ?βt"&Àqu+shN

Flexion - Extension

"r"t"..."*+sN..."?®"?ûus4Ns"?tN"rés+?té+sN7Àwur+NèbçNNFlexion-Extension in vivo 0 L1-L2 amplitude de mobilité (°)

Plamondon(88)

Tanz(53)

Allbrook(57)

Clayson(62)

Frohning(68)

Pearcy(84)

Kanayama(96)

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