Modeling the biomechanical behavior of a biprosthetic femur for the development of a numerical decision-making tool during implant placement

Modélisation du comportement biomécanique d’un fémur biprothésé pour le développement d’un outil numérique d’aide à la décision lors de la pose d’implant L'arthroplastie totale de la hanche (ATH) et l'arthroplastie totale du genou (ATG) sont des interventions de plus en plus courantes chez les personnes âgées. Cependant, il existe un risque élevé de fracture inter-prothétique (FIP) pour les patients qui ont subi une arthroplastie de la hanche et du genou sur la même jambe. Dans cette étude, nous utilisons des simulations numériques pour évaluer la réponse mécanique d'un fémur avec une arthroplastie totale de la hanche et du genou en compression et en flexion avec différentes conditions aux limites. Dans une première analyse, une géométrie simplifiée du fémur a été utilisée pour bien comprendre les mécanismes de transfert de charge et l'influence de la distance des longueurs de tige de la prothèse. Ensuite, une géométrie réelle a été modélisée pour introduire la notion de patient dépendant. La problématique portera donc sur l'analyse des facteurs de risque d'apparition de fractures du fémur bi-prothétique en évaluant et caractérisant les contraintes locales subies par ce fémur avec un focus sur les fractures inter-prothétiques. En effet, le positionnement d'une prothèse de hanche et de genou modifie l'élasticité de l'ensemble du fémur et du nouveau " couple " fémur-prothèse. La distribution des contraintes est affectée lors d'un chargement conventionnel. L'objectif est donc de comprendre les mécanismes de sur contraintes et leurs effets sur la fracture afin de pouvoir évaluer le risque de fracture, en fonction de la zone du fémur " libre d'implant ", dans un but de prévention. L'évaluation de ce risque serait également intéressante pour adapter la longueur des implants prothétiques de première ou de révision, voire pour remettre en cause les longueurs classiquement définies des pivots fémoraux des prothèses totales de hanche (PTH) ou de genou (PTG). Pour atteindre cet objectif, nous proposons de développer un outil d'aide à la décision pour le chirurgien orthopédiste, afin de définir une géométrie optimale de la prothèse à implanter et de déterminer la nécessité d'implanter une plaque fémorale diaphysaire préventive péri-prothétique. Cet outil sera basé sur la modélisation par éléments finis qui est un outil d'ingénierie pour l'analyse structurelle qui est utilisé depuis de nombreuses années pour évaluer la relation entre le transfert de charge et la morphologie de l'os et pour optimiser la conception et la fixation des implants orthopédiques.