Modélisation biomécanique de la hanche dans le risque de fracture du fémur proximal

Abstract

Hip fractures are largely considered as a major health-care problem. 90% of hip fracture result of a fall of the subject on the hip. To analyse the implication of muscles, a biomechanical hip model including soft tissue is proposed in this study. An original method for muscular volume reconstruction from a reduced number of CT-scan slices and a quantification of muscular tissue quality was developed. Method was based on deformation of a parameterized patient specific object of each muscle. Using only 4 slices for each muscle, error of volume measurement is lower than 6% comparing to volume obtained manually. Analysis of 98 subjects allowed to assess reference values and to bring to the light invariants. Finite element model includes bones structures and soft tissue, with surface contact elements between components. Hyperelastic constitutive equations, with hypothesis of incompressibility and isotropy were used to model soft tissue mechanical behaviour. Preliminary simulations with quasi-static lateral compression were performed to verify the coherence of the model's response for ten subjects and to bring out the importance of a patient specific modelling approach.Les fractures de l'extrémité supérieure du fémur représentent un problème de santé publique. 90% des fractures du col fémoral résultent d'une chute du sujet sur la hanche. Pour étudier le rôle des muscles, une modélisation préliminaire en éléments finis de la hanche incluant ses tissus mous est proposée dans cette thèse. Cette modélisation a nécessité la mise au point d'une méthode originale de reconstruction des volumes musculaires et de quantification du tissu musculaire à partir d'un nombre réduit de coupes CT-scan. La méthode s'appuie sur une déformation sous contrainte d'un modèle paramétré pré-personnalisé de chaque muscle. Avec seulement quatre coupes par muscle, l'erreur d'estimation du volume est alors inférieure à 6% en comparant avec le volume reconstruit entièrement manuellement. L'étude de 98 sujets a alors permis d'établir les valeurs de références et la variabilité inter-individuelle pour ces données quantitatives et a également mis en évidence des invariants. La modélisation en éléments finis intègre les structures osseuses et les tissus mous, avec une gestion des contacts de surface entre les composants. Les lois matériaux utilisées pour les tissus mous sont de type hyperélastique incompressible isotrope. Les premières évaluations de ce modèle, soumis à une compression latérale en quasi-statique, ont permis de vérifier la cohérence du comportement du modèle pour dix sujets et de mettre en relief l'importance d'une modélisation personnalisée

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oai:HAL:pastel-00003206v1Last time updated on 11/8/2016

This paper was published in Thèses en Ligne.

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