Validation d’un marteau instrumenté pour l’évaluation de l’interface os-implant et la stabilité primaire de la prothèse de hanche.

IntroductionUncemented total hip replacement is currently the gold standard in hip arthroplasty but is prone to mechanical complications, particularly intraoperative periprosthetic femoral fracture and aseptic loosening. A method based on the measurement of the variation of the force as a function of time with an instrumented hammer is used to perform the insertion of the acetabular cup implants on the acetabulum.On the femoral side, the instrumented hammer is used to monitor the insertion of cementless femoral stem (FS) in artificial, bovine and cadaveric femurs.The FS insertion endpoint was determined by the three methods: i) the instrumented hammer; ii) video motion tracking and iii) surgeon proprioception.Then, different impacts were made and their dynamics were determined and compared to the pull-out force F.Material And MethodsOn the acetabular side, experimental and numerical studies have been carried out to evaluate the stability of the implant AC in bovine bone and anatomical subjects.On the femoral side, we carried out three experimental studies on artificial bone, bovine bone and the anatomical subject.In our studies, six artificial femurs, five bovine femurs and nine cadaveric subjects were used in our studies of monitoring FS insertion. We inserted FSs into our samples with an instrumented hammer to the endpoint of insertion.Endpoint of insertionSurgical proprioception: Determine the endpoint of FS insertion using the surgeon's feeling, noted: Nsurg.The instrumented hammer equipped with a force sensor is connected to a data acquisition system. The indicator D and the parameter Nd are determined.Video motion tracking (VMT): it is carried out by a camera, for monitoring the insertion of FS. The indicator E and the parameter Nvid are determined.The difference between the values found for Nsurg, Nd and Nvid was determined for each insertion procedure.Results and discussionWe obtained several configurations on the femoral side for each type of sample, 72 configurations for artificial femurs, 87 configurations for cadaveric subjects and 99 configurations for bovine femurs, among which 71 stable and 28 unstable.The endpoint of insertion shows convergence on the configurations selected in the three methods and for the three types of samples.A significant correlation is obtained between the indicator Im and the pull-out force F for all of our studies, the coefficient of determination for the insertion of FS in artificial bone is R2 = 0.67 and in bovine bone (R2 = 0.81); and for the insertion of the AC implant in bovine bone(R2 = 0.83) and in the anatomical subject (R2 = 0.69).The Dth parameter: The variation in the values of D, obtained on the artificial femurs with the set of impacts carried out after Nsurg on the 72 configurations corresponds to the thresholdDth = 0.53 ms, on the 99 configurations of bovine femurs (threshold Dth = 0.47 ms) and on the 87 configurations of cadaveric femurs (threshold Dth = 0.57 ms).ConclusionThe instrumented hammer is validated in the follow-up of the insertion of the FS and the implant AC. This method is reproducible and the endpoint of insertion is obtained with the three methods (instrumented hammer, VMT and proprioception) and on the three samples (artificial femurs, bovine and cadaveric). The pull-out force F correlates with the Im indicator for implants AC and FS on artificial and bovine femurs.IntroductionLa prothèse totale de hanche non cimentée est actuellement largement utilisée pour les arthroplasties de hanche mais elle s’avère exposée à des complications mécaniques, particulièrement des fractures peropératoires et des descellements aseptiques.Une méthode basée sur la mesure de la variation de la force en fonction du temps avec un marteau instrumenté est utilisée pour réaliser l’insertion des implants acétabulaires sur le versant acétabulaire.Sur le versant fémoral, le marteau instrumenté est utilisé pour le suivi de l’insertion de la tige fémorale (TF) sans ciment dans les fémurs artificiels, bovins et cadavériques.Le point final d’insertion de la TF a été déterminé par trois méthodes : i) le marteau instrumenté ; ii) le suivi des mouvements vidéo et iii) la proprioception du chirurgien. Ensuite, différents impacts ont été réalisés et leur dynamique a été déterminée et comparée à la force d'arrachement F.Matériels et méthodesSur le versant acétabulaire, des études expérimentales et numériques ont été menées pour l'évaluation de la stabilité de l'implant AC dans l’os de bovin et les sujets anatomiques.Sur le versant fémoral, nous avons mené trois études expérimentales sur l’os artificiel, l’os de bovin et le sujet anatomique.Six fémurs artificiels, cinq fémurs bovins et neuf sujets cadavériques ont été utilisés afin de suivre l’insertion de la TF. Nous avons inséré les TF dans nos échantillons avec un marteau instrumenté jusqu’au point final d’insertion.Le point final d’insertion a été déterminé par :La proprioception chirurgicale en déterminant le point final d’insertion de la TF grâce au ressenti du chirurgien, noté : Nsurg.Le marteau instrumenté équipé d’un capteur de force est connecté à un système d’acquisition des données. L’indicateur D et le paramètre N_d sont déterminés.Le suivi vidéo (VMT) pour le suivi de l’insertion de la TF. L’indicateur E et le paramètre N_vid sont déterminés.La différence entre les valeurs trouvées pour Nsurg, Nd et Nvid a été déterminée pour chaque procédure d'insertion.Résultats et discussionNous avons obtenu plusieurs configurations sur le versant fémoral pour chaque type d’échantillon : 72 configurations pour les fémurs artificiels, 87 configurations pour les sujets cadavériques et 99 configurations pour les fémurs bovins, parmi lesquelles 71 stables et 28 instables.Une corrélation significative est obtenue entre l'indicateur Im et la force d'arrachement F pour l’ensemble de nos études. Le coefficient de détermination pour l’insertion de la TF dans l’os artificiel est de R2 = 0,67 et dans l’os bovin de R2 = 0,81 ; pour l’insertion de l’implant AC, il est de R2 = 0,83 dans l’os bovin et de R2 = 0,69 dans le sujet anatomique.Le paramètre D_th : La variation des valeurs de D, obtenues sur les fémurs artificiels avec l’ensemble des impacts réalisés après Nsurg sur les 72 configurations, correspond au seuil D_th = 0,53 ms ; sur les 99 configurations des fémurs bovins, elle correspond au seuil D_th = 0,47 ms, et sur les 87 configurations des fémurs cadavériques au seuil D_th = 0,57 ms.ConclusionLe marteau instrumenté est validé pour le suivi de l’insertion de la TF et de l’implant AC. Cette méthode est reproductible et le point final d’insertion est obtenu avec les trois méthodes (marteau instrumenté, VMT et proprioception) et sur les trois échantillons (fémurs artificiels, bovins et cadavériques). La force d’arrachement F est corrélée à l’indicateur Im pour les implants AC et la TF sur les fémurs artificiels et bovins

Optimisation de l’insertion d’implants orthopédiques non cimentés par une méthode acoustique basée sur l’analyse de la force d’impact

Selon la Haute Autorité de Santé (HAS), environ 150 000 personnes subissent chaque année en France une pose de Prothèse Totale de Hanche (PTH). Malgré la fréquence de l’intervention, environ 5% à 10% d’échecs sont constatés dans les 10 ans suivant l’opération [1], ce qui pénalise les patients et engendre des coûts pour le système de santé. Dans le cas d’implants non-cimentés, la stabilité primaire de l’implant est en effet obtenue grâce aux contraintes qui s’exercent à l’interface avec l’os dues à un sous-dimensionnement de la cavité osseuse par rapport à la taille de l’implant. L’enjeu pour le chirurgien est donc d’insérer suffisamment l’implant afin d’éviter la création de micro- mouvements sans néanmoins provoquer de fracture péri-prothétique. Or, le chirurgien ne dispose d’aucun outil d’évaluation en temps-réel de l’état de stabilité de l’implant dans l’os et se base actuellement sur le son produit par le marteau lors de l’impact [2]. Dans cette étude qui porte sur la tige fémorale, nous nous intéresserons au signal de la force d’insertion, enregistrée grâce à un capteur de force présent sur la face d’impact du marteau orthopédique. Nous montrerons que la forme du signal évolue avec l’étape d’insertion de l’implant dans l’os et avec son enfoncement. En particulier, l’intérêt se portera sur l’étude des rebonds de la pièce impactée sur le marteau et un indicateur temporel, correspondant à la distance entre les deux premiers pics du signal, sera analysé au cours de l’insertion. Les résultats de deux études in silico et ex vivo seront également mis en perspective. Cette mesure dynamique des propriétés du système os-implant ouvre des perspectives quant au développement d’un outil d’aide à la décision pour les chirurgiens. [1] NJR. (2017) 14th Annual joint registry report [2] G. Whitwell et al., (2013) Proc Inst Mech Eng

THREE-DIMENSIONAL OSTEOCYTE LACUNO-CANALICULAR NETWORK AT THE BONE IMPLANT INTERFACE

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THE OSTEOCYTE LACUNO-CANALICULAR NETWORK AT THE BONE-IMPLANT INTERPHASE IMAGED WITH FOCUSED ION BEAM -SCANNING ELECTRON MICROSCOPY

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Comparison of Resonance Frequency Analysis and of Quantitative Ultrasound to Assess Dental Implant Osseointegration

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Ex vivo estimation of cementless femoral stem stability using an instrumented hammer

International audienceBackground 15 The success of cementless hip arthroplasty depends on the primary stability of the femoral stem. It remains difficult to assess the optimal number of impacts to guarantee the femoral stem stability while avoiding bone fracture. The aim of this study is to validate a method using a hammer instrumented with a force sensor to monitor the insertion of femoral stem in bovine femoral samples. Methods 20 Different cementless femoral stem were impacted into five bovine femur samples, leading to 99 configurations. Three methods were used to quantify the insertion endpoint: the impact hammer, video motion tracking and the surgeon proprioception. For each configuration, the number of impacts performed by the surgeon until he felt a correct insertion was noted Nsurg. The insertion depth E was measured through video motion tracking, and the impact number Nvid corresponding to the end of the insertion was estimated. Two indicators, noted I and D, 25 were determined from the analysis of the time variation of the force, and the impact number Nd corresponding to a threshold reached in D variation was estimated. Findings The pullout force of the femoral stem was significantly correlated with I (R²=0.81). The values of Nsurg, Nvid and Nd were similar for all configurations. 30 Interpretation The results validate the use of the impact hammer to assess the primary stability of the femoral stem and the moment when the surgeon should stop the impaction procedure for an optimal insertion, which could lead to the development of a decision support system. Abstract: 248 words. Main text: 4658 word