Understanding the dual mobility concept for total hip arthroplasty. Investigations on a multiscale analysis-highlighting the role of arthrofibrosis

International audienceIn hip implants, UHMWPE (ultra high molecular weight polyethylene) liner wear is believed to be a key issue affecting the lifetime of the artificial joint. Dual mobility, a THA (total hip arthroplasty) concept where the liner moves inside the metallic shell, has become popular due to its low dislocation rate. To understand the tribological behavior of this particular implant, especially the role of the second mobility, 12 representative explants were selected from a bank of 250 explants. The implants used were Profil® femoral stem and Novae® metallic shell. The external surface, involved in the second mobility, was examined by 3D profilometry, SEM (scanning electron microscopy) and CMM (coordinate measuring machine). This study highlights a correlation between roughness and CMM evolutions and surgical parameters. A particular wear zone and a wear scenario were identified and validated according to the type of metal-back. A metal transfer between the metal back and the liner was isolated. CMM allowed to measure second mobility wear volume at a macroscopic scale. Thus a realistic wear mechanism has been suggested for this specific implant

Concept de double mobilité pour les prothèses totales de hanche : analyses multi-échelles de son fonctionnement

National audience120000 prothèses de hanche sont implantées chaque année, en France, 800000 en Europe. Cet acte chirurgical représente un enjeu de santé publique majeur, dans les années à venir. Dans l'optique d'augmenter la durée de vie des implants, un concept original de l'articulation d'une prothèse de hanche, le concept de double mobilité, représente maintenant 30 % des implants de hanche en France. 250 explants ont été conservés avec leurs caractéristiques complètes, ainsi que celles des patients. Une population homogène d'explants de LIP sans descellement acétabulaire, à même embase fémorale Profil ® a été ciblée. Puis, une première analyse visuelle et les données opératoires ont dégagé 12 explants caractéristiques. Une analyse de rugosimétrie de surface de la convexité a été menée (profilométries 2D et 3D) sur 5 zones de 1 mm² pour 2 latitudes choisies ainsi que le sommet (11 surfaces) [1,2]. La cartographie intégrale, relevés tridimensionnels macroscopiques, a été réalisée. La microscopie électronique à balayage munie d'une sonde EDS a permis de caractériser les transferts métalliques, insert sur metal back, dus à la 2 e mobilité. L'évolution de paramètres particuliers de rugosité 3D a permis de mettre en évidence les différents mécanismes d'usure de la 2 ème mobilité. Les metal backs en alliage de titane, ainsi que les échecs par fibrose capsulaire ont montré un fluage du UHMWPE (Ultra High Molecular Weight PolyEthylen) sans usure significative, ce qui explique une LIP précoce par un contact plus fréquent sur la collerette de rétentivité. Les surfaces de metal-back en acier présentent une phase de fluage puis une phase de frottement sur une bande caractéristique. L'usure du metal back en miroir corrèle cette observation. Le dessin prothétique et la balance de Pauwels permettent d'expliquer finement cette bande d'usure. De plus, il a été mis en évidence que l'usure n'est pas liée à l'âge ou au diamètre de l'insert. Il a été possible d'établir un scénario du mouvement de la deuxième mobilité, à partir des explants étudiés, en tenant compte des matériaux, de la taille des éléments prothétiques et de toutes les données disponibles

Wear analysis of hip explants, dual mobility concept: Comparison of quantitative and qualitative analyses

International audienceTotal hip replacement (THR) fails mainly because of wear. It is of interest to analyze wear to be able to increase the longevity of the hip implants. One way to achieve it is to use instruments on explants but the most suitable depends on the application. This paper aims at comparing several methods of surface analysis in the particular application of wear determination in a series of dual mobility explants. Wear measurement could help understand the wear mechanism only partially known. A CMM, Coordinate Measuring Machine, is used to get 3D points representing the explants, then Pro/Engineer ® and Matlab ® are used to calculate wear. A mechanical (SOMICRONIC®) and an optical profilometer (Bruker nanoscope Wyko® NT 9100, ex. Veeco) are used to access roughness parameters. The comparisons of the two software showed similar results for wear calculation except in a few cases where differences are due to the theoretical volumes calculation. The comparison of the two profiling techniques resulted in similar results particularly for Sa and Sdr. The comparison of the results showed that wear is present for four explants; it is relevant with the observed characteristics. The mechanical profilometer showed better accuracy than the optical one which enable to conclude that it must not be neglected for that particular application, even if measurements need more time

Adaptations de la force musculaire des muscles rotateurs médiaux et latéraux dans la stabilisation dynamique de l' articulation scapulo-humérale (applications à des situations pathologiques et sportives)

Le but de ce travail est de déterminer les liens éventuels existant entre la force et l équilibre agoniste / antagoniste des muscles rotateurs médiaux et latéraux de l articulation scapulohumérale, et la stabilité scapulo-humérale. La première partie de ce travail est un rappel d anatomie fonctionnelle, de physiologie articulaire et de biomécanique de l articulation scapulo-humérale, ainsi que des aspects pathologiques en rapport avec la problématique de sa stabilité et de son exploration. La deuxième partie propose une analyse critique de la technique d exploration de la force musculaire par dynamométrie isocinétique, afin de déterminer un protocole d évaluation fiable et reproductible. Ainsi, nous choisissons d utiliser la position d évaluation la plus reproductible et la plus adaptée pour l évaluation de sujets pathologiques : la position assise avec 45 d abduction dans le plan de la scapula avec correction de la gravité. La troisième partie a pour objet de rechercher, à partir d études cliniques originales, les liens existant entre la force musculaire des rotateurs médiaux et latéraux de l épaule et l instabilité antérieure chronique post-traumatique d une part, et les adaptations de cette force avec certaines sollicitations sportives d autre part. Bien qu un déficit de la force musculaire des rotateurs médiaux et latéraux soit associé à l instabilité antérieure chronique, nos études ne rapportent pas d association entre le déséquilibre agoniste/antagoniste et l instabilité antérieure chronique. Dans le cadre de la pratique de sports sollicitant les membres supérieurs, les adaptations de la force, avec une augmentation de la force des muscles rotateurs médiaux et latéraux du côté dominant, sont inconstantes, et surtout, nos résultats ne rapportent aucun déséquilibre agoniste/antagoniste induit par la pratique sportive. En conclusion, notre travail de thèse met en évidence des adaptations de la force musculaire sans perturbation de l équilibre agoniste/antagoniste des rotateurs médiaux et latéraux de l articulation scapulo-humérale, associées à l instabilité scapulo-humérale ou induites par la pratique de sports sollicitant cette articulation. Prenant en compte les limites de notre expérimentation, on peut faire l hypothèse que les adaptations physiologiques induites par la pratique sportive n interviendraient pas comme un mécanisme de désadaptation, ou un facteur de risque prédisposant, à l origine des pathologies de l articulation scapulo-humérale. Ainsi, notre conclusion serait que l équilibre agoniste / antagoniste aurait un rôle protecteur de la stabilité articulaire ; la survenue d un déséquilibre musculaire agoniste / antagoniste serait alors secondaire à une lésion anatomique et marquerait le signe de son évolution longue et/ou péjorativeThe aim of this work is to determine the possible links between strength and agonist/antagonist balance of the shoulder internal and external rotators muscle, and the glenohumeral stability. The first part of this work is a reminder of functional anatomy, joint physiology and biomechanics of the glenohumeral joint, and pathological aspects related to the problem of its stability and its exploration. The second part propose a critical analysis of technical exploration of muscular strength by isokinetic dynamometer to determine a reliable and reproducible protocol. We choose to use the more reliable and more suitable position for evaluation of pathological subject: the seated position with 45 of shoulder abduction in the scapular plane, with gravity corrected. The third part is aimed to research, from original clinical studies, the relationship between shoulder internal and external rotators muscle strength and balance, and shoulder instability on the one hand, and adaptations of this strength with sports practice on the other hand. Although a deficit in rotators muscle strength is associated with recurrent anterior instability, our work reporte no association between agonist/antagonist imbalance and recurrent anterior instability. In overhead sports and sports seeking the upper limbs, adaptations of strength, with a rotator strength increase on the dominant side, are inconsistent, and most importantly, our results reporte no agonist/antagonist imbalance induced by the sports practice. In conclusion, this work highlights adaptations in strength and balance of the shoulder internal and external rotators muscle associated with the glenohumeral joint instability, or induced by the sports practice. Tacking into account the limits of our experiment, we can hypothesis that any physiological adaptations induced by sport practice would not intervene as a pathophysiological mechanisms of desadaptation, or not be considered a risk factor predisposing, to glenohumeral joint diseases. Thus, our conclusion is that the agonist/antagonist balance would have a protective role of the joint stability; the occurrence of a muscle agonist / antagonist imbalance may be secondary to an anatomical lesion and mark the sign of its long and/or pejorative evolutionST ETIENNE-Bib. électronique (422189901) / SudocSudocFranceF

Dual mobility retentive acetabular liners and wear: surface analysis of 40 retrieved polyethylene implants

PURPOSE OF THE STUDY: Dual mobility systems with retentive acetabular liners have been used in clinical practice for total hip arthroplasty since 1976. The dual mobility system preserves a wide range of motion while providing greater stability. This study measured wear on the concave and convex surfaces of 40 retrieved polyethylene liners, to evaluate the advantages of this system in relation to wear. MATERIAL AND METHODS: Forty polyethylene inserts that had been removed due to infection or mechanical failure after a mean 8 years were analyzed. The mean age of patients at arthroplasty was 46 years old. Macroscopic analysis was followed by surface analysis with direct measurement of changes in the curvature radii. The internal concave surface was measured in three dimensions using a 4-mm stylus (BNH 706). External convexity was measured by lateral projection. The estimated error was ± 5 ?m for both measurement methods. Manufacturers' tolerance for these implants was approximately 50 ?m. Linear wear and wear volume was determined by comparing the measured dimensions with the theoretical dimensions of new liners. RESULTS: Macroscopically, all of the pieces studied had lost the initial machined grooves on the convex surface; 40% of the pieces showed visible wear of the retentive collar. Mean annual convex surface wear was 9 ?m (SD 9?m) and 73 ?m (SD 69 ?m) for the concave surface. Mean total wear, which was the sum of the wear on the convex and concave surfaces was 82 ?m (SD 72 ?m). Wear volume was 28.9 mm(3)/yr for the convex surface (SD 27.6) and 25.5 for the concave surface (SD 23.2) with a mean annual total wear volume of 54.3 mm(3)/yr (SD 39.6). DISCUSSION: Total wear in the 40 dual mobility liners that had functioned in vivo was similar to that reported in metal-polyethylene bearings with 22.2mm femoral heads. The results of wear in both the convex and concave surfaces show that wear with the dual mobility system was not increased compared to conventional metal-polyethylene bearings, while providing better retention and greater stability. CONCLUSION: The use of dual mobility acetabular liners is an attractive solution when a metal-polyethylene bearing is needed. The increased joint stability is not associated with increased wear

Primary total hip arthroplasty with dual mobility socket to prevent dislocation: a 22-year follow-up of 240 hips

International audiencePurpose: The longest follow-up dual mobility series from inventor Gilles Bousquet focussing on implant survival and the incidence of dislocation. Methods: This was a retrospective study from 1985 to 1990, on 240 hips using a PF® modular femoral stem and a dual mobility Novae® tripodal socket (SERF). Results: The 22-year follow-up global survival rate was 74%. No dislocation occurred, 41 hips were revised, including ten retentive failures (RF), 12 hips were lost to follow-up, 87 patients (99 hips) died without revision, and 90 hips were still in situ. Conclusion: The dual mobility socket global survival rate is comparable to similar series. The 0% dislocation rate demonstrates the success of dual mobility with regard to implant stability. The main issues were cup fixation, which might be improved by the use of macrostructures and HA coating, and osteolytic lesions, caused by polyethylene wear. Traditionally suitable for patients older than 60 years, dual mobility might be extended for use in patients over 50

Understanding Dual Mobility-Multi scale analysis

International audiencePas de résum

Pelvic balance in sagittal and Lewinnek reference planes in the standing, supine and sitting positions

INTRODUCTION: Sagittal pelvic balance is a recognized factor influencing targeted acetabular-component anteversion during total hip arthroplasty implantation. However, no studies in the literature have systematically reported pelvic parameters data in the standing, sitting and supine positions. HYPOTHESIS: Variations in acetabular cup orientation can be traced to eventual pelvic balance changes in one of these three usual positions. MATERIALS AND METHODS: In these three positions (supine, standing and sitting), pelvic anatomical parameters and reference planes were radiologically defined from a group of 67 patients (average age: 70.2+/-3.2 years). The complete X-rays individual sets were digitized and measurements were obtained by a single operator using a Spineview software (previously, strictly validated for these kind of measurements). Positioning according to the Lewinnek pelvic coordinate system, which is considered as a possible source of errors when vertically standing or horizontally lying, was also investigated. RESULTS: The average pelvic incidence of 59.6 degrees did not vary in the sitting, supine or standing positions, with no statistically significant difference between sexes. The Legaye equation--pelvic incidence is equals to pelvic version plus sacral slope--was verified. Pelvic version increased by an average 22 degrees from the sitting to the supine or standing positions. Sacral slope varied in a reverse order. Pelvic-femoral angle (PFA) decreased by 20 degrees from the standing to the supine position. The Lewinnek plane was located 4 degrees posterior to the vertical plane. Whatever the position adopted, pelvi-Lewinnek angle appeared constant, averaging 12 degrees. DISCUSSION: The average pelvic incidence in this series was high, most probably associated with advancing patient age and/or pathology. The concept of functional anteversion appeared critical when taking into account pelvic version variations (according to the position, sitting, supine or standing) positions. The Lewinnek plane, commonly accepted as the reference plane for hip navigation, was individualised to each patient and should not be mistaken with the vertical plane; positioning of the femur in relation to the Lewinnek plane was also specific to each patient. Cumulative approximation on these two parameters at surgery resulted in a combined imprecision of 26 degrees when standing and 36 degrees when lying down. We have thus defined crucial parameters to be integrated in computer-assisted hip surgery softwares: positional variations of the pelvic version (functional anteversion), positioning of the Lewinnek plane, and PFA value (both specifically patient's dependant). If integration of these parameters into new sofwares versions appears possible, this would represent a reliable compromise between maximum prosthetic stability, maximum joint amplitudes and elimination of possible prosthetic conflict

Épidémiologie de 450 explants de prothèse totale de hanche double mobilité : recherche de facteurs de risque de reprise cliniques et matériels et comparaison entre dessin et matériaux originaux et actuels.

National audienceGilles Bousquet développa avec André Rambert en 1975 le concept de double mobilité, et choisit d'utiliser exclusivement ce concept chez tous ses patients bénéficiant d'une prothèse totale de hanche. Le concept stéphanois est utilisé en 2011 dans plus de 30 % des PTH en France et pénètre actuellement le marché américain. Depuis le début des années 90 tous les explants sont conservés par le service, afin de pouvoir être analysés. Plus de 450 explants avec les caractéristiques des implants et des patients furent collectés. Une première sélection a permis en 2007 de définir des populations caractéristiques de luxation intraprothetique. Les techniques d'analyse multidimensionnelle, maintenant validées, ont pu être utilisées sur l'ensemble des explants, de fac¸on à gagner en puissance et élargir la compréhension du fonctionnement du concept. Patients et Méthodes.-- L'ensemble des caractéristiques des patients et des implants fut récupéré de fac¸on à déterminer des facteurs de risque de reprise et de définir des populations de reprise. La série continue et homogène de 450 explants a bénéficié d'une première analyse morphologique qui a permis de valider un fichier d'explant standardisé. Les étiologies de reprise, à savoir un descellement d'implant (cotyloïdien, fémoral ou bipolaire), une usure radiologique importante, une LIP, une fracture péri-prothétique, une infection du site opératoire, ou une association de ces différents éléments ont autorisé le classement des patients en autant de groupes. L'IMC du patient, son activité selon Devane, les caractéristiques des implants, ainsi que le score de Brooker ont été testés pour définir des facteurs de risque. Un rapprochement avec les séries cliniques concernant ces implants a été effectué. Résultats et discussion.-- Les facteurs de risque furent listés. Il existait des différences notables entre les résultats des implants posés avant les années 2000 et ceux posés à partir de 2000, notamment un taux de LIP nul sur les prothèses récentes. Ces différences s'expliqueraient par l'utilisation de cols fins polis, et la modification du dessin et du matériau de l'insert en UHMWPE. Les données concernant les patients jeunes ont montré un taux de reprise plus important, surtout sur une problématique d'usure, conforme aux données de la littérature. Conclusion.-- Ces résultats permettront de démarrer une campagne conséquente d'analyse dimensionnelle des explants double mobilité, avec comme objectif une modélisation des fonctionnements possibles, et la construction d'une base de données in vivo pour permettre d'optimiser le concept double mobilité