La simulation industrielle et la modélisation pour une meilleure arthroplastie du genou
Le projet TOTAL.KNEE (Development of a new generation of knee prostheses with enhanced lifespan features using advanced computational biomechanics) a réalisé une étude des prothèses de genou existantes et à évaluer les tensions liées. À la suite de cela, ils ont repensé les surfaces et les aspects du plateau tibial qui soutiennent et contraignent les composants en plastique du genou prothétique. Les chercheurs ont utilisé des analyses par éléments finis pour l'évaluation de plusieurs marques d'implant. La géométrie des prothèses, notamment les longueurs des tiges, les diamètres et les inclinaisons ainsi que les fixations pour le fémur ont été analysés. Les contraintes mécaniques et l'usure générées sur les surfaces tibiales ont été estimées. En utilisant les données obtenues par cette analyse, l'équipe a généré plusieurs géométries pour les surfaces des prothèses afin de réduire l'usure. Le plateau tibial a également été modifié pour évaluer le risque de défaillance mécanique. Les chercheurs ont également évalué la portée de l'accouplement de l'os et de la prothèse. Les chercheurs de TOTAL.KNEE ont développé une méthode pour reconstituer les géométries à partir d'une tomographie informatisée et des scans d'imagerie par résonance magnétique. Les images de faible qualité ont été améliorées avec des algorithmes suivi par une segmentation hybride pour l'identification des tissus. Tous les aspects du protocole sont incorporés dans une plateforme virtuelle – BodyGiD – pour représenter le corps humain et les implants. Pour un remodelage osseux réussi, essentiel pour la longévité de la prothèse, TOTAL.KNEE a réalisé une étude de comportement de la cellule pour le développement de nouvelles stratégies. Un nouveau modèle d'automates cellulaires a simulé le comportement des cellules qui a été publié dans la revue Advanced Modeling and Simulation in Engineering Sciences. Les résultats des recherches de TOTAL.KNEE ont abordé un grand nombre des facteurs impliqués dans l'usure de la prothèse du genou et la diminution conséquente de la durée de vie. Le consortium s'attend à ce que les géométries améliorées donnent naissance à des produits et prototypes commercialisables. Les données produites permettront également d'augmenter la prise de conscience des médecins sur l'utilité de la modélisation informatique pour prédire les effets des implants sur les articulations des os.
Mots‑clés
Prothèse totale du genou, TOTAL.KNEE, plateau tibial, éléments finis, remodelage des os
