Étude du comportement biomécanique en fatigue de l’articulation de la hanche sans et avec prothèse - Université de Lorraine Access content directly
Theses Year : 2022

Study of the biomechanical behavior in fatigue of the hip joint without and with prosthesis

Étude du comportement biomécanique en fatigue de l’articulation de la hanche sans et avec prothèse

Abstract

The hip joint can be considered the most heavily loaded joint in the human body. Diseases of this joint have become very common. In order to predict early deterioration and increase the life span of prosthetic solutions, it is necessary to study the biomechanical behavior of femoral bone tissue. The insertion of non-natural parts with different mechanical properties of the bone leads to a change in the stress distribution and can therefore cause the disruption of the homeostasis of the healthy bone. The femur bone, characterized by its evolving properties, is therefore subjected to significant and quasi-permanent stress, which leads to fatigue fracture over time. In this context, a mechanical characterization was performed. A finite element model of the bone was built to compare the mechanical behaviors of the healthy and implanted human femur in order to study the risk of fatigue of the cortical bone in the vicinity of the implant. To better understand the fatigue behavior of this tissue, samples from different directions were tested in tension. The test rig allowed for the reproduction of physiological conditions as well as an adequate test environment in temperature and frequency. The tests revealed the anisotropy of the bone and the elastic behavior of the bone tissue. The tomography results provided a rich database regarding the microarchitecture of the bone and its evolution during fatigue testing. In conclusion, this work provides data and tools that lead to broad perspectives of simulation of the hip joint that can be used to predict its behavior even under other conditions.
L’articulation de la hanche peut être considérée comme l’articulation la plus chargée du corps humain. Les maladies de cette articulation sont devenues très répandues. Pour prédire la détérioration précoce et augmenter la durée de vie des solutions prothétiques, il est nécessaire d'étudier le comportement biomécanique du tissu osseux fémoral. L'insertion de parties non naturelles, ayant des propriétés mécaniques différentes de l'os, entraîne une modification de la répartition des contraintes et peut donc provoquer la perturbation de l'homéostasie de l’os sain. L’os du fémur caractérisé par ses propriétés évolutives est donc soumis à une contrainte importante et quasi-permanente ce qui entraîne avec le temps une fracture par fatigue. Dans ce contexte, une caractérisation mécanique a été réalisée. Un modèle d'éléments finis de l'os a été construit pour comparer les comportements mécaniques du fémur humain sain et implanté afin d’étudier le risque de fatigue de l'os cortical au voisinage de l'implant. Pour mieux comprendre le comportement en fatigue de ce tissu, des échantillons de différentes directions ont été testés en traction. Le banc de mesure a permis de reproduire les conditions physiologiques ainsi qu’un environnement d’essai adéquat en température et en fréquence. Les essais ont révélé l’anisotropie de l’os ainsi que le comportement élastique du tissu osseux. Les résultats de la tomographie ont permis de constituer une riche base de données concernant la micro-architecture de l’os et son évolution lors des essais de fatigue. En conclusion, ces travaux fournissent des données et des outils qui mènent à de larges perspectives de simulation de l’articulation de la hanche qui peuvent être utilisées pour prédire son comportement même dans d'autres conditions.
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tel-04087798 , version 1 (03-05-2023)

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  • HAL Id : tel-04087798 , version 1

Cite

Zeineb Hadiji. Étude du comportement biomécanique en fatigue de l’articulation de la hanche sans et avec prothèse. Biomécanique [physics.med-ph]. Université de Lorraine; Université de Tunis El Manar (Tunisie), 2022. Français. ⟨NNT : 2022LORR0156⟩. ⟨tel-04087798⟩
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