Biomécanique de la hanche et du grand trochanter 

Origine et incidence de la fracture commune du grand trochanter

La fracture commune du GT se produit en condition opératoire ou postopératoire d’une arthroplastie primaire ou de révision de la hanche. L’arthroplastie primaire totale de la hanche consiste à retirer la tête fémorale pour la remplacer par une prothèse totale de hanche (PTH) . Le chirurgien procède à la coupe de la tête fémorale, racle le canal diaphysaire pour qu’il puisse accepter la tige fémorale, insère la PTH, remboîte l’articulation et referme le site opératoire. Le GT est grandement fragilisé par l’enlèvement de matière osseuse nécessaire à la pose de la PTH . La fracture du GT se produira en condition opératoire généralement lors de l’impaction de la tige fémorale dans la cavité diaphysaire. Elle se produira aussi en condition postopératoire lors d’une chute ou d’un impact combiné ou non à un mouvement causant une action importante des muscles abducteurs attachés sur le GT .

Traitements chirurgicaux du grand trochanter

Le traitement orthopédique du GT est indiqué pour une fracture survenant principalement lors ou suite à une arthroplastie de la hanche. Le traitement du GT est aussi indiqué dans des cas plus rares de reconstruction traumatologique, de résection de tumeur ou d’ostéotomie du GT pour faciliter l’accès au site opératoire. L’ostéotomie complète classique du GT, pratiquée couramment et améliorée jusqu’à tout récemment a été rendue désuète par la mise au point de techniques qui permettent de conserver intact et entier le GT.
La stabilisation et la compression du GT fracturé demeurent les défis principaux de la chirurgie. L’amplitude et la direction des mouvements du fragment trochantérien fracturé et instrumenté a un impact important sur la qualité de la guérison osseuse . Amstutz (1978) a montré une corrélation entre la faiblesse des abducteurs et un mouvement du GT de 2 cm et plus. La réduction du GT fracturé sera optimale lorsque le fragment sera réaligné sur sa position anatomique initiale à l’aide d’implants pour stimuler la guérison osseuse, particulièrement chez les patients souffrant d’ostéoporose. Dans certains cas, l’avancement du GT par rapport à sa position initiale peut aussi être appliqué pour améliorer l’efficacité de la force des abducteurs et pour augmenter leur tension prévenant la dislocation de la hanche. Pritchett (2001) mentionne que la fracture du GT guérie normalement dans une période de quatre à six semaines et que des mouvements additionnels ne surviennent plus après deux mois.

Modes de défaillance des implants trochantériens

Les complications postopératoires spécifiques à une chirurgie du GT sont les suivantes : non union et mal-union osseuses, union fibreuse, migration du fragment trochantérien, bris d’implant, débris, bursite, douleur, pseudarthrose et ostéolyse. Les complications des fonctions suivantes sont aussi répertoriées: boitement et marche pathologique, dispositif d’assistance à la marche requis et faiblesse des abducteurs.
Les trois modes de défaillance d’une chirurgie du GT les plus rapportés sont le bris des câbles, la migration et la non-union osseuse du fragment trochantérien. Les dizaines d’études répertoriées par Jarit et al. (2007) font état des causes suivantes pour les deux derniers modes de défaillance:
Causes de la migration du fragment trochantérien: ostéoporose, fragment trop petit, pression insuffisante au contact osseux, trop de contact avec l’acrylique ou l’os cortical versus l’os spongieux et mauvais serrage des fils;
Causes de la non-union osseuse: sexe mâle, arthrite rhumatoïde, chirurgie de révision, fragment trop petit, GT fixé à l’acrylique ou au ciment, mauvais serrage et placement des fils.
Le taux actuel de non-union osseuse des implants de quatrième génération (14,6 %) est revenu au niveau de la deuxième génération (8 – 20 %) et des techniques avec multifilaments. Ce taux avait augmenté lors de la troisième génération (1 – 38 %) avec les systèmes de type Cable Grip.

Simulations expérimentales du grand trochanter instrumenté

Les simulations biomécaniques expérimentales ont pour avantage d’être plus crédibles que les simulations numériques auprès de la communauté médicale. Les effets significatifs sont aussi relativement faciles à cerner et à démontrer lorsque des spécimens génériques synthétiques sont utilisés tels les sawbones. Cependant, elles utilisent généralement des approximations ou encore l’omission de paramètres anatomiques et physiologiques importants tels les muscles, les ligaments et les tendons. La seule étude répertoriée sur le GT qui a conservé les muscles est celle de Schwab (2008).
Une tendance se dessine présentement vers la simulation plus réaliste des charges appliquées. En effet, la communauté scientifique et médicale critique actuellement l’utilisation des données de mesure de charges de la littérature qui ne permettent pas de reproduire adéquatement les efforts en cause. Il existe donc un manque de données fiables, particulièrement au niveau de l’attache osseuse du GT.

Simulations numériques du grand trochanter instrumenté

Il existe dans la littérature des études par MEF de systèmes de plaques et vis pour la réduction de fractures dans la région trochantérienne. Seules les études récentes effectuées au laboratoire LIO de l’HSCM existent pour des implants de stabilisation du GT fracturé. La liste suivante résume les points importants de toutes les études.
La majorité des études utilise la tomodensitométrie pour générer les modèles de fémur numériques 3D qui permettent la ségrégation entre l’os cortical et spongieux;
Seuls les modules d’élasticité et les limites élastiques sont utilisés pour caractériser les fémurs cadavériques ou synthétiques (Heiner, 2008);
Le maillage tétraédrique à dix nœuds est plus facile à générer par les logiciels et s’adapte mieux aux géométries arrondies;
Les vis sont modélisées comme un cylindre sans filets avec des liaisons contact totalement lié (Peleg et al., 2006), nœuds à nœuds, ou contact collé avec une définition d’arrachement;
Le contact entre le fragment du GT et le fémur est différent pour chaque étude. Tai et al. (2009) et Chen et al. (2004) ont utilisé respectivement une limite d’adhésion du fragment avec le fémur (seuil de séparation) et un coefficient de friction pour un contact avec frottement;
Seule l’étude de Petit et al. (2012) modélise un système plaque-os-câble;
Toutes les études s’attardent sur l’analyse des contraintes Von Mises (VM);
Une seule étude analyse le comportement sommaire du mouvement et de la rupture en fatigue de la plaque (Demian et al., 2009);
Seules les études de Cegonino et al. (2004), Petit et al. (2012) et Bourgeois (2010) s’attardent sur la migration du fragment osseux.

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Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 REVUE DES CONNAISSANCES
1.1 Biomécanique de la hanche et du grand trochanter 
1.2 Fractures et traitements chirurgicaux du grand trochanter 
1.2.1 Origine et incidence de la fracture commune du grand trochanter
1.2.2 Autres fractures du grand trochanter
1.2.3 Traitements chirurgicaux du grand trochanter
1.2.4 Modes de défaillance des implants trochantériens
1.3 Simulations expérimentales du grand trochanter instrumenté 
1.4 Simulations numériques du grand trochanter instrumenté
1.5 Études cliniques du grand trochanter instrumenté
CHAPITRE 2 HYPOTHÈSES ET OBJECTIFS 
2.1 Problématique 
2.2 Hypothèses et objectifs 
CHAPITRE 3 MATÉRIEL ET MÉTHODES 
3.1 Protocoles biomécaniques expérimentaux 
3.1.1 Protocole 1 : Étude appariée sur spécimens cadavériques
3.1.1.1 Description et préparation des spécimens cadavériques
3.1.1.2 Description et préparation de l’appareillage expérimental
3.1.1.3 Définition de la charge appliquée versus théorique
3.1.1.4 Expérimentation
3.1.1.5 Traitement des données expérimentales
3.1.2 Protocole 2 : Étude par plan expérimental sur spécimens synthétiques
3.1.2.1 Description et préparation des spécimens synthétiques
3.1.2.2 Description et préparation de l’appareillage expérimental
3.1.2.3 Expérimentation
3.1.2.4 Traitement des données expérimentales
3.2 Validation des résultats 
3.2.1 Protocole 1 : Étude appariée sur spécimens cadavériques
3.2.1.1 Impact des dimensions de l’ostéotomie
3.2.1.2 Impact du positionnement du bassin sur l’appareil de test mécanique
3.2.1.3 Impact de la charge appliquée versus théorique
3.2.1.4 Impact de la distribution de l’échantillon
3.2.2 Protocole 2 : Étude par plan expérimental sur spécimens synthétiques
3.2.2.1 Impact de la charge appliquée versus théorique
3.2.3 Comparaison entre les protocoles in-vitro 1 et 2 et la littérature numérique
CHAPITRE 4 RÉSULTATS
4.1 Protocole 1 : Étude appariée sur spécimens cadavériques
4.1.1 Comportement biomécanique lors du cyclage
4.1.2 Comportement biomécanique au dernier cycle
4.1.3 Validation des résultats de MIG et DÉP
4.1.3.1 Impact des dimensions de l’ostéotomie
4.1.3.2 Impact du positionnement du bassin sur l’appareil de test mécanique
4.1.3.3 Impact de la charge appliquée versus théorique
4.1.3.4 Impact de la distribution de l’échantillon
4.2 Protocole 2 : Étude par plan expérimental sur spécimens synthétiques 
4.2.1 Comportement biomécanique lors du cyclage
4.2.2 Comportement biomécanique au dernier cycle
4.2.3 Validation des résultats de MIG et DÉP
4.2.3.1 Impact de la charge appliquée versus théorique
4.3 Comparaison entre les protocoles in-vitro 1 et 2 et la littérature numérique
CHAPITRE 5 DISCUSSION
5.1 Protocole 1 : Étude appariée sur spécimens cadavériques
5.1.1 Comparaison avec la littérature
5.1.2 Comparaison avec la pratique médicale
5.1.3 Validation des résultats de MIG et DÉP
5.2 Protocole 2 : Étude par plan expérimental sur spécimens synthétiques 
5.2.1 Comparaison avec la littérature
5.2.2 Comparaison avec la pratique médicale
5.2.3 Validation des résultats de MIG et DÉP
5.3 Comparaison entre les protocoles in-vitro 1 et 2 et la littérature numérique
CONCLUSION

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