Modélisation numérique du squeaking d’une arthoplastie totale de hanche à couple céramique-céramique : influence du dessin et des matériaux

RésuméBackgroundLa dernière génération du couple Céramique-Céramique (C-C) est couramment utilisée en arthroplastie totale de hanche (PTH) chez des sujets jeunes afin d’augmenter la survie. Cependant, ce couple est à l’origine de bruits dont le grincement qui est une complication parfois invalidante. Plusieurs tentatives de simulations numériques n’ont pas permis de reproduire in vitro le grincement produit par le couple C-C. Aussi, nous avons développé un modèle par éléments finis afin de : (1) reproduire in vitro le grincement et validant celui-ci par comparaison avec des enregistrements in vivo ; (2) déterminer quelles étaient les différences entre les fréquences de grincement observées in vivo et in vitro ; (3) identifier le rôle du pivot dans la genèse du grincement ; (4) prédire les dessins et matériaux les plus à même de produire les grincements.HypothèseUn modèle de THA à couple C-C peut être mis au point pour reproduire les fréquences du grincement observées in vivo.Matériel et méthodesUne modélisation numérique (modèle en éléments finis [ANSYS]) et un modèle expérimental (arthroplastie sans ciment avec couple C-C en calibre 32 mm non lubrifié) ont été mis au point pour reproduire le grincement. Une analyse numérique a été menée pour identifier les fréquences responsables de l’émission acoustique du grincement. Le modèle en éléments fini (MEF) a été optimisé dans le but de reproduire les fréquences observées in vivo en incluant l’os et les tissus mous périprothétiques. Une méthode numérique (analyse en valeurs propres complexe) a permis de déterminer les fréquences acoustiques du grincement. Nous avons comparé les fréquences obtenues par les modèles numérique et expérimental à celles enregistrées in vivo.RésultatsLes données du modèle numérique ont été affinées, puis validées au moyen des tests sur le modèle expérimental de THA C-C. Les fréquences observées (moyenne : 2790 Hz sur le MEF, 2755 sur le modèle expérimental, passant à 1759 Hz lorsque l’os et les tissus mous modélisés étaient inclus dans le MEF) étaient concordantes avec celles enregistrées in vivo (1521 Hz). La cupule et l’insert en céramique étaient la source de la vibration, mais ces éléments avaient peu d’influence sur l’amplification et la diffusion du bruit nécessaires pour le rendre audible par l’oreille humaine. Le MEF a montré que la diffusion du grincement était favorisée par des vibrations instables affectant le pivot fémoral durant une friction de la C-C non lubrifiée. Le MEF a permis de prédire un taux plus élevé de grincement (avec un coefficient de friction moindre) lorsque l’alliage du pivot était en TZMF™ plutôt qu’en Ti6Al4V et lorsque la pivot était de forme arrondie anatomique remplissante plutôt qu’avec un pivot droit autobloquant.DiscussionNotre MEF a été validé et il permet d’étudier différents dessins et matériaux de pivots afin de prédire de manière fiable la possibilité de survenue de grincement pour un modèle donné de THA à couple C-C.Niveau de preuveNiveau IV étude in vitro.