Dissertations / Theses on the topic 'Appareils orthopédiques'

Le but de ce travail etait la mise au point de revetements osteoconducteurs stables de phosphate de calcium (hydroxyapatite et fluorhydroxyapatite), sur ta6v. L'auteur s'est tout d'abord interesse a l'optimisation de la synthese de la fluorhydroxyapatite par precipitation, suivant la methodologie d'un plan d'experiences. Apres mise en forme par projection plasma sous vide ou sous pression atmospherique, l'influence de la structure et de la texture de differents depots sur les comportements chimiques, mecanique et biologique, a pu etre mise en evidence. L'auteur a montre l'effet preponderant des phases etrangeres issues de la decomposition de l'apatite sur la degradation in vitro et in vivo des revetements, sur la stabilite mecanique de l'interface metal/ceramique et sur la bioreactivite des depots. Deux phases, presentes en grande quantite dans ce type de materiaux, ont fait l'objet d'une etude particuliere par plusieurs techniques physico-chimiques (spectroscopie ir, raman et rmn, diffraction des rx) : l'oxyhydroxyapatite et le phosphate de calcium amorphe haute temperature. L'oxyhydroxyapatite de structure tres complexe ne semble pas affecter la reactivite des depots. La phase amorphe haute temperature relativement proche du phosphate tricalcique amorphe precipite, est le facteur essentiel influant sur le comportement des revetements. L'auteur a egalement montre que les proprietes mecaniques, chimiques et physiologiques des revetements plasma pouvaient etre considerablement ameliorees par differents traitements de surface. La solubilite des depots a pu etre reduite par fluoruration de l'apatite en milieu aqueux. Afin de favoriser l'osteoconduction des implants, la formation d'une apatite carbonatee a ete induite a la surface du depot.

Le depot de phosphate de calcium apatitique sur les protheses orthopediques metalliques permet d'ameliorer considerablement leur biocompatibilite et de supprimer l'utilisation de ciments orthopediques, cause essentielle des descellements. Cette etude porte sur la realisation de depots de phosphate de calcium sur alliage de titane par deux nouvelles methodes de deposition en milieu aqueux. La methode par voie electrochimique consiste a induire la precipitation de phosphate de calcium a la surface d'une cathode en titane par electrolyse d'une solution sursaturee de phosphate de calcium. La mise au point du protocole de deposition a permis d'obtenir des depots de phosphate de calcium apatitique, carbonate. Les conditions d'electrolyse et la caracterisation physico-chimique du depot (spectrometrie infrarouge, spectroscopie de photoelectrons x, microscopie electronique a balayage, spectroscopie des ions secondaires) ont ete precisees. La seconde methode, par croissance cristalline a composition constante, est basee sur la nucleation directe de phosphate de calcium sur la surface metallique. Cette premiere etude porte sur la nucleation et la croissance du phosphate de calcium dihydrate sur un alliage de titane. L'influence de differents traitements de surface (oxydation, carburation, nitruration) sur les proprietes de nucleation et de croissance a, en outre, ete etudiee a partir de semences pulverulentes. Bien que les depots realises par l'une ou l'autre des deux methodes soient peu adherents, ils peuvent etre responsables d'une osteoconduction et permettre la rehabilitation de surfaces prosthetiques complexes (fibermesh, microbilles de titane, grillage) destinees a assurer l'ancrage mecanique de la prothese au tissu osseux

Ce travail s’inscrit dans le cadre des aides techniques aux handicapés, plus précisément, aux amputés des membres supérieurs. Il s’agit d’une prothèse de main “intelligente” et communicante contrôlée par son porteur et qui sera sa main myo-électrique. Dans ce mémoire, nous schématisons les divers mouvements de la prothèse par un automate qui décrit le fonctionnement de ce système. Une partie de notre projet porte sur l’étude des prothèses de mains existantes, dans le but d’améliorer leurs fonctionnalités, leur fiabilité, leur ergonomie et, en particulier, leur acceptabilité chez les handicapés. Nous proposons, au cours de cette thèse, un protocole de communication intelligent permettant l'interaction entre la prothèse et la personne appareillée. Ensuite, nous réalisons un programme de simulation pour valider notre protocole, avec des signaux réels. Une deuxième validation a eu lieu en utilisant une carte d'acquisition électronique sur laquelle nous avons implémenté notre programme
This work joins within the framework of the technical helps the handicapped persons, more exactly, the amputees of upper limbs. It is about prosthesis of "intelligent" and communicating hand controlled by its carrier and which will be the myoelectric hand. In this thesis, we schematize the different movements of the prosthesis by an automaton which describes the functioning of this system. A part of our project lays on studying the existing hand prosthesis in order to improve their functionalities, their reliability at the produced signals acknowledgment, their ergonomics and, in particular, their acceptability by handicapped persons. We offer, in the present thesis, an intelligent communicating protocol allowing correlation between the prosthesis and the handicapped person. Then, we accomplish a program of simulation to validate our protocol, with real EMG signals. We realise also a second validation by using an electronic card of acquisition on which we established our program

Cette thèse s'inscrit dans un projet de recherche dont l'objectif est d'améliorer l'autonomie des personnes confinées en fauteuil roulant manuel grâce à des études en situation réelle de locomotion. Un modèle mécanique a été développé mettant en relation les mouvements du système sujet-fauteuil avec les efforts qui s'y exercent. Après avoir étalonné les capteurs nécessaires, plusieurs expérimentations ont permis de valider une méthode d'estimation de la résultante des forces de résistance à l'avancement, et une méthode de reconstruction de la trajectoire suivie par le fauteuil. Enfin, les paramètres biomécaniques qui interviennent dans le modèle ont été quantifiés lors d'une expérimentation en situation réelle qui a permis d'étudier l'influence des mouvements du sujet sur les déplacements du fauteuil. A terme, cette approche devrait permettre de déterminer les paramètres biomécaniques pertinents et d'optimiser les méthodes de rééducation et les réglages des fauteuils

Les technologies d’assistance jouent un rôle important dans le quotidien des personnes en situation de handicap, notamment dans l’amélioration de leur autonomie de vie. Certaines d’entre elles à l’exemple des fauteuils roulants motorisés et autres bras robotiques articulés, requièrent une interaction au moyen d’interfaces dédiées capables de traduire l’intention de l’utilisateur. Les individus dont le niveau de paralysie confère de bonnes capacités résiduelles arrivent à interagir avec les interfaces de contrôle nécessitant une intervention mécanique et un certain niveau de dextérité (joysitck, boutons de contrôle, clavier, switch, souris etc). Cependant, certains types de handicap (lésion ou malformation médullaire, paralysie cérébrale, traumatismes à la suite d’un accident, absence congénital de membres du haut du corps, etc) peuvent entraîner une perte d’autonomie des doigts, des avant-bras ou des bras, rendant impossibles le recours à ces outils de contrôle. Dès lors, il est essentiel de concevoir des solutions alternatives capables de pallier ce manque. Partout à travers le monde, des chercheurs réalisent des prouesses technologiques et conçoivent des interfaces corps-machine adaptés à des handicaps spécifiques. Certaines d’entre elles utilisent les signaux bio-physiologiques (électromyoraphie (EMG), électroencéphalographie (EEG), électrocorticographie (ECoG), électrocculographie (EOG)), image de l’activité musculaire, cérébrale et occulographique du corps humain, qu’elles traduisent en moyens de contrôle relatifs à un mouvement, une intention formulée par le cerveau, etc. D’autres se servent de capteurs d’image capable d’être robuste dans un environnement donné, pour traduire la direction du regard, la position de la tête ou l’expression faciale en vecteurs de contrôle. Bien qu’ayant fait montre de leur efficacité, ces techniques sont parfois trop coûteuses, sensibles à l’environnement dans lequel elles sont utilisés, peuvent être encombrantes et contre-intuitives, ce qui explique le gap existant entre les besoins réels, la recherche et le marché des solutions de contrôle alternatives disponibles. Ce projet propose un “framework” embarqué, permettant d’interfacer différents types de modalités de mesure des capacités résiduelles des patients, au sein d’un réseau de capteurs corporels sans-fils multimodales. Son architecture est conçue de façon à pouvoir prendre en compte différents types de handicap et octroyer une large gamme de scénarios de contrôle pouvant s’adapter facilement aux aptitudes physiques de son utilisateur. In fine, l’interface corps-machine que ce projet propose, explore des approches nouvelles, se voulant pallier aux limitations des solutions existantes et favoriser l’autonomie de vie des individus en situation de handicap.
Assistive technologies play an important role in the day-to-day lives of people with disabilities, in particular in improving their autonomy. Tools such as motorized wheelchairs, assistive robotic arms, etc, require interaction through dedicated interfaces capable of translating the user’s intention. Individuals whose level of paralysis allows good residual abilities can interact with control interfaces requiring mechanical intervention and a good level of dexterity (joysitck, control buttons, keyboard, switch, mouse etc). However, certain types of disability (spinal cord injury or malformation, cerebral palsy, trauma following an accident, congenital absence of upper body limbs, etc.) may result in loss of autonomy of the fingers, forearms or arms, making it impossible to use these control tools. Therefore, it is essential to design alternative solutions to overcome this lack. Researchers around the world are realizing technological prowess by designing body-machine interfaces adapted to specific handicaps. Some of them use bio-physiological signals (electromyography (EMG), electroencephalography (EEG), electrocorticography (ECoG), electrocculography (EOG)), images of the muscular, cerebral and occulographic activity of the human body, for translation into means of control with respect to a movement, an intention formulated by the brain, etc. Others use image sensors that can be robust in a given environment, to translate the direction of gaze, the position of the head, or facials expressions, into control vectors. Although they were proved to be efficient, these techniques are sometimes too expensive, sensitive to the environment in which they are used, can be cumbersome and counter-intuitive, which explains the gap between existing needs, research and development, and the market of commercially available alternative control solutions. This project provides a "framework" that enables the design of flexible, modular, adaptive and wearable body-machine interfaces for the severely disabled. The proposed system, which implements a wireless and multimodal body sensor network, allows for different types of modalities the measure the residual capacities of individuals with severe disabilities for translation into intuitive control commands. The architecture is designed to accommodate different types of disabilities and provide a wide range of control scenarios. Ultimately, the body-machine interface that this project proposes, explores new approaches, aiming to overcome the limitations of existing solutions and to promote the autonomy of life of individuals with disabilities.

L'objectif de ce travail est de proposer une nouvelle approche dans l'évaluation des dysfonctionnements de l'appareil locomoteur humain conduisant à des pathologies, au moyen de paramètres biomécaniques pertinents (angles et moments articulaires). Dans un premier temps, un rapprochement des données de la littérature avec les examens pratiqués en podologie pour l'étude de la marche a permis d'identifier les paramètres biomécaniques impliqués dans l'apparition de pathologies courantes : lombalgie, coxalgie et gonalgie. Ensuite, à partir de mesures expérimentales (système d'analyse gestuelle VICON et tapis de marche ADAL), les aspects statiques, cinématiques et dynamiques de l'activité locomotrice (modélisation d'une structure polyarticulée anthropomorphique représentative du membre inférieur) de sujets symptomatiques ont mis en évidence les défauts du mouvement articulaire (modèles patho-mécaniques) par rapport à la physiologie, et la pertinence des paramètres biomécaniques pour les décrire. L'analyse des modifications du mouvement suivant deux modalités : sans et avec semelle correctrice, a permis d'illustrer l'impact du mauvais alignement de la chaîne segmentaire sur les pincements de contact articulaire entraînant à terme la dégénérescence des cartilages (lombarthrose, coxarthrose et gonarthrose). Enfin, l'étude des liaisons entre les paramètres a montré l'influence des anomalies de positionnement du pied au sol sur les dysfonctionnements de la chaîne articulaire du membre inférieur
This work deals with a new approach in the evaluation of human musculoskeletal system disorders and diseases using biomechanical parameters {kinematics and joint moments). As a first step, a parallel of literature data and podiatry diagnosis in gait analysis enable to identified biomechanical parameters involved in developing pathology: low back pain, coxalgia and knee pain. Then, from experimental measurements (motion analysis system VICON and treadmill ADAL) static, kinematic and dynamic aspects of motor activity (anthropometries multibody system of the lower limb) of symptomatic subjects have highlighted the defects of articular movement (pathomechanical models) in correlation with physiology and relevance of biomechanical parameters to describe disorder. The gait analysis in two conditions: shod and shod with foot orthoses, show the impact of joint misalignment on articular contact load-distribution, which lead to destroy cartilage (lumbar osteoarthritis hip osteoarthritis, knee osteoarthritis). Finally, the study of relationships between parameters show the osteoarticular link between abnormal foot motion on the floor and movement dysfunction of the lower limb

En vue de mettre au point, d'optimiser et de valider des prothèses de genou, on developpe une simulation expérimentale pour qualifier et quantifier le fluage, le frottement et l'usure des composants prothetiques. Par référence au comportement convenable de l'alliage COCRMO, on met en évidence l'intérêt de l'implantation ionique de l'alliage TIGA14V, alors que la nitruration ionique se révèle inadaptée. De même l'optimisation du polyethylène par injection et reticulation n'apporte pas d'amélioration notable par rapport à l'UHMWPE moulé-compressé. La confrontation de l'expertise de prothèses explantées aux résultats de simulations in vitro, permet de définir une notion d'équivalence des phénomènes de fluage, de fatigue et de dégradation des surfaces

Cette étude compare le comportement tribologique de différents couples de matériaux prothétiques à l'aide d'une simulation expérimentale. Cette simulation s'effectue à sec ou en milieu lubrifié, A l'aide de deux types de dispositifs: un tribomètre Pion-disque et un simulateur de l'articulation de la hanche. Les essais portent essentiellement sur des couples hétérogènes composés d'une tête fémorale soit en céramique soit métallique et d'un cotyle prothetique en polyéthylènes. Les résultats obtenus à l'aide du tribomètre mettent en évidence l'influence de l'état de surface des polyéthylènes engagés plutôt que celle de la nature physicochimique même des polymères. L'étude à l'aide du simulateur de hanche, d'un effet sévérisant par rapport à la réalité physiologique, met en évidence l'influence de la cinématique et du cycle de charge appliqué sur l'évolution de l'usure, en créant un troisième corps sur la surface frottante des cotyles en polyéthylènes à trés haut poids moléculaire (UHMWPE). Les couples céramique-UHMWPE ont un comportement tribologique supérieur aux couples métal-UHMWPE. Le couple homogène alumine-alumine, d'un jeu de fonctionnement égal à 50 micromètres, constitue un excellent couple de frottement en milieu lubrifié.

Les biomatériaux à usage orthopédique posent le problème de leur devenir dans l'organisme. Lorsqu'ils sont métalliques, ils posent le problème du relargage de métaux dans les tissus voisins. L'alliage de titane Ti6AI4V est utilisé pour ses bonnes propriétés mécaniques et pour sa résistance à la corrosion. L'usage d'un revêtement permet d'améliorer encore ses performances. J'ai étudié deux revêtements en verre référencés BVA et BVH. La caractérisation in vivo et in vitro a été menée grâce à plusieurs techniques complémentaires d'analyse : microscopies électroniques et méthodes nucléaires (PIXE. . . ). Le verre BVA s'est révélé être bioactif. Il se transforme en un gel de silicium avec incorporation de protéines et d'oligo-éléments (Zn et Sr), et ce, dès 3 mois après implantation. Ce gel disparaît peu à peu et est remplacé par un os néoformé. Cet os a été analysé comme mature après un an d'implantation ; il assure une meilleure ostéointégration de l'implant. Quant au verre BVH, il est bioinerte. Sa composition est constante au cours du temps. Cependant, la formation d'une interface de 2 µm d'épaisseur, induite par le processus de dépôt du revêtement, fragilise les liaisons inter-granulaires. Cela se traduit par la fragmentation du revêtement et la migration de grains de verre à travers le réseau lacunaire de l'os environnant. Les deux verres sont une barrière efficace contre la corrosion de l'alliage, tant qu'ils restent en place. J'ai proposé les bases d'une nouvelle méthodologie d'analyse : la combinaison de la cartographie PIXE et de l'histopathologie. Le principal intérêt est de corréler une éventuelle réponse tissulaire à la présence de certains éléments atomiques. J'ai introduit pour la première fois la théorie de la percolation pour essayer de modéliser la résorption de biomatériaux poreux tel que le corail et les hydroxyapatites. Les premières simulations sont très prometteuses et rendent bien compte de plusieurs résultats expérimentaux observés

De nombreuses procédures chirurgicales en orthopédie, neurochirurgie, maxillo-facial ou ORL sont confrontées de façon récurrente à l'exigence de fraiser, aléser, percer ou encore couper des tissus osseux avec précision. Ces interventions sont traditionnellement effectuées à l'aide d'instruments motorisés qui sont positionnés, dirigés et maintenus par le chirurgien. La précision avec laquelle la cavité osseuse est réalisée, ainsi que la qualité des états de surface obtenus, sont par conséquent dépendantes de la dextérité du chirurgien. Ce manuscrit présente les travaux de développement d'un robot pour la chirurgie orthopédique et une méthodologie pour sa mise en oeuvre. Après avoir défini les contraintes chirurgicales liées à ce type de chirurgie et les solutions existantes pour assister le geste des chirurgiens, le dispositif BRIGIT (Bone Resection Instrument Guidance by Intelligent tool) est présenté en détail. Son architecture matérielle et logicielle, ses performances ainsi qu'une technique chirurgicale pour la pose de prothèse de genou sont décrites. La dernière partie est consacrée à la recherche du placement optimal du BRIGIT par rapport au patient. Deux méthodes de recherche sont proposées, l'une fournissant des solutions ponctuelles, l'autre calculant un espace de solutions
Several surgical procedures in orthopaedics, neurosurgery, maxillofacial or ENT need to mill, drill or cut bones accurately. In conventional surgery, motorized tools are positioned and held by the surgeon to realize these tasks. But bone cavity accuracy and surface roughness depend on the surgeon dexterity. In this thesis, we present a robot that has been developed for orthopaedic surgery as well as a registration method to position it with respect to the patient while satisfying constraints such as accessibility. In the two first section of the dissertation, the surgical constraint are presented and a state of art on current devices developed to assist ther surgeon's gesture is done. The third section details the BRIGIT device (Bone Resection Instrument Guidance by Intelligent tool) including its software and hardware architectures. A dedicated procedure for total knee replacement is also described. The last section presents the registration problem: two methods are proposed, one deriving a single robot solution, the second deriving a set of solutions that allows to position the robot in a more flexible manner