Academic literature on the topic 'Remodelage osseux de Huiskes'

La durée de vie d'une prothèse de hanche restant limitée, de nouveaux concepts d'implants cherchent à préserver le stock osseux des patients les plus jeunes. Ces travaux de thèse concernent le développement d'un modèle de calcul capable de prédire en rétrospectif et en prospectif l'adaptation osseuse obtenue cliniquement avec un de ces nouveaux concepts: « la prothèse de hanche sans tige de Munting » Dans un premier temps, une étude rétrospective multifactorielle d'une série de 103 jeunes patients opérés avec la prothèse de Munting a montré l'influence significative de la position de l'implant et de la masse du patient sur le remodelage osseux visible sur radiographies postopératoires. Après avoir modifié le modèle de remodelage osseux de Huiskes, une étude rétrospective multifactorielle par éléments finis 2D a permis de vérifier la bonne corrélation des résultats de calcul avec les observations cliniques. Dans un deuxième temps, nous avons développé un modèle 3D prospectif, personnalisé à partir de l'imagerie médicale d'une jeune patiente (16 ans) opérée avec une prothèse de Munting. Les résultats ont mis en évidence l'insuffisance d'un modèle de chargement 2D mais aussi la nécessité de modifier la loi de remodelage osseux dans le cas spécifique d'un os en phase de croissance. Notre démarche, qui s'est appuyée sur l'observation de résultats cliniques, devra permettre de contribuer au développement de nouveaux concepts d'implants pour les patients jeunes. La prise en compte d'un chargement 3D ainsi que l'utilisation de la méthodologie mise en place pour l'étude et le suivi prospectif de nouveaux cas personnalisés devrait permettre d'améliorer le modèle proposé
As expected life of a hip prosthesis is still limited, new concepts of implants seek to preserve bone stock of the younger patients. This Ph. D. Thesis aims at developing and evaluating the potential of computer simulations to predict bone adaptation clinically observed with one of these new concepts: "the stemless Munting hip prosthesis" Initially, a retrospective multifactorial study involving a series of 103 young patients operated with the Munting hip prosthesis highlighted the significant influence of the position of the implant and the patient's weight on bone turnover seen on postoperative X-rays. After modification of bone remodeling model developped by Huiskes, a retrospective multivariate finite element 2D model was used to check the good correlation between calculated results and clinical observations. In a second step, we developed a patient specific 3D prospective model using medical imaging of a young patient (16 years) operated with a Munting hip prosthesis. The results have pointed out the inadequacy of a 2D loading model but also the need to modify the bone remodeling law in the special case of a bone growth phase. Our approach, which relied on observation of clinical outcomes, will help contribute to the development of new designs of implants for younger patients. 3D loading conditions and prospective study of additional clinical cases should help improving the proposed patient specific model in the future

Dans le cadre de la prédiction du risque fracturaire associée à diverses pathologies, comme l'ostéoporose, cette étude vise à une meilleure compréhension du comportement mécanique de l'os cortical humain, notamment à l'échelle de la microstructure, et, en particulier, du processus biologique de remodelage osseux. Ce phénomène permet, en effet, le renouvellement continuel de la microstructure au cours du temps et contribue ainsi à une diminution de l'endommagement de l'os et, par conséquent, des risques de fracture. Les facteurs déterminants et les conséquences sur les champs mécaniques locaux au sein de la microstructure sont ici recherchés. Une approche couplée, expérimentale et numérique, est proposée. Huit spécimens de fémurs humains, de sexes féminins, âgés de 74 à 101 ans sont analysés. L'analyse expérimentale est réalisée à différentes échelles. A l'échelle macroscopique, le module de Young et les paramètres à la rupture sont déterminés via des essais de compression et les relations potentielles avec les caractéristiques morphométriques, que sont l'âge, la porosité et la densité minérale, sont évaluées. L'analyse de l'évolution des champs de déformations locaux au cours de ces essais de compression et des essais de nanoindentation permet d'accéder à des échelles plus fines (micro- et nanoscopique) afin d'apprécier l'hétérogénéité de la microstructure. On s'intéresse plus particulièrement à l'endommagement de l'os et à l'étape d'initiation de microfissures ainsi qu'à l'hétérogénéité du module de Young. Macroscopiquement, le paramètre le plus influent semble être la porosité. Microscopiquement, les paramètres mécaniques recueillis, notamment les valeurs de déformations pour lesquelles l'os commence à se fissurer, sont intégrés dans les simulations numériques. Un scénario simplifié du remodelage osseux est alors mis en place au sein des microstructures étudiées expérimentalement et, par ailleurs, supposées endommageables. Une loi d'évolution de l'endommagement est introduite et fait l'objet d'un travail d'homogénéisation temporelle afin de considérer l'endommagement par fatigue. Les facteurs d'activation du remodelage et l'évolution des champs mécaniques au cours du processus sont, en particulier, étudiés. L'interaction du phénomène biologique et du comportement mécanique, à l'échelle de l'ostéon, est ainsi mise en évidence.

Du fait de l'augmentation de la durée de vie de la population et de la fréquence de certains types d'accidents, la problématique de l'évolution des articulations et du vieillissement osseux devient primordiale, ce qui implique de nombreuses opérations chirurgicales nécessitant une pose d'implant. Bien que ces interventions soient réalisées depuis longtemps de façon routinière, il subsiste des risques d'échec chirurgical pouvant avoir des conséquences dramatiques pour le patient. Malgré les évolutions apportées, le taux d'échec implantaire est encore important car les phénomènes mis en jeu restent mal compris du fait de leur complexité et de leur nature multi-échelle. Un des aspects essentiels de la réussite des ces opérations concerne l'ostéointégration de l'implant, c'est-à-dire la capacité de l'os à se régénérer autour de ce corps étranger en l'intégrant durablement. La réussite chirurgicale dépend en premier lieu des caractéristiques physiques de l'interface os-implant transmettant les efforts biomécaniques qui jouent un rôle majeur dans le remodelage osseux. Ces travaux de recherche s'inscrivent dans le cadre du développement d'une approche expérimentale multimodale pour la caractérisation de l'interface os-implant afin d'évaluer l'impact de la reconstruction osseuse sur la réponse mécanique de l'implant. La première partie met en œuvre une approche multiphysique utilisant un modèle animal dédié. Des pastilles en titane sont implantées in vivo sur la partie proximale du tibia du lapin pendant différents temps de cicatrisation. Une technique de nanoindentation permet de mesurer les propriétés mécaniques de l'os néoformé à l'échelle microscopique. La technique de diffusion micro-Brillouin permet de mesurer la vitesse ultrasonore de l'os néoformé à la même échelle. Les résultats obtenus à partir de ces deux techniques permettent de déterminer la différence de densité volumique entre l'os mature et l'os néoformé aux différents temps de cicatrisation considérés. Dans la seconde partie, un dispositif ultrasonore destiné à l'étude de la stabilité d'implants dentaires en titane est présenté. La réponse ultrasonore obtenue en mode échographique est sensible aux propriétés du matériau (os, biomatériau) au contact de l'implant. Premièrement, la réponse ultrasonore d'implants dentaires insérés dans un substitut dentaire bioactif (silicate tricalcique) et sollicités par un protocole de fatigue mécanique in vitro est mesurée. Pour cela, un banc de fatigue mécanique simulant la mastication a été développé. Deuxièmement, ce même dispositif ultrasonore est utilisé pour déterminer in vitro la stabilité primaire d'un implant dentaire placé dans un os bovin. Troisièmement, une étude in vivo utilisant un modèle animal (lapins) a permis de mettre en évidence l'effet du temps de cicatrisation sur la réponse ultrasonore de l'implant. Ce dispositif ultrasonore permet de quantifier la stabilité primaire et secondaire d'un implant dentaire. Les phénomènes de propagation ultrasonore dans l'implant sont modélisés en utilisant des techniques de simulations numériques par éléments finis. Les simulations montrent le potentiel de la technique pour suivre les variations de plusieurs paramètres déterminants pour l'ostéointégration de l'implant dans des conditions contrôlées
Due to the increase of life duration and to the frequency of certain types of accidents, the problematic of the evolution of joints and aging bone has become crucial, leading to an important number of surgical interventions requiring implant placement. Although these interventions are carried out routinely in the clinic, there are still risks of surgical failure, which induce dramatic consequences for the patient. Despite the evolution of the surgical strategies, the implants failure rate remains important because the phenomena involved are not well understood due to their complexity and to their multi-scale nature. One of the main determinants of the success of these surgical interventions lies in the implant osseointegration, that is to say the ability of bone tissue to regenerate around the implant integrating the implant in a sustainable manner. The surgical success depends primarily on the physical characteristics of the bone-implant interface transmitting the biomechanical efforts, which play a major role in bone remodeling. The approach carried out in the present research consist in developing a multimodal experimental approach to characterize the biomechanical properties of the bone-implant interface in order to assess the impact of bone remodeling around the implant on the mechanical response of the implant. In the first part, a multiphysical approach is carried out using a dedicated animal model. Coin-shaped titanium implants are implanted in vivo on the proximal part of the tibia of rabbits during different periods of healing time. A nanoindentation device is used to measure the mechanical properties of the newly formed bone at the microscopic level. A micro-scattering Brillouin device is employed to estimate the ultrasonic velocity of newly formed bone at the same scale. The results obtained with both techniques are used to determine the difference of bone mass density difference between mature bone tissue and newly formed bone tissue for different healing times.In the second part, an ultrasonic device aims at investigating the stability of titanium dental implants. The ultrasonic response is measured in echographic mode and is shown to be sensitive to the properties of the material (bone, biomaterial) in contact with the implant. Firstly, the evolution of the in vitro ultrasonic response of dental implants inserted into a bioactive dental substitute (tricalcium silicate based cement) and loaded using a mechanical protocol stress is assessed. To do so, a mechanical fatigue bench simulating chewing motions was developed. Secondly, the same ultrasonic device is used to determine in vitro the primary stability of an implant placed into bovine bone tissue. Third, an in vivo study using an animal model (rabbit) investigates the effect of healing time on the ultrasonic response of the implant. The ultrasound device is used to quantify the primary and secondary dental implant stability. The phenomena of ultrasonic propagation in the implant are modeled using techniques of numerical simulations by finite elements. The simulations show the potential of the technique to monitor changes in several key parameters for osseointegration of the implant under controlled conditions

Un 1er travail a étudié les effets osseux mandibulaires de l’injection unilatérale dans les muscles masticateurs de toxine botulique (BTX) chez le rat adulte. Ceci entraine une perte osseuse mandibulaire condylienne et alvéolaire homolatérale importante. Une hypertrophie osseuse de l’enthèse d’insertion mandibulaire du muscle digastrique a été observée et pourrait correspondre à une étiologie pour les tori. Les effets de la BTX sur le cartilage articulaire condylien mandibulaire dans le même modèle animal ont été recherchés par analyse microtomographique du cartilage articulaire après augmentation de contraste à l’acétate d’uranyle. Aucune différence d’épaisseur cartilagineuse n’a été mise en évidence entre les groupes contrôles et BTX.Le 3ème travail a consisté en l’étude histologique et microtomographique des tori mandibulaires chez l’homme.Les tori sont différents des exostoses des os longs par plusieurs caractéristiques (dont l’absence de Fe et Al dans la matrice osseuse) et une asymétrie du remodelage osseux a été mise en évidence.La 4ème partie a consisté en l’étude de la qualité osseuse et de la microvascularisation alvéolaire dans un modèle animal d’ostéonécrose mandibulaire (ONM) aux bisphosphonates (BP). Des signes cliniques et microtomographiques d’ONM ont été observés dans la majorité des cas. La minéralisation osseuse était plus élevée après imprégnation en BP. La microvascularisation osseuse alvéolaire apparaissait augmentée après avulsion dentaire chez les animaux contrôles mais pas chez les animaux ayant reçu des BP témoignant ainsi d’un effet anti angiogénique in vivo des BP qui pourrait jouer un rôle dans la physiopathologie de l’ONM
First, bone changes at the mandible were studied after a unilateral botulinum toxin (BTX) injection in masticatory muscles in adult rats. A major alveolar and condylar bone loss was evidenced. The occurrence of a hypertrophic bone metaplasia at the digastric muscle enthesis was evidenced as well. This could constitute an etiological factor for tori. Then, condylar articular cartilage changes at the mandible were studied in the same BTX animal model, using microtomography after contrast enhancement of cartilage with uranyl acetate. Cartilage thickness measurement showed no difference when comparing control and BTX groups.A third work studied mandibular tori in human using histologic and microtomographic techniques. Tori appeared different from long bone exostoses by several characteristics (absence of Fe and Al in the bone matrix) and a specific asymmetric bone remodeling was evidenced.The fourth part consisted in the study of alveolar mandibular vascularization and quality of the bonematrix in an animal model of osteonecrosis of the jaws(ONJ) after bisphosphonates (BP) injections. Clinical and microtomographic signs of ONJ were found in mostof the cases. An increased mineralization of the alveolar bone was observed after BP impregnation. Microvascularization was increased after tooth extraction in the alveolar bone of control animals but it was impaired in ZA treated rats. Such an in vivo antiangiogenic effect of BPs could play a role in the pathophysiology of ONJ

La sérotonine est une bioamine principalement connue comme un neuromédiateur. L'étude du rôle de la sérotonine (5 hydroxytryptamine 5-HT) dans le remodelage osseux a suscité de nombreuses controverses ces dernières années. Afin d'élucider les mécanismes d'action de la sérotonine dans le renouvellement osseux, nous avons choisi deux stratégies. La première est d'étudier le phénotype osseux des souris invalidées pour l'enzyme de la synthèse de la sérotonine la tryptophane hydroxylase 1 (TPH1). Dans ce contexte, nous avons mis en évidence une synthèse locale de cette bioamine par les précurseurs ostéoclastiques et aussi un rôle positif de la sérotonine au cours de la différentiation ostéoclastique via une boucle autocrine paracrine via les récepteurs 5-HT₁B et 5-HT₂A- Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressées aux voies de signalisation impliquées dans la diminution de la prolifération, de l'agrégation et de la minéralisation des ostéoblastes issus de cal varias de souris invalidées pour le récepteur 2B de la sérotonine (5-HT₂BR ⁻/⁻). Nous avons montré que les ostéoblastes 5-HT₂BR ⁻/⁻ ont une production augmentée de prostacycline, qui pourrait activer le récepteur activé par les proliférateurs de peroxysomes (PPAR) ß/δ. Ce récepteur nucléaire inhibe l'activité des protéines convertases qui ne permettent plus la maturation de la N-cadhérine et l'agrégation des ostéoblastes. Ces travaux supportent un rôle positif de la sérotonine aussi bien pendant la différentiation ostéoclastique qu'ostéoblastique
Serotonin (5-HT) is a bioamine mainly known as a neuromediator. The role of serotonin in bone remodeling was the source of a lot of controversies the past few years. In order to decipher the mode of action of serotonin in bone remodeling, we followed two strategies. The first one was to study the bone phenotype of the tph₁ ⁻/⁻ mice which are invalidated for the serotonin synthesis rate limiting enzyme, tryptophane hydroxylase TPH1. In this context, we were able to show a local synthesis of serotonin in osteoclastic precursors in addition to a positive role of this bioamine during the osteoclast differentiation via a autocrine paracrine loop mediated by the HT₁B and 5-HT₂A receptors. The second one was to study the signaling pathways involved in the decreased cell prolifération, agrégation and minéralisation of primary calvarial osteoblasts from mice invalidated for the 5-HT₂B Receptor (5-HT₂BR ⁻/⁻)- In these cells, we have demonstrated an increased expression of prostacycline, responsible for the activation of PPAR ß/δ. This nuclear receptor inhibits the activity of convertase proteins which are so unable to allow the proper N-cadherine maturation. Taken together, these data support a positive role for serotonin both in osteoblast and osteoclast differentiations

Dans ce travail, nous proposons un modèle théorique de remodelage osseux qui tient compte du caractère viscoélastique de l'os trabéculaire, ainsi que de la répartition des cellules ostéocytes et de leur rôle de mécanosenseur. Le comportement mécanique du matériau osseux est décrit par une loi de type Zener. La stabilité du modèle est étudiée et les équations non linéaires régissant l'évolution de la densité apparente osseuse sont résolues par une méthode aux différences finies dans le cas d'un modèle à ii-éléments unité. Les résultats numériques présentés montrent l'influence de l'amortissement visqueux sur l'adaptation de la structure osseuse sous l'effet d'un chargement mécanique contrôlé. De plus, les simulations par éléments finis à partir de données expérimentales, obtenues sur des tibias de rat et une tête de fémur humain, indiquent que le modèle proposé permet de reproduire des évolutions osseuses observées in vivo
In this work. We propose a bone remodeling model, which takes into account the trabecular hone viscoelastic properties and the osteocyte cells distribution, The mechanical behavior of the material is described with a Zener's law. The model stability is studied and the non linear equations governing the apparent bone density evolution are solved by a finite difference method in the case of a n-unit elements model. The presented numerical resuits show the influence of the viscous damping on the bone adaptation under controlled mechanical load. Furthermore, finite element simulations froin experirnental data, obtained from rat tibias and a human femoral head, indicate that the model can mimic hone evolution observed in vivo

L'os est un matériau en évolution permanente, la modification de l'architecture osseuse étant liée aux actions mécaniques externes qui lui sont appliquées. Ce phénomène, le remodelage osseux, est décrit mathématiquement par des lois liant la contrainte ou la déformation, et la variation de densité osseuse. Par ailleurs l'os est un milieu poreux, composé d'une partie fluide, d'une partie solide et d'intéractions entre elles. L'influence du fluide interne de l'os sur le remodelage est non négligeable. L'objectif de ce travail est de proposer un modèle numérique macroscopique de remodelage osseux, tenant compte des mouvements de fluide interne. Pour cela l'os est considéré, dans cette étude, comme un matériau poroélastique. Une méthode de résolution numérique du problème poroélastique, basée sur les éléments finis, est alors définie. Cette résolution est suivie d'un traitement numérique d'une loi de remodelage osseux, liant variation de densité osseuse et cumul de contrainte, et tenant compte des mouvements de fluide interne à travers la vitesse de Darcy. Ce modèle numérique est validé sur des études expérimentales, et il permet d'obtenir une prédiction de l'adaptation osseuse, selon le type d'os et le cas de chargement considérés

Les atrophies ou résorptions axiales des crêtes maxillaires ou mandibulaires, représentent une difficulté particulière dans les édentements de grandes étendues. La greffe autologue est une option qui, outre le besoin d’un site de prélèvement annexe, saccompagne d’un remodelage avec perte de volume, imposant une anticipation de la résorption, tant au temps de greffe que celui de la pose des implants. La préservation vasculaire du site opéré est un facteur clé de la sécurisation de lacte de greffe, mais pour autant il ninflue que peu sur ces résorptions secondaires. Les ostéotomies axiales, présentent sur un suivi à long terme, une stabilité volumétrique remarquable. Elles sont une alternative sérieuse aux greffes, avec bien entendu leurs propres indications et limites.

La durée des traitements orthodontiques est une des plaintes principales des patients en pratique orthodontique, en particulier chez les patients adultes. Le traitement orthodontique chez l’adulte doit s’adapter à des particularités comme l’absence de croissance et l’augmentation des atteintes parodontales. La corticotomie alvéolaire se définit comme une lésion chirurgicale contrôlée de l’os alvéolaire en vue d’induire un remodelage osseux accéléré, responsable localement d’une ostéopénie transitoire facilitatrice du déplacement dentaire. Le recours aux corticotomies alvéolaires permettrait d’accélérer le déplacement dentaire par un facteur 3 ou 4 (2) avec des suites opératoires souvent moins importantes qu’une avulsion de prémolaire , en particulier dans les nouvelles approches mini-invasives. La piezocision permet la correction orthodontique de malocclusions sévères sans présenter les inconvénients des approches chirurgicales extensives et traumatiques des corticotomies alvéolaires classiques. Elle offre un temps chirurgical réduit, des suites post-opératoires minimales, une grande tolérance chez les patients ainsi qu’un parodonte amélioré. (3) Nous présentons une revue de la littérature afin d’évaluer l’efficacité de l’ostéotomie inter alvéolaire par piezocision sur l’accélération ou la facilitation des déplacements dentaires comparée au traitement orthodontique classique. La recherche des données de la littérature a été réalisée sur la base de données pubmed. Les études ont montré que les corticotomies par piezocision favorisent et accélérent les déplacements dentaires avec peu de complications associées. (4) Nous avons retrouvé peu de lésions parodontales et dentaires d’origine iatrogènes. Peu d’études comparatives avec le traitement orthodontique conventionnel ont étés retrouvées mais elles affirment que l’ostéotomie interalvéolaire diminue le temps de traitement orthodontique global de façon significative. Les corticotomies interalvéolaires par piezocision ont un ratio bénéfice risque très favorable et se montre être une solution thérapeutique efficace dans le traitement orthodontique de l’adulte.

Objectif : Caractériser l’os maxillaire postérieur chez l’adulte d’un point de vue géométrique pour obtenir des modèles numériques standards par éléments finis. Matériel et méthodes : Les images CBCT maxillaires des patients qui ont visité le service de Chirurgie Orale du CHU de La Timone à Marseille, France ont été recueillies au cours de l’année 2016. Les sujets inclus devaient être âgés de plus de 21 ans et être édentés au moins à partir de la première prémolaire maxillaire. Les patients atteints d’une pathologie osseuse ou d’un traitement influençant le remodelage osseux n’ont pas été inclus. La zone maxillaire postérieure a été définie pour chaque CBCT et 6 mesures de hauteur et de largeur de la crête alvéolaire ont été réalisées à l’aide d’une méthode anthropométrique. Une étude Gauge Anova R&R avec analyse de la répétabilité et de la reproductibilité de la variance des mesures, ainsi qu’une analyse en composantes principales (ACP) pour isoler des modèles standards, ont été menées. Les modèles 3D ont été réalisés à partir d’images au format DICOM. Résultats : Le CBCT de 100 hommes et 100 femmes ont été retenus dans notre étude. 1200 mesures de crête alvéolaire ont été réalisée et les valeurs moyennes de hauteur et de largeur des différentes parties de la zone maxillaire postérieure étaient très disparates. L’analyse statistique de variance a validé la répétabilité et la reproductibilité de notre protocole de mesures. L’ACP n’a pas permis d’identifier les modèles standards et ceux- ci ont été modélisés à partir de notre base de données. Conclusion : Notre travail est le premier à considérer des paramètres anthropométriques sur un large échantillon de sujets dans la méthode des éléments finis. Nous mettons ainsi en évidence la perspective de réaliser des modèles anatomiques complexes et réalistes à partir de l’anatomie humaine pour réaliser des tests biomécaniques en implantologie orale.