Soutenance de thèse de Nawfal DAKHIL

On compte près de 20 000 nouvelles amputations chaque année en France selon certaines estimations. Bien que des solutions techniques existent pour accompagner les patients et leur restituer une mobilité, les complications cliniques sont fréquentes et trop de patients renoncent encore à les utiliser. Les prothésistes, en première ligne dans cette prise en charge, manquent d’indicateurs précis et sont amenés à revoir parfois plusieurs fois leurs patients avant de déterminer une solution acceptable. L’objectif de ce travail de recherche est d’apporter un éclairage nouveau sur les interactions mécaniques entre le moignon et la prothèse, et identifier des pistes d’optimisation de la phase de conception. En arrière-plan, nous pensons aux avantages potentiels que peuvent apporter les techniques d’impression 3D et de personnalisation les plus récentes. La première étape de ce travail a concerné l’analyse de l’état de l’art, menée en 4 étapes: une étude de l’épidémiologie et l’étiologie de l’amputation d’abord, afin de documenter les causes et le nombre de patients amputés ; une étude des différents types de prothèses trans-tibiales existantes, en abordant aussi bien les technologies disponibles que les différents manchons utilisés; une étude des méthodes actuelles de fabrication des prothèses afin de les situer par rapport à l’impression 3D; et enfin une étude des approches numériques développées jusqu’à présent et leurs résultats sur l’amélioration de l’efficacité d’une prothèse. La seconde étape a ensuite permis le développement d’un modèle biomécanique prédictif par la méthode des éléments finis. Cette étape a démarré par une campagne de mesures expérimentales des pressions d’interface entre le patient et sa prothèse. La jambe de ce patient a ensuite été modélisée par la méthode des éléments finis et la mise en donnée a permis de simuler des situations par la suite comparées aux mesures expérimentales. Une fois le modèle développé, une prothèse idéalisée a été créée à partir de ce modèle, avant d’être optimisée. La dernière étape a été consacrée à l’analyse de certains paramètres structurels de la prothèse (géométrie et propriétés mécaniques) et à leur influence sur les interactions patient/prothèse, dans le but d’identifier des recommandations de bonnes pratiques pour la phase de conception.

There are almost 20,000 new amputations each year in France according to some estimates. Although technical solutions exist to support patients and restore their mobility, clinical complications are frequent and too many patients still give up using them. The prosthetists, on the front line in this management, lack precise indicators and are led to sometimes recognise their patients several times before determining an acceptable solution. The objective of this research work is to shed new light on the mechanical interactions between the stump and the prosthesis and to identify avenues for optimizing the design phase. In the background, we think of the potential benefits that the latest 3D printing and personalization techniques can bring. The first stage of this work concerned the analysis of the state of the art, conducted in 4 stages: a study of the epidemiology and a etiology of amputation first, to document the causes and the number of amputee patients; a study of the different types of existing trans-tibial prostheses, by addressing both the available technologies and the different sleeves used; a study of current methods of manufacturing prostheses to situate them with 3D printing; and finally a study of the digital approaches developed so far and their results on improving the efficiency of a prosthesis. The second step then allowed the development of a predictive biomechanical model using the finite element method. This stage began with a campaign of experimental measurements of the interface pressures between the patient and his prosthesis. The patient's leg was then modelled by the finite element method and the setting in data made it possible to simulate situations subsequently compared to the experimental measurements. Once the model developed, an idealized prosthesis had created from this model, before being optimized. The last step has been devoted to the analysis of certain structural parameters of the prosthesis (geometry and mechanical properties) and their influence on patient/prosthesis interactions, to identify good practise recommendations for the design phase.