Ecole Doctorale
Sciences du Mouvement Humain
Spécialité
Sciences du Mouvement Humain - MRS
Etablissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
trans-tibial,emboiture,prothèse,amputation,moignon,
Keywords
trans-tibial,socket,prosthesis,amputation,residual limb,
Titre de thèse
Analyse et Optimisation des interactions membre/prothèse dans les cas damputation des membres inférieurs
Analysis and Optimization of interactions member / prosthesis in cases of lower limb amputation
Date
Vendredi 2 Octobre 2020 à 14:00
Adresse
Faculté des Sciences Médicales et Paramédicales secteur Timone (Aix-Marseille Université)
27 Boulevard Jean Moulin
13385 Marseille salle de visioconference
Jury
Directeur de these |
M. Michel BEHR |
Aix-Marseille Université |
Rapporteur |
M. Christophe BASTIEN |
Coventry University |
Rapporteur |
M. Frédéric RONGIERAS |
Hôpital Edouard Herriot |
CoDirecteur de these |
Mme Morgane EVIN |
Aix-Marseille Université |
Examinateur |
M. Thierry SERRE |
Université Gustave Eiffel |
Examinateur |
M. Laurent THEFENNE |
Hôpital d'Instruction des Armées Lavéran |
Résumé de la thèse
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 dindicateurs précis et sont amenés à revoir parfois plusieurs fois leurs patients avant de déterminer une solution acceptable. Lobjectif de ce travail de recherche est dapporter un éclairage nouveau sur les interactions mécaniques entre le moignon et la prothèse, et identifier des pistes doptimisation de la phase de conception. En arrière-plan, nous pensons aux avantages potentiels que peuvent apporter les techniques dimpression 3D et de personnalisation les plus récentes.
La première étape de ce travail a concerné lanalyse de létat de lart, menée en 4 étapes: une étude de lépidémiologie et létiologie de lamputation dabord, 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 limpression 3D; et enfin une étude des approches numériques développées jusquà présent et leurs résultats sur lamélioration de lefficacité dune prothèse.
La seconde étape a ensuite permis le développement dun modèle biomécanique prédictif par la méthode des éléments finis. Cette étape a démarré par une campagne de mesures expérimentales des pressions dinterface 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 dêtre optimisée.
La dernière étape a été consacrée à lanalyse de certains paramètres structurels de la prothèse (géométrie et propriétés mécaniques) et à leur influence sur les interactions patient/prothèse, dans le but didentifier des recommandations de bonnes pratiques pour la phase de conception.
Thesis resume
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.