Thesis (M.S.)--West Virginia University, 2009. / Title from document title page. Document formatted into pages; contains v, 61 p. : ill. (some col.). Includes abstract. Includes bibliographical references (p. 50-56).

Thesis (M.S.)--West Virginia University, 2010. / Title from document title page. Document formatted into pages; contains vi, 41 p. : ill. (some col.). Includes abstract. Includes bibliographical references (p. 37-41).

Thesis (Ph.D)--Materials Science and Engineering, Georgia Institute of Technology, 2010. / Committee Chair: Barbara Boyan; Committee Member: Andres Garcia; Committee Member: Anthony Norman; Committee Member: Nael McCarty; Committee Member: Zvi Schwartz. Part of the SMARTech Electronic Thesis and Dissertation Collection.

Thesis (Ph.D.) - University of Queensland, 1998. / Includes bibliography.

Thesis (doctoral)--Lund University, 1995. / Added t.p. with thesis statement inserted. Includes bibliographical references.

O sucesso do tratamento com implantes depende do conhecimento teórico-prático do profissional, das condições biológicas do paciente, e também das propriedades mecânicas dos componentes protéticos e cirúrgicos. A complicação mecânica mais comum é a mobilidade da prótese relacionada ao afrouxamento ou fratura dos parafusos protéticos. Dois testes de fadiga podem avaliar as propriedades mecânicas destes materiais: ensaios monotônicos unidirecionais e testes de flexão rotacional. As vantagens dos dispositivos de flexão rotacional são: baixo custo, ensaios mais rápidos, permite gerar dados relevantes e fornece uma previsão mais realista da longevidade clínica. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi avaliar o funcionamento do dispositivo de flexão rotacional desenvolvido por Ferreira (2010) e os seus efeitos em dois sistemas de implante de hexágono externo (Munhão Personalizável-Neodent e Pilar Cônico-Neodent). A amostra foi composta por 2 grupos: A- 5 implantes com munhão; B- 5 implantes com Pilar Cônico. Os pilares protéticos foram adaptados para o dispositivo e instalados com torque recomendado pelo fabricante. A carga cíclica de 29,4 N foi aplicada em ângulo de 45 º sobre o eixo longitudinal dos espécimes a uma frequência de 18Hz. O número de ciclos para falhar foi registrado e estabelecido um limite máximo de 5x106. Após a ciclagem, o torque de remoção foi mensurado eletronicamente e os componentes da interface implante-intermediário foram analisados através de um microscópio eletrônico de varredura (MEV). Na configuração escolhida para os testes, nenhuma das amostras sofreu falhas críticas (fratura ou soltura) durante 5x106 ciclos. Os grupos apresentaram redução no torque de pelo menos 10 NCm nos parafusos de fixação. As imagens do MEV demonstraram nível reduzido de deformação e desgastes das amostras. Componentes do dispositivo precisam ser revistos para assegurar melhor fixação do implante, controle adequado de temperatura, estabelecimento da frequência e carga ideais, visando também possibilitar aumento do momento de força aplicado aos espécimes. O dispositivo de Ferreira (2010) demonstrou ser um aparelho portátil, resistente e versátil, mas necessita de adaptações para se tornar apto a realizar quaisquer ensaios de flexão rotativa. / Implant treatment success depends on theoretical and practical knowledge, biological conditions of the patient, and also mechanical properties of surgical and prosthetic components. The most common mechanical complications are prosthesis mobility related to abutment and/or prosthetic screw fracture or loosening. Two fatigue tests can study mechanical properties of these materials: Unidirectional bend-release fatigue testing and rotational fatigue testing. The advantages of rotational bending devices include lower cost, faster tests, can generate relevant data and provide more realistic prediction of clinical performance. Thus, the aim of this study was evaluate the performance of a rotating bending device developed by Ferreira (2010) and its effects on two external hex implant systems (conical abutment-Neodent and personalized abutment-Neodent). The sample comprised two groups: A-5 with Munhão system B-5 with Conical abutment. The abutments were adapted to the device and installed with recommended torque by manufacturer. A cyclic load of 29,4 N was applied 45º angled on the long axis of the specimens at a rate of 18 Hz. The number of cycles to failure was recorded. A cutoff of 5x106 cycles was applied as an upper limit. After cycling, torque force was electronically measured and components of implant-abutment interface were analyzed using a scanning electron microscope (SEM). In chosen test configurations, none of specimens suffered critical failures (fracture/loosening) for 5x106 cycles. Both groups had torque reduction at least 10 Ncm in abutment screws. SEM images showed a low level deformation and wear of samples. Testing machine components must be reviewed to ensure better implant fixation, adequate temperature control, establish ideal frequency and load, also aiming to increase bending force moment applied to specimens. Ferreira (2010) devices proved to be a portable, rugged and versatile, but require adaptations to become able to perform any rotational bending tests.

Le graphène, une couche monoatomique de carbone, est étudié comme matériau pourconstruire ou encapsuler des biocapteurs afin d’adresser les problèmes de durabilitérencontrés avec les implants intra-corticaux. Ces derniers sont des outils essentiels pour lesprojets médicaux de neuro-réhabilitation afin d’enregistrer les signaux de motoneuronesuniques dans le cerveau. Les implants actuels sont invasifs et leur efficacité est limitée dans letemps par la réaction de rejet des tissus. En combinant une synthèse de graphène optimiséeà cet usage (monocouche continue sur plusieurs cm²) et son intégration dans des capteursélectroniques ultra-sensibles, protégés par des polymères bioactifs, cette thèse propose unenouvelle approche pluridisciplinaire pour construire des implants offrant une meilleurebioacceptance. Au moyen de méthodes d’intégration innovantes et d’études ducomportement du graphène in-vivo et in-vitro, nous évaluons expérimentalement lafaisabilité d’intégration du graphène dans les futures interfaces cerveau machines pour desprojets médicaux au long terme. / Graphene, an atomically thin layer of carbon, is investigated as a biosensing andcoating material in order to address the long term durability issues of invasive intracorticalimplants. These devices are essential tools to record specific single motor neurons activity formedical applications aiming at healing neural injuries. Today’s implants suffer from their highinvasiveness. It is responsible for local inflammation that leads to the failure in unique neuronsactivity recordings in the motor cortex on a long term basis. By combining a monolayergraphene growth and transfer with an ultra-sensitive electronic integration and a biochemicalfunctionalization, this thesis proposes a new multidisciplinary approach to build intracorticalimplants with an improved bioacceptance. By using innovative methods of grapheneintegration in implants, and in-vitro and in-vivo studies to assess the reactions of living tissuesto graphene, we provide an overview of graphene’s potential contribution to future brainmachine interfaces for long term medical projects.

En 2010, plus de 200 000 personnes dans le monde en étaient équipées, dont plus de 10 000 en France (adultes et enfants). La technologie utilisée pour les premiers implants commercialisés au milieu des années 1980 a beaucoup évolué et l’implant cochléaire permet désormais à son utilisateur d’avoir accès à des caractéristiques acoustiques de plus en plus précises des sons de son environnement et notamment des sons de parole. Cependant, l’information auditive fournie par l’implant reste limitée, ce qui a pour conséquence des difficultés persistantes de production de certains sons de parole par l’utilisateur d’implant cochléaire, même après plusieurs années d’utilisation. Ces difficultés de production peuvent se traduire également par une intelligibilité moindre, et peuvent avoir des répercussions sur les relations familiales et sociales, en particulier chez l’enfant.Les études disponibles dans la littérature se concentrent sur les effets et les bénéfices à court-terme de l’implant cochléaire chez l’enfant, et il existe relativement peu d’études de production de parole chez l’enfant en âge scolaire, en particulier chez l’enfant francophone. L’objectif de ce travail est donc de proposer une évaluation des difficultés de production de plusieurs contrastes phonologiques chez l’enfant sourd, porteur d’implant cochléaire, plusieurs années après l’implantation cochléaire, et des facteurs qui influencent son intelligibilité.Dans le cadre de notre thèse, nous avons constitué un corpus de productions de parole de 13 enfants âgés de 6;6 à 10;7 ans, atteints de surdité pré- ou périlinguistique, ayant reçu un implant cochléaire entre 1;1 et 6;6 ans, et l’utilisant depuis plus d’un an et de 20 enfants normo-entendants appariés en âge chronologique (de 5;7 à 10;6 ans).Dans un premier temps, nous avons comparé les caractéristiques acoustiques des voyelles orales, des occlusives et des fricatives du français, ainsi que la réalisation de la coarticulation dans des séquences occlusive-voyelle par ces deux groupes d’enfants. Les résultats montrent une grande proximité entre les productions des enfants typiques et implantés, et certaines différences, par exemple sur les voyelles antérieures arrondies, les fricatives alvéolaires et les occlusives vélaires. Ces différences peuvent s’expliquer par les caractéristiques technologiques de l’implant et son usage par l’enfant, et révèlent également le poids des différents facteurs du développement phonologique : contraintes articulatoires, contraintes perceptives, caractéristiques de l’input langagier et de la langue maternelle.Dans un deuxième temps, nous avons élaboré une méthode d’évaluation perceptive de l’intelligibilité de la parole, que nous avons soumise à 9 auditeurs experts en parole pathologique et à 17 auditeurs naïfs, tous francophones. Notre étude perceptive d’intelligibilité met en évidence 1) une absence d’effet d’expertise sur le jugement d’intelligibilité puisque les notes données par les auditeurs experts et naïfs sont corrélées, 2) un effet de l’audition sur l’intelligibilité, puisque les enfants sourds porteurs d’implant cochléaire sont jugés moins intelligibles que les enfants normo-entendants, et 3) une meilleure intelligibilité chez les enfants implantés précocement (avant 20 mois) mais pas d’effet de la durée d’utilisation de l’implant cochléaire sur l’intelligibilité.Ce travail montre donc le bénéfice apporté par l’implant pour la communication orale, mais aussi l’existence de difficultés persistantes, qui doivent être prises en compte dans la rééducation et l’accompagnement familial, scolaire et social des enfants.Notre étude fournit en outre un ensemble de données de référence sur le développement phonologique tardif des enfants francophones, et un corpus de parole utilisable pour d’autres travaux de recherche sur le développement typique et pathologique. / As of 2010, cochlear implant has been used by over 200 000 persons (adults and children) worldwide and by 10 000 persons in France. Technology has largely improved since the first devices were put on the market in the 1980’s, and it now provides its user with more and more detailed acoustical information about the sounds of their environment in general, and about speech sounds in particular. However, perception with a cochlear implant remains limited, which leads to persisting difficulties in producing some speech sounds, even after several years of implant use. These difficulties in speech production can translate into a lower intelligibility, with effects on interactions with family and community members for its users, especially for children.A large body of studies in the literature focusses on short-term effects and gains of cochlear implant for young children and infants, but fewer studies in speech production in school-age children are available, especially in French-speaking children. The goal of this project is to assess the difficulties in the production of selected phonological contrasts in cochlear-implanted children, several years after cochlear implantation, and the factors influencing their intelligibility.For this thesis, we recorded thirteen 6;6-to-10;7 year old, pre- or perilinguistically deaf children wearing cochlear implants since they were 1;1 to 6;6 years old, with more than a year of use, and twenty normal-hearing age-matched children (chronological age ranging from 5;7 to 10;6 years).In a first experiment, we compared the acoustical characteristics of ten oral vowels, six stops and three fricatives of French. We also studied the realization of coarticulation in plosive-vowel sequences in these two groups of children.Our results show a high degree of similarity in typical and implant using children, and several differences, for example, for front rounded vowels, alveolar fricatives and velar stops. These differences can be explained by the implant’s technology and its use by the child. They also show the importance of several factors in phonological development: articulatory constraints, perceptual constraints, characteristics of language input and mother tongue.In a second experiment, we designed a method to perceptually assess the intelligibility of speech: 9 expert and 17 naïve French-speaking listeners participated in this experiment.Our perceptual assessment of intelligibility shows 1) no effect of expertise since grades given by expert and naïve listeners are correlated, 2) an effect of hearing level on intelligibility since cochlear-implanted children are less intelligible than their normal-hearing peers, and 3) a better intelligibility in early implanted children (before 20 months) but no effect of duration of implant use on intelligibility.This work emphasizes the benefits for oral communication provided by cochlear implants, but also the remaining difficulties, that need to be taken into acount for rehabilitation and support from the child’s family, school and society.Our study also provides both reference data on late stages of phonological development in French-speaking children, and a corpus of speech production which can be used for further research on typical and pathological speech development.

Pour la plupart des entreprises, l’innovation est devenue un élément indispensable, garant de la pérennité de l’entreprise.Cependant, durant les phases de développement des produits, le concepteur est confronté lors des principaux jalons du processus à faire des choix de conception. Ces prises de décisions ont par la suite un fort impact sur l’acceptabilité ou non des produits par le marché. Le monde de la conception des implants orthopédiques n’y échappe pas.Le but de ce travail de thèse est de montrer qu’il est possible d’intégrer dans les phases amonts du processus de développement d’implants orthopédiques, un outil d’aide à la décision pour le choix de concepts intégrant des critères techniques, médicaux, chirurgicaux et économiques permettant de réduire les risques pour le patient mais aussi les risques d’un possible échec commercial.La première partie de ce document s’intéresse à l’analyse du contexte de cette étude et en particulier aux dispositifs médicaux. Ensuite, l’état de l’art étudie les différents processus d’innovation et plus spécifiquement les processus de conception dans le secteur médical des implants orthopédiques. Ces travaux nous ont amené à nous questionner et à analyser les méthodes d’évaluation du potentiel d’innovation disponibles au sein de la littérature scientifique, et de leur intégration au sein du secteur des implants.De cette analyse a émergé une question se situant au cœur de nos travaux de recherche : comment concevoir des implants innovants avec un niveau de risques faibles (risque clinique, risque de défaillance, risque d’utilisation) ?La réponse à cette question s’est traduite par la proposition d’un nouvel outil d’aide à la décision (hypothèse1) intégré aux phases amont d’un processus de conception adapté (hypothèse2) au développement d’implants. Celles-ci ont ensuite été vérifiées et validées lors de 3 expérimentations qui ont aboutis à la réalisation d’implants orthopédiques posés sur des patients. / For a majority of companies, innovation has become an essential element of corporate sustainability.However, during the product development phase the designer is forced to make decisions on design. These decisions subsequently have a strong impact on the acceptability of the products by the market. Orthopaedics implants design is no exception.The aim of this thesis is to show that it is possible to integrate, in the early phases of the orthopaedic implant development process, a tool for decision-making; in choosing concepts that incorporate technical, medical, surgical and economic criteria. The goal is to reduce the risk for the patient but also reduce the risk of commercial failure.The first part of this document focuses on analysing the context of this study, particularly for medical devices. Following this, the state of the art studies the various innovation processes and more specifically, the design process of medical orthopaedic implants. This work forced us to question and analyse evaluation methods for potential innovations available in the scientific literature, and integrate them into the implant sector.From this analysis, a question emerged lying at the heart of our research: how to design innovative implants with a low level of risk (clinical risk, default risk, risk of use)?The answer to this question has resulted in the proposal of a new tool for decision-making (Hypothesis 1) integrated within upstream phases of a suitable decision process (Hypothesis 2) for developing implants. These were then checked and validated in three experiments that resulted in the development of orthopaedic implants that were successfully inserted into patients.

Les alliages de Magnésium (Mg) sont une nouvelle génération de matériaux biodégradables ayant une bonne ostéointégration et un module d'élasticité similaire à celle de l'os humain. Ces propriétés rendent ces matériaux attrayant pour produire des implants temporaires pour la réparation osseuse. Toutefois, les alliages Mg se dégradent rapidement in vivo, rendant nécessaire de contrôler leur vitesse de corrosion pour accompagner la régénération tissulaire. Parmi les approches proposées pour réduire la corrosion et la biocompatibilité des alliages Mg, les plus utilisées sont les couches de conversion et les revêtements de surface. Dans ce travail une approche synergique qui combine une réduction du taux de corrosion avec l'amélioration de la biocompatibilité des alliages Mg est proposée. De nouveaux revêtements bicouches ont été déposés sur la surface d'alliages AZ31 et ZE41 : (i) un revêtement de silane-TiO2 déposé par dip-coating et (ii) des couches supérieures de collagène de type I et/ou de chitosane. Le revêtement inférieur a été efficace pour réduire la corrosion des alliages dans un fluide corporel simulé et en milieu de culture. La culture cellulaire in vitro de fibroblastes et ostéoblastes, a révélé que le dépôt additionnel de biopolymères a amélioré la réponse biologique du revêtement de silane-TiO2. Ces résultats montrent qu'il existe un effet combiné des revêtements bicouches et de la composition des alliages sur la réponse à la corrosion et sur le comportement cellulaire. Ce travail apporte donc une nouvelle contribution à la compréhension de l'évolution de la corrosion des alliages Mg dans des environnements biologiques. / Magnesium (Mg) alloys are a new generation of biodegradable materials with good osseointegration and elastic modulus similar to that of human bone. These properties make them attractive materials to produce biodegradable implants for bone repairing applications that require temporary support. However, Mg alloys degrade rapidly in the in vivo environment making necessary to control their corrosion rate to accompany the tissue healing processes. Several approaches have been proposed for reducing corrosion rate and improving biocompatibility of Mg alloys. The most used ones are conversion films and surface coatings. This project proposes a synergistic approach that combines both decreased corrosion rate and improved biocompatibility of Mg alloys: we developed novel bi-layered coatings to functionalize the surface of AZ31 and ZE41 Mg alloys for bone repair applications. First, a bottom silane-TiO2 coating was formulated and deposited on both alloys by the dip-coating technique. The silane-based coating was effective in slowing down the corrosion rate of the substrates in simulated body fluid (SBF) and in Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium (DMEM). Secondly, top layers of type I collagen and/or chitosan were developed. Cell in vitro tests, with fibroblasts and osteoblasts, revealed that the biopolymers enhanced the biological response of the silane-TiO2 coating. Furthermore, the findings showed that there is a combined effect of the bi-layered coatings and the nature of the alloys on their final corrosion response and on the fate of the cells. In the same way, this work contributes to elucidating corrosion processes of Mg alloys in organic solutions in the long-term.