Ce travail de thèse avait comme objectif l'amélioration des outils de planning préopératoire tridimensionnels (P3D) pour l'arthroplastie totale de la hanche. Lors de l'utilisation d'implants sans ciment, une bonne stabilité primaire est requise pour obtenir une ostéointégration satisfaisante. Pour cela, une sélection appropriée de la taille et de la position de la prothèse est indispensable. En utilisant des images scanner obtenues par tomographie à rayon X de la hanche des patients, le chirurgien peut se servir du P3D pour faire la sélection de l'implant et anticiper sa position finale. Aujourd'hui, les méthodes de planning disponibles ne fournissent pas de critère mécanique qui pourrait refléter la qualité du contact os-implant. Nous proposons une méthode pour l'amélioration du P3D basé sur une analyse vibratoire par éléments finis pour le calcul de paramètres mécaniques personnalisés et liés á la stabilité primaire. Nos résultats suggèrent que la réponse modale de la tige est très sensible aux changements de l'aire de contact et de la raideur apparente de l'interface os-implant. Une transition marquée du comportement modal associée à un ancrage plus ou moins bon a permis de définir des seuils qui pourraient potentiellement discriminer des implants stables et instables dans le cadre du planning. Nous avons aussi étudié l'effet de la procédure de râpage et son possible impact sur le P3D. L'effet de la râpe sur la microstructure de l'os à l'interface os-implant a été analysé ex-vivo à l'aide d'images de micro-scanographie. Une distribution spatiale de la raideur de l'os en contact avec l’implant a aussi été obtenue par indentation des mêmes pièces anatomiques. / This thesis work is concerned with the enhancement of three-dimensional preoperative planning (P3D) tools for total hip reconstruction. When cementless implants are used, primary stability is vital for a good osseointegration. For this, a correct selection of the size and position of the implant is necessary. The surgeon may use P3D based on the computed tomography scanner of the patient’s hip to optimally select the implant’s size and anticipate the final implant’s position. Available planning methods lack a mechanical criterion reflecting the actual quality of the bone-implant contact. In this work we propose a method to improve P3D using a vibrational finite element analysis to calculate patient-specific mechanical parameters representative of primary stability. We found that the modal response of the stem is very sensitive to changes of the area and apparent stiffness of the bone-implant interface. A clear transition between loose and tight contact allowed the definition of thresholds that could potentially discriminate between a stable and an unstable stem. We also studied the effect of the broaching procedure and its relevance for P3D. The effect of broaching on bone microstructure at the bone-implant interface was analyzed using cadaveric samples and micro-computed tomography. A mapping of the stiffness of bone in contact with the implant was obtained with indentation on the same cadaveric samples.

Aux confluences historiques et conceptuelles de la modernité, de la technologie, et del’« humain », les textes de notre corpus négocient et interrogent de façon critique lespossibilités matérielles et symboliques de la prothèse, ses aspects phénoménologiques etspéculatifs : du côté subjectiviste et conceptualiste avec une philosophie de laconscience, avec Merleau-Ponty ; et de l’autre avec les épistémologues du corps ethistoriens de la connaissance Canguilhem et Foucault. Le trope prometteur de laprothèse impacte sur les formations discursives et non-discursives concernant lareconstruction des corps, là où la technologie devient le corrélat de l’identité. Latechnologie s’humanise au contact de l’homme, et, en révélant une hybridité supérieure,elle phagocyte l’humain du même coup.Ce travail d’anthropologie bioculturelle (Andrieu, 1993; Andrieu, 2006; Andrieu,2007a), au croisement d’une sociologie des sciences (Latour, 1989), ou encore d’uneanthropologie des sciences (Hakken, 2001), se propose en tant qu’exemple de lacontribution potentielle que l’anthropologie biologique et culturelle peut rendre à lamédecine reconstructrice et que la médecine reconstructrice peut rendre à la plastique del’homme ; l’anthropologie biologique nous concerne dans la transformation biologiquedu corps humain, par l’outil de la technologie, tant dans son histoire de la reconstructionmécanique et plastique, que dans son projet d’augmentation bionique. Nous établironsune continuité archéologique, d’une terminologie foucaldienne, entre les deux pratiques.Nous questionnons les postulats au sujet des relations nature/culture, biologie/contextesocial, et nous présentons une approche définitionnelle de la technologie, pierreangulaire de notre travail théorique. Le trope de la technologie, en tant qu’outil adaptatifde la culture au service de la nature, opère un glissement sémantique en se plaçant auservice d’une biologie à améliorer. Une des clés de notre recherche sur l’augmentationdes fonctions et de l’esthétique du corps humain réside dans la redéfinition même de cesrelations ; et dans l’impact de l’interpénétration entre réalité et imaginaire dans laconstruction de l’objet scientifique, dans la transformation du corps humain.Afin de cerner les enjeux du discours au sujet de l’« autoévolution » des corps, lesthéories évolutionnistes sont abordées, bien que ne représentant pas notre spécialité.Dans le cadre de l’autoévolution, et de l’augmentation bionique de l’homme, la7somation culturelle du corps s’exerce par l’usage des biotechnologies, en ruptureépistémologique de la pensée darwinienne, bien que l’acte d’hybridation évolutionnistesoit toujours inscrit dans un dessein de maximisation bionique/génétique du corpshumain. Nous explorons les courants de la pensée cybernétique dans leurs actions detransformation biologique du corps humain, de la performativité des mutilations. Ainsitechnologie et techniques apparaissent-elles indissociables de la science, et de sonconstructionnisme social. / Situated at the historical and conceptual crossroads of modernity, technology and the“human”, this thesis will negotiate and critique the material and symbolic possibilities ofthe prosthesis, together with its phenomenological and speculative aspects. This workwill be undertaken on the one hand from a subjectivist point of view, using Merleau-Ponty and his conceptualist philosophy of consciousness; and on the another from aviewpoint based on epistemologists of the body and historians of knowledge such asCanguilhem, and Foucault. The promising trope of the prosthesis has an impact ondiscursive and non-discursive structures related to the reconstruction of the body, wheretechnology becomes the correlate of identity.This work in Biological Anthropology (Andrieu, 1993, 2006, 2007), interwining withSociology of Sciences (Latour, 1989) and Anthropology of Sciences (Hakken, 2001), isproposed as an example of the potential contribution which biological and culturalanthropology can make to reconstructive medicine and which reconstructive medecinecan make to human corporeality ; Biological Anthropology allows us to study theprocess of the human body’s biological modification, via technology and theincorporation of biomaterial into the body, through the medical history of mechanicaland plastic reconstruction, and through the cybernetic project of bionic augmentation.An archeological continuity, to use Foucault’s terminology, will be established betweenboth practices.We will question the postulates at stake in the relationships between nature and culture,biology and social context, and will present as a cornerstone of our theoretical work awide range of definitional approaches. The trope of technology as an evolutionaryadaptative tool of culture in the service of nature allows a semantic slide whereby itbecomes a tool to improve one’s biology. One of the keys of our research into thetransformation of the human body in medical practices is the very redefinition of thoserelationships; another is the impact of the interpenetration of reality and imaginary in theconstruction of the scientific object and the transformation of the human body.8In order to locate what is at stake in the discourse on “auto-evolution”, evolutionarytheories are tackled, albeit from a non-specialist outlook. In the context of autoevolutionand bionic augmentation of the human, the cultural somatic modification ofthe body

La Prothèse Totale de Hanche Double Mobilité (PTH-DM) a été inventée pour conjuguer l’usure faible du concept de low friction tout en proposant une solution au problème de la luxation. La Double Mobilité présente différentes composantes et ses indications sont diverses.Une étude clinique à long terme a permis de définir les avantages et échecs de ce concept. Une complication spécifique est la Luxation Intra Prothétique (LIP) ou usure de la collerette de rétention de l’insert en polyéthylène. Différentes formes peuvent être rencontrées.L’objectif principal de notre travail était de comprendre le fonctionnement de la Double Mobilité, c’est-à-dire le rôle respectif des 2 mobilités et de la collerette ainsi que leurs profils d’usure.Les objectifs secondaires étaient de comprendre les échecs, le descellement de cupule et la luxation intra-prothétique et de définir des pistes d’optimisation de l’usure.Plusieurs techniques d’analyse d’usure, à différentes échelles ont été élaborées. La profilométrie mécanique permet d’étudier la rugosité de surface, la microscopie électronique à balayage recherche les mécanismes d’usure. La cartographie CMM permet d’appréhender les paramètres de forme et d’ondulation. Nous proposons une nouvelle technique pour augmenter l’analyse qualitative de l’usure. L’analyse FE complète ces moyens, qui ont été appliquées sur des explants. 3 groupes d’explants, constitués par les inserts ayant fonctionnés plus de 15 ans sans LIP, les inserts issus de LIP et les inserts récents, le dessin et le matériau de l’insert ayant été modifiés.Les trois groupes ont été comparés. La LIP a pu être identifiée comme liée à l’usure de la collerette. Cette usure est majoritairement composée par l’usure externe de la collerette, elle-même liée aux propriétés du col de la tige fémorale.Les explants de plus de 15 ans ont présenté une usure d’environ 45 mm3/an, comparable aux implants métal-polyéthylène. Les méthodes standard d’analyse d’usure radiographique ne peuvent pas être appliquées à l’analyse des PTH-DM. Les dimensions de la cupule métallique et les caractéristiques du col fémoral prothétique étaient les seuls facteurs influant sur l’incidence de LIP. Une ébauche de modélisation de fonctionnement de la PTH-DM a pu être proposée en se basant sur les données des explants. La deuxième mobilité, par son rôle de réserve de mobilité, permet de diminuer l’usure globale et doit être encouragée. La collerette de rétention constitue également un point clé du concept et possède un rôle dans la survie. / Dual Mobility Total Hip Arthroplasty (DM-THA) was invented to combine the low wear of low friction while providing the solution to the problem of dislocation. Dual Mobility has different components and indications are diverse. A clinical long-term study of a PTH-DM first line has identified the benefits and failures of this concept. A specific complication is Intra Prosthetic Dislocation (IPD. Different types of IPD can be encountered. The main objective of our work was to understand the functioning of the Dual Mobility, the respective roles of the two mobilities and retention and their wear profiles. Secondary objectives were to understand the failures, loosening of the cup and intra-prosthetic dislocation and define an optimization of wear. Material and Methods: Several wear analysis techniques at different scales have been developed. Mechanical profilometry was used to study the surface roughness, the scanning electron microscopy researched the mechanisms of wear. CMM allowed us to understand the shape and waviness parameters. We suggested a new technique to increase the qualitative analysis of wear. The FE analysis would complete these means, which were applied to the explants. 3 groups of explants, formed by the liners having functioned for over 15 years without IPD, IPD and more recent liners, the design and material of the insert having been changed. Results: The three groups were compared. IPD has been identified as related to wear of the rim. This wear was mainly composed by the wear of the outer side of the rim, which was itself related to the properties of the neck of the femoral stem. Explants over 15 years showed wear about 45 mm3/year, which was at least comparable to standard metal on polyethylene implants. Standard wear analytical methods could not be applied to the analysis of DM-THA. The dimensions of the metal back and characteristics of the prosthetic femoral neck were the only factors affecting the incidence of IPD. Discussion: A schematic model of the functioning of DM-THA has been given based on the data of the explants. The second mobility, through its role as a reserve of mobility, reduces the overall wear and should be encouraged. The retentive rim is also a key point in the design and has a role in the implant survival. The wear data were still incomplete and there will be further work to improve our work at the statistical level.

Cette recherche porte sur l'étude métallographique et électrochimique des brasures primaires et secondaires pour huit alliages employés en prothèse fixée dentaire (cinq de haute noblesse, un noble et deux non nobles) et leurs brasures correspondantes réalisées de façon conventionnelle. Des soudures laser ont également été réalisées. La première partie de l'étude concerne la caractérisation des propriétés des alliages et des brasures sur le plan de leurs propriétés physiques, de leur microstructure, de leur comportement mécanique. L'étude a révélée notamment qu'il pouvait exister des défauts métallurgiques plus ou moins important au sein des alliages parent et des zone de liaison métallurgiques. Une deuxième partie de l'étude porte sur le comportement électrochimique des alliages et brasures secondaires dans différents types d'électrolyte simulant la salive. Les alliages sont étudiés individuellement et en couplage galvanique. Leur comportement en corrosion est ainsi analysé. Ces études montrent que tous les alliages étudiés (y compris les non nobles) présentaient une très grande résistance à la corrosion / This study deals with metallographic and electrochemical properties of eight parent alloys used in fixed partial denture (five High Noble, one Noble and two predominantly based alloy), and their corresponding pre- and post-solder realized in conventionnal way. Laser solder have also been realized. In the fisrt part of the study, parent alloys and their corresponding solders were caracterized by considering their physical properties, microstructure and mechanical aspect. Different types of internal defects were noticed in several parent alloys and solder joints. The second main aspect of the study concerns electochemical comportement of parents alloys and their post-solders alloys in diffent in several types of electrolyte simulating articificial saliva. Parent alloys are study individually and in galvanic coupling conditions. The results show that all alloys of the study (predominantly based alloys inclued) are very corrosion resistant

La surveillance des infections sur prothèses ostéo-articulaires (IPOA) est une cible de la surveillance des infections nosocomiales, calcul d'incidence difficile et peu robuste (données manquantes, pas de suivi à long terme), sur cette chirurgie à faible incidence d'infection du site opératoire (ISO). Le PMSI est une base exhaustive de données médico-administratives, permettant de suivre la trajectoire des patients (chainage). L'objectif de la thèse était d'évaluer la validité du PMSI pour la surveillance des IPOA et d'estimer son utilisation en routine sur une cohorte régionale. Une cohorte rétrospective régionale de patients avec première arthroplastie de hanche ou de genou a été constituée en utilisant la base PMSI. La définition d'IPOA était basée sur un algorithme PMSI utilisant les codes CIM-10 et les actes CCAM. Une étude de sensibilité sur 1 000 dossiers médicaux était réalisée par une enquête cas-témoin nichée dans la cohorte. L'application de la définition validée (Se 97%, Spe 95%, VPP 87%, VPN 98%) dans la cohorte a permis le calcul du taux d'IPOA, 2,2/100 pers-année [IC 95% 2,0- 2,6] et d'estimer les facteurs de risque : sexe masculin, dénutrition, obésité, maladies chroniques. La médiane de survenue de l'IPOA était 71 jours (1 à 1 650 j) mais un tiers des IPOA survenait plus d'un an après la pose. Ce travail a démontré le potentiel de l'outil PMSI (fiabilité, facilité d'utilisation, moindre coût) pour la surveillance des ISO, sous conditions d'un algorithme approprié de sélection des cas. / One target of surgical site infections (SSI) surveillance is hip or knee arthroplasty infections (HKAI), however, HKAI incidence estimations are considered to be poorly effective, especially regarding data collection and patient follow-up. In France, each hospital discharge must be registered in the National Hospital Discharge Database (HDD), convenient and permanent medico-administrative database that can be mined for epidemiological studies and evaluation. This study aims to assess performance criteria of using the HDD as an additional tool to survey SSI occurring after HKA and to study its use in routine. A cohort study was conducted using retrospectively collected regional data from the French HDD. Surveillance of HKAI occurrence was performed based on various algorithms using the ICD-10, and the classification of procedures in a case-control study nested in the cohort. The HKAI case definition was validated by checking 1,000 medical charts as the gold standard, giving performance criteria as Se 97%, Spe 95%, PPV 87%, PNV 98%. The HKAI incidence density was 2.2/100 pers-year [CI95% 2.0- 2.6] and risk factors were male gender, undernutrition, obesity, chronic diseases. The median time for HKAI occurrence was 71 days (1-1,650 d), but 1/3 of HKAI occurred more than one year after arthroplasty. The HDD potential for routine SSI surveillance in low risk surgery was demonstrated, under conditions of having appropriate algorithm for selecting infections.

Ce travail se situe dans le cadre d'un projet pluridisciplinaire visant à développer une prothèse visuelle. La technique la plus utilisée actuellement dans de nombreux types de neuroprothèses est basée sur l'excitation par voie électrique via des électrdes. Les inconvénients d'une telle technique (très invasive, de faible résolution spatiale et par contact) pourraient être surmontés en utilisant une stimulation par laser infra-rouge. Nous présentons dans un premier temps les caractéristiques des trois diodes lasers fibrés émettant à 1875 nm, 1535 nm et 1470 nm pour des gammes de puissances optiques de quelques centaines de mW qui ont été utilisés et intégrés à deux dispositifs de mesures permettant l'observations de variations d'échanges ioniques transmembranaires (imagerie de fluorescence des ions calciums et mesure électrophysiologique par la technique de patch clamp). Nous montrons ensuite que des réponses biologiques ont été obtenues par les trois lasers, non seulement sur des cellules ganglionnaires de la rétine et du vestibule de culture mais aussi sur des tranches de rétine. L'influence des paramètres clés comme la longueur d'onde, la durée de stimulation, les seuils d'énergie a été étudié, et a permis d'établir que les seuils d'énergie de stimulation dépendent de la valeur du coefficient d'absorption de l'eau qui varie suivant la longueur d'onde utilisée. Enfin, une étude est consacrée pour expliquer les mécanismes physiques et biologiques apparaissant au cours de l'interaction du laser avec le neurone au niveau cellulaire. Des simulations numériques quantifiant l'élévation de température associées à des tests pharmacologiques cherchant à déterminer la nature des canaux ioniques spécifiques mis en jeu suggèrent la prédominance d'un effet thermique. / This work is part of a pluridisciplinary project, aiming at developing a visual prosthesis. The most used technique for this kind of neuroprosthesis is based on the electrical stimulation of nerves by electrodes. Drawbacks of such a technique (very intrusive, low spatial resolution and physical contact) could be overcome by the use of an infra red laser based stimulation. We present first the three fibre pigtailed laser diode characteristics emitting few hundred of mW at 1875 nm, 1535 nm and 1470 nm. These lasers have been integrated on two measurement devices (a fluorescence microscope and a microscope using patch clamp recording), for the observation of ionic membrane exchanges. Our results show that action potentials have been obtained by laser stimulation from the three lasers, both on retinal or vestibular ganglion cells from mass cultures and on retinal slices. The effect of key parameters as the wavelength, the stimulation time, the energy thresholds has been studied and show that the energy thresholds clearly depend on the absorption coefficient of water which varies with the wavelength. Finally, we present the results of a preliminary study aiming at determining the biophysical interaction mechanisms at cell level. Numerical simulations giving the local increase of temperature and tests of specific blocking molecules in order to know the exact nature of the ionic channels involved suggest a predominant thermal mechanism.

Ces travaux s'inscrivent dans le cadre plus général de la réalisation d'une prothèse visuelle, destinée aux personnes atteintes de cécité tardive due à une maladie dégénérative des cellules photo réceptrices de la rétine. Par la stimulation adéquate de certaines parties des voies optiques encore fonctionnelles, il est possible de transmettre à nouveau des perceptions visuelles, appelées phosphènes, dans le champ visuel du patient. Les études actuelles portant sur le contenu informationnel de cette vision prothétique proposent simplement de réduire la résolution de l'image d'une caméra embarquée. Notre étude propose une nouvelle approche basée sur le principe de la vision fonctionnelle, développée en collaboration avec les spécialistes de la rééducation fonctionnelle de l'institut ARAMAV. Par le biais de cette approche innovante, nous avons défini des méthodes d'extraction et de représentation des informations de la scène. L'objectif est d'améliorer l'autonomie en mobilité et de rendre possible la perception des expressions faciales. Pour évaluer la pertinence de ces propositions, nous avons développé un simulateur de vision prothétique, dont les paramètres sont basés sur les résultats d'essais cliniques. Pour la mobilité, nous mettons notamment en évidence l'intérêt de fournir un accès aux informations 3D, en substitution ou en complément de l'information de luminosité, ainsi que l'intérêt d'utiliser un oculomètre pour améliorer et faciliter la prise d'informations. Des expériences spécifiques à la mobilité, ainsi que certains résultats initiaux sont présentés. Pour la reconnaissance des expressions faciales, notre étude apporte la preuve que ces expressions sont correctement perçues si nous combinons des techniques de sélection de l'information et l'utilisation de certains prétraitements. / This work falls within the broader framework of visual prostheses conception, designed for people suffering from late blindness due to degenerative diseases of retina photoreceptor cells. By stimulating certain part of the optical pathway that is still functional, it is possible to elicit visual perceptions, called phosphenes, in the subject's visual field. Recent studies on the problematic of informational content of prosthetic vision propose, in majority, a simple reduction in the resolution of grayscale images acquired from a single head worn camera. Our study proposes a new approach based on the principle of functional vision, developed in collaboration with specialists in functional rehabilitation of the ARAMAV institute. Through this innovative approach, we have defined methods for extraction and representation of scene informational content, which aim to improve autonomy in mobility and to make possible the perception of facial expressio ns. In order to evaluate these propositions, we have developed a prosthetic vision simulator, whose parameters are based on clinical trials results. For mobility, we present the usefulness of providing access to 3D information, in substitution or in addition with brightness information and the usefulness of an eye tracking device to improve and facilitate spatial knowledge acquisition. Experiments dedicated to mobility as well as some preliminary results are presented. For the recognition of facial expressions, our study provides evidence that these expressions are correctly perceived if we combined information selection and specific image processing techniques.

Ce travail porte sur l’étude du comportement biomécanique d’un modèle cadavérique et d’un modèle in vitro de l’arthroplastie totale de hanche. Nous avons cherché à mettre en relief et à étudier des paramètres qui pouvaient nous permettre de disposer d’une méthode d’analyse objective de la stabilité de l’implant acétabulaire. La première partie décrit le contexte de l'étude. Nous avons insisté sur les différentes méthodes d’analyses qui permettent d’analyser la stabilité d’un implant osseux. En effet, malgré l’utilisation quotidienne des implants, le taux d’échec d’ostéointégration reste élevé. Ces échecs s’accompagnent d’une morbidité importante et d’un surcout notable. Parmi les causes d’échec identifiées, le descellement aseptique de la cupule acétabulaire dans l’arthroplastie de hanche peut être lié à un défaut de stabilité primaire, non obtenu lors de l’intervention chirurgicale. Il a été montré que le descellement de la cupule acétabulaire pouvait résulter d'une faible stabilité primaire entre la cupule et l'os l'entourant. Les chirurgiens qui pratiquent l’arthroplastie de hanche évaluent de manière empirique la stabilité obtenue ou non de l’implant acétabulaire en écoutant le son produit lorsqu'ils impactent la cupule ou à leur ressenti en la manipulant. Une méthode d'estimation de la stabilité primaire pourrait permettre au chirurgien orthopédique de mieux appréhender la stabilité des implants qu’il pose au bloc opératoire. L'objet principal de ce travail de thèse était ainsi d'étudier les signaux d'impacts sur le cotyle prothétique. Dans un premier temps, nous avons réalisé une étude de l'insertion de la cupule par impacts sur un modèle cadavérique (sujets anatomiques de l’école de chirurgie du fer à moulin) dans des conditions proches de celle de l'opération en clinique. Une corrélation a été trouvée entre le moment d'impact et la stabilité (R2=0.69). Cette étude expérimentale a ainsi montré le potentiel de la méthode de traitement des signaux d'impact dans la prédiction de la stabilité primaire de la cupule acétabulaire. Mais nous avons observé des modifications entre les signaux obtenus sur les différents sujets. Nous avons posé comme hypothèse que ces modifications étaient liées à la variation des tissus mous entre chaque sujet. Le troisième volet de cette thèse a donc porté sur l’analyse du comportement biomécanique de notre modèle en présence d’une quantité plus ou moins importante de muscle.Nous avons utilisé à nouveau le modèle in vitro que nous avions développé et avons ajouté dans le système d’impaction des tranches de poitrine de dinde d’épaisseur variable. Le but de cette seconde étude était d’intégrer le paramètre lié à l’existence d’une épaisseur variable de tissus mous dans l'interaction dynamique entre le marteau, l'ancillaire (et la cupule) et le tissu osseux lors de l'insertion. La valeur de la moyenne et de l’écart-type de l'indicateur Im obtenues pour tous les échantillons et toutes les configurations pour une valeur d’épaisseur des tissus mous égale à 10 mm (respectivement 30 mm) étaient égales à 0,592 ± 0,141 (respectivement 0,552 ± 0,139). L’analyse statistique a montré qu'il n'y avait pas eu d'effet significatif de la valeur de l’épaisseur des tissus mous sur les valeurs de l'indicateur Im (F = 3,16; p = 0,08). Malgré les limitations évidentes d’une étude in vitro sur un modèle partiel d’arthroplastie totale de hanche, ces résultats, ainsi que les résultats précédents obtenus sur les sujets anatomiques, montrent la faisabilité du développement d'un dispositif médical dédié à l'estimation de la stabilité de l'implant acétabulaire et qui pourrait être utilisé comme système d'aide à la décision par le chirurgien orthopédique. / Abstract:This work studies the biomechanical behavior of a cadaveric model and an in vitro model of total hip arthroplasty. We sought to highlight and study parameters that could allow us to have a method of objective analysis of the stability of the acetabular cup implant.The first part describes the context of the study. We have emphasized the different methods of analysis that make it possible to analyse the stability of a bone implant. Indeed, despite the daily use of implants, the failure rate of osseointegration remains high and failures still happen due to inadequate mechanical behavior of the prosthesis.Among the identified causes of failure, aseptic loosening of the acetabular cup after hip arthroplasty may be related to a primary defect in stability, not achieved during the surgical procedure. It has been shown that loosening of the acetabular cup may result from poor primary stability between the prosthetic cup and the surrounding bone.A method of estimating primary stability could allow the orthopaedic surgeon to better control the stability of the implants he poses in the operating room.The main purpose of this thesis work was to study the impact signals on the prosthetic acetabulum.Firstly, we carried out a study of the insertion of the cup by impacts on a cadaveric model. A correlation was found between impact time and stability (R2 = 0.69). This experimental study has thus shown the potential of the impact signal processing method in predicting the primary stability of the acetabular cup. But we observed changes between the signals obtained on the different subjects. We hypothesized that these changes were related to soft tissue variation between subjects.The third part of this thesis focused on analysing the biomechanical behavior of our model in the presence of soft tissues.We used again the in vitro model that we had developed and added in the impaction system turkey slices of varying thickness.The purpose of this second study was to integrate the parameter related to the existence of a variable thickness of soft tissues in the dynamic interaction between the hammer, the ancillary (and the cup) and the bone tissue during the insertion. The mean and standard deviation of the Im indicator obtained for all samples and configurations at a soft tissue thickness value of 10 mm (30 mm) was 0.592 ± 0.141, (respectively 0.552 ± 0.139). Statistical analysis showed that there was no significant effect of the value of soft tissue thickness on the values of the Im indicator (F = 3.16, p = 0.08). Despite the obvious limitations of an in vitro study on a partial model of total hip arthroplasty, these results, as well as the previous results obtained on anatomical subjects, show the feasibility of developing a medical device dedicated to estimating the stability of the acetabular implant and which could be used as a decision support system by the orthopaedic surgeons.

La survenue d’une infection péri prothétique (IPP) est la principale complication de la chirurgie prothétique articulaire, depuis son invention par Robert et Jean Judet en 1947. Comme le nombre de prothèses articulaires posées chaque année augmente de façon importante, ces infections sont de plus en plus fréquentes et l’optimisation de leur prise en charge est un enjeu important sur le plan médical et économique.Les modèles animaux d’IPP permettent de comprendre les mécanismes éthio-pathogéniques et tester de nouvelles thérapeutiques. Une analyse critique de la littérature a été effectuée en évaluant chaque modèle selon son type d’inoculation qui influence les taux et la sévérité de l’infection expérimentale obtenue.Un modèle expérimental d’IPP chez le lapin obtenu par remplacement partiel du genou et inoculation locale a été utilisé pour tester l’efficacité de nouvelles thérapeutiques au cours d’infections à deux bactéries multi résistantes qui posent des problèmes en thérapeutique humaine.Dans un 1er temps nous avons évalué l’efficacité de la ceftaroline (CPT) céphalosporine bactéricide in vivo contre le Staphylococcus aureus résistant à la méticilline (SARM) en la comparant à la vancomycine en association ou non à la rifampicine. 5.107UFC (Unités Formant Colonies) de SARM (Concentration Minimale Inhibitrice (CMI) de 0,38, 0,006, et 1 mg/l pour CPT, RIF, et VAN, respectivement) était injecté dans le genou. Les animaux infectés ont été randomisés et recevaient : aucun traitement (contrôles), CPT (60 mg/kg im), VAN (60 mg/kg im), CPT plus RIF (10 mg/kg im), ou VAN plus RIF débutant 7 jours après l'inoculation et durant 7 jours. L’efficacité des traitements a été évaluée sur la quantité de bactéries persistantes dans l’os (tibia proximal) après traitement. Ce travail a montré que la CPT et la VAN étaient efficace en monothérapie mais que seule l’association avec la rifampicine permettait de stériliser la quasi totalité des animaux. La CPT apparaît donc comme un traitement potentiellement efficace dans cette infection.Dans un 2ème temps nous avons étudié l'efficacité de la colistine (COL) dans le ciment, seule ou en combinaison avec des injections intramusculaires (im) de COL et/ou de méropénème (MRP) dans des infections à Klebsiella pneumoniae résistantes aux carbapénèmes (KPC). Un modèle proche de celui décrit pour le SARM a été utilisé. La souche KPC99YC est une souche clinique, résistante à la gentamicine (CMI 8mg/l) intermédiaire à l'imipénème (CMI 4mg/l), et sensible à la COL (CMI 0,25mg/l). L’inoculum était de 1.109UFC. Sept jours après l'infection, les prothèses étaient remplacées par espaceur sans antibiotique (contrôle), ou par espaceur imprégné de COL (3 MUI de COL/40g de ciment), ou par espaceur sans antibiotique et injections de COL (12 mg/kg im), ou l’association des deux, ou injections de COL avec espaceur en ciment imprégné de COL associé ou non à des injections de MRP (80 mg/kg im). Le traitement durait 7 jours. Tous les lapins témoins étaient infectés à J15, avec une moyenne de densité bactérienne de 6,17 [5,69, 7,04] CFU/g d'os. Contrairement à la COL locale, la COL systémique seule ou combinée avec le MRP était plus efficace que le contrôle sur le nombre de bactéries dans l'os à la fin du traitement. L’association COL locale + systémique était significativement plus efficace que le groupe témoin sur le dénombrement bactérien. D’ailleurs, c'était le seul schéma efficace sur le nombre de lapins avec un os stérile et à la limite de significativité par rapport au traitement systémique seul. Une souche résistante à la COL a été détectée dans le traitement local seul mais pas avec l’association de COL locale et systémique.Les modes d’inoculation directs sont les plus efficaces pour reproduire une IPP aigue. Les études expérimentales permettent de tester des traitements innovants en particulier pour les infections à bactéries multi résistantes. / The occurrence of prosthetic joint infection (PJI) is the main complication of joint prosthetic surgery since its invention by Robert and Jean Judet in 1947. Since the number of articular prostheses placed each year increases significantly, these infections are more and more frequent and the optimization of their management is an important medical and economic stake.The animal models of PJI make it possible to understand the ethiopathogenic mechanisms and to test new therapeutics. A critical analysis of the literature was carried out by evaluating each model according to its type of inoculation which influences the rates and the severity of the experimental infection obtained.An experimental model of PJI in rabbits obtained by partial replacement of the knee and local inoculation was used to test the efficacy of new therapeutics during infections with two multi-resistant bacteria which pose problems in human therapeutics.In a first step we evaluated the efficacy of ceftaroline (CPT) cephalosporin bactericidal in vivo against methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) by comparing it with vancomycin (VAN) in combination with or without rifampin (RIF). 5.107UFC MRSA (Minimum Inhibitory Concentration (MIC) of 0.38, 0.006, and 1 mg/l for CPT, RIF, and VAN, respectively) was injected into the knee. Infected animals were randomized to receive no treatment (control), CPT (60 mg/kg im), VAN (60 mg/kg im), CPT plus RIF (10 mg/kg im) or VAN plus RIF, 7 days after inoculation and for 7 days. The efficacy of treatments was evaluated on the amount of persistent bacteria in the bone (proximal tibia) after treatment. This work has shown that CPT and VAN were effective as monotherapy, but only the combination with RIF allowed the sterilization of almost all animals. CPT appears to be a potentially effective treatment in this infection.In a second step we studied the efficacy of colistin (COL) in cement, alone or in combination with intramuscular (im) injections of COL and/or meropenem (MRP) in carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae infections (KPC). A model close to that used for MRSA was used. The strain KPC99YC is a clinical strain, resistant to gentamicin (MIC 8mg/L) intermediate to imipenem (MIC 4mg/l), and sensitive to COL (MIC 0,25mg/l). The inoculum was 1,109UFC. Seven days after the infection, the prosthesis were replaced by antibiotic-free spacer (control), or by COL-impregnated spacer (3 MIU of COL/40g of cement), or by antibiotic-free spacer and COL injections (12 mg/kg im), or the combination of the two, or COL injections with COL-impregnated cement spacer associated or not with MRP injections (80 mg/kg im). The treatment lasted 7 days. All control rabbits were infected at D15, with median and interquartile range (IQR) bone bacterial count of 6.17 [5.69, 7.04] CFU/g of bones. In contrast to local COL, systemic COL alone or combined with MRP was more effective than control on bacterial counts in bone at the end of treatment. The combination of COL local + systemic was significantly more effective than control group on bacterial counts. Interestingly it was the only effective regimen on the number of rabbits with sterile bone and at the limit of significance vs systemic treatment alone. One COL-resistant strain was detected in the COL local treatment alone but not with the combination of local and systemic COL.Direct inoculation modes are most effective in reproducing an acute PJI. The experimental studies allow testing innovative treatments in particular for the infections with multi-resistant bacteria.

Différents dessins d’implants de prothèse totale de genou (PTG) sont utilisés en pratique clinique et chacun présente des caractéristiques biomécaniques spécifiques. Aucun implant n’a réussi à ce jour à reproduire parfaitement la biomécanique du genou naturel. Les objectifs de cette étude sont de comparer les résultats cliniques et biomécaniques tridimensionnels (3D) de deux types de PTG chez le même patient, puis de comparer la cinématique des PTG à celle d’un groupe de genoux asymptomatiques. Une cohorte de quinze patients avec un implant traditionnel dans un genou et un implant de nouvelle génération permettant un pivot dans le genou contralatéral a été étudiée. Le groupe contrôle était composé de trente-cinq genoux asymptomatiques. L’analyse de la cinématique 3D a été réalisée avec l’outil KneeKG (Emovi Inc. Canada) lors de la marche sur tapis roulant. L’évaluation clinique comprenait l’amplitude de mouvement ainsi que les questionnaires de perception articulaire, KOOS, Womac et SF-12. La comparaison de la cinématique des deux types de PTG a démontré quelques différences statistiquement significatives dans les plans sagittal et frontal alors que la comparaison des PTG et des genoux asymptomatiques a révélé plusieurs différences significatives dans les trois plans. Les scores cliniques des deux PTG ne comportaient pas de différence significative. Dans notre cohorte de patients, le design de l’implant a eu peu d’influence sur les résultats biomécaniques et cliniques. Les PTG n’ont pas reproduit une cinématique normale de genou. Beaucoup de travail et de recherche dans le développement de nouveaux implants sont encore nécessaires afin d’améliorer les résultats cliniques et de mieux reproduire la cinématique du genou naturel. / Various implants of total knee arthroplasty (TKA) are used in clinical practice and each presents specific biomechanical characteristics. No implant managed this day to reproduce perfectly the biomechanics of the natural knee. The objectives of this study are to compare the clinical and tridimensional (3D) biomechanical data of two different designs of TKA on the same patients and to compare the resulting 3D biomechanical data with those of asymptomatic knees. A cohort of fifteen patients with a traditional implant in one knee and an implant of new generation allowing a pivot in the contralateral knee was studied. The control group was composed of thirty-five asymptomatic knees. Assessment of 3D knee kinematics analysis was realized with the KneeKG (Emovi Inc. Canada) during treadmill gait. Clinical evaluation included range of motion as well as questionnaires of joint perception, KOOS, Womac and SF-12. Results showed some statistically significant differences in knee 3D kinematics of both TKAs in sagittal and frontal planes while comparison between TKAs and asymptomatic knees revealed several significant differences in all three planes. Clinical scores of both TKAs did not have significant difference. In our cohort of patients, TKA implant design had few measurable influences on kinematics during gait and on clinical results. TKA with these implants did not reproduce natural knee kinematics during gait. Significant research and development in new TKA designs are needed to improve clinical scores and reproduce natural knee kinematics.