L'objectif de cette thèse est l'étude des interactions mécaniques entre la langue et le palais dans la production de parole et la déglutition. Cette interaction est cruciale car elle détermine la morphologie de la langue et son évolution dans le temps avant et après les contacts. Elle ne peut cependant pas être étudiée avec des approches cinématiques conventionnelles, car l'amplitude des mouvements est trop faible. La première partie de la thèse est consacrée à la conception d'un dispositif expérimental permettant de mesurer ces interactions sans perturber l'appareil vocal. La première particularité est que le dispositif est utilisé sur des patients édentés appareillés. Nous utilisons un duplicata de la prothèse complète maxillaire pour insérer des capteurs miniatures à jauges de contrainte dont les caractéristiques de réponse sont optimisées et qui permettent de mesurer la pression mécanique exercée par la langue sur le palais. La seconde particularité est qu’il existe une procédure d'étalonnage, associée aux capteurs, qui utilise une Colonne d’Eau Sèche. Elle applique une pression sur le capteur via une membrane en latex déformable, capable de simuler le comportement visco-élastique de la langue sur le palais. La deuxième partie de la thèse décrit le protocole de recherche clinique visant à (1) caractériser l'interaction langue-palais au cours de la prononciation et de la déglutition normales sur des individus édentés que nous considérons adaptés à leur prothèse complète (Cohorte 1), (2) observer l'adaptation dans une étude longitudinale des patients édentés nouvellement appareillés (Cohorte 2). Ce projet comprend, pour les deux cohortes, la description des objectifs, le protocole expérimental, la description fine des paramètres pertinents et la méthode statistique de traitement des données. Toutefois, le processus de rédaction et de soumission de ce protocole à un Comité de Protection des Personnes (CPP) a été plus long que prévu et l’étude clinique n’a pu être menée dans le cadre de cette thèse. C’est pourquoi, dans la troisième partie de la thèse, nous avons utilisé les données enregistrées dans l’étude de faisabilité, auprès d'un adulte édenté francophone. Les résultats montrent que notre dispositif permet d'explorer des hypothèses théoriques cruciales dans la parole comme l'existence de cibles virtuelles au-dessus du palais ou le rôle du palais dans la mise en forme du conduit aérien des consonnes fricatives. Les résultats des données enregistrées lors de la déglutition sont moins clairs, mais l'enchaînement temporel précis des contacts peut être décrit, ce qui permet de préciser comment les mouvements ondulatoires de la langue pendant la phase orale de la déglutition exploitent les contacts avec le palais. Les retombées cliniques de cette thèse permettent une meilleure connaissance du rôle fonctionnel des prothèses complètes et d’envisager la conception de prothèses qui seraient adaptées aux spécificités de chaque patient, notamment pour la rééducation des sujets traités chirurgicalement après des cancers de la langue, dans le cadre des taches de production de parole et de déglutition / The aim of the thesis is the study of the mechanical interaction between tongue and palate in speech production and swallowing. This interaction is crucial since it determines the shape of the tongue and its time evolution before and after contacts occur. Yet it cannot be studied with conventional kinematic approaches, since magnitude of movements is too small. The first part of the thesis was devoted to the design of an experimental setup to measure this interaction without perturbing the vocal tract. The first specificity is that the setup is used on subjects who are edentulous and wear a complete denture. We use a duplicate of the complete denture to insert miniature strain gauge sensors with enhanced response characteristics, that enable the measure of the mechanical pressure exerted by the tongue in different locations of the palate, without altering the shape of the palatal arch. The second specificity is that the calibration procedure uses a Dried Water Column (DWC) that applies pressure on the sensor via a deformable latex membrane, that simulates the way tongue touches the palate. The second part of the thesis enabled the design of an experimental protocol aiming at (1) providing a characterization of the tongue-palate interaction in normal speech production and swallowing based on edentulous subjects whom we consider to have adapted to their complete denture (cohort 1), (2) observing the adaptation process in a longitudinal study of edentulous subjects who are new users of complete denture (cohort 2). This work includes for two cohorts the design of the subject inclusion criteria, the motor tasks and the statistical method for the data analysis. However, unforeseen long delays were faced in the application process for the ethical approval and no data were collected in this context. Hence the third part of the thesis used data recorded in our most recent pilot study, with a French speaking edentulous adult. It is shown that our setup makes possible to tackle crucial theoretical questions in speech production such as the existence of virtual targets above the palate in stops or the role of the palate in the air channel shaping in fricatives. Results of swallowing tasks are less clear, but it is shown that precise time sequencing of contacts can be described, making possible the specification of how the ondulatory movements of the tongue in the oral phase of swallowing takes advantage of palatal contacts. In conclusion implications of this thesis are presented for a functional assessment of complete dentures, and the design of dentures that would be adapted to each subject’s specificities

Les céramiques bioinertes (zircone, alumine), sont utilisées dans des dispositifs médicaux pour l’orthopédie et l’odontologie. Leurs surfaces peuvent avoir plusieurs fonctions : fixation du dispositif dans le milieu vivant (ex : implants dentaires), rôle tribologique (prothèses articulaires)… Dans tous les cas, ces surfaces sont traitées pour maximiser leur performance, mais ces modifications peuvent entrainer des conséquences négatives. Ainsi, le 2e chapitre montre qu’introduire de la rugosité par sablage joue sur l’intégrité mécanique et sur la stabilité à long terme de l’alumine, de la zircone et d’un composite alumine-zircone. Par ailleurs, dans les prothèses articulaires, la lubrification joue un rôle fondamental pour minimiser l’usure et donc augmenter la durée de vie moyenne des implants, permettant en outre de favoriser l’adsorption de protéines réduisant le contact direct entre les deux surfaces glissantes. La chimie des surfaces (y compris la présence de contamination) peut modifier ces aspects. Dans le 3e chapitre de ma thèse j’ai étudié l’effet de la contamination et des différentes techniques de nettoyage permettant de la réduire sur la mouillabilité des matériaux typiquement utilisés dans les prothèses de hanche, et sur l’adsorption de protéines à leurs surfaces. Finalement, les cellules utilisent les protéines en surface comme points de fixation et identification. Les implants avec une surface capable de recruter plus de protéines aidant à l’adhésion des cellules auront plus des chances d’être intégrés que des implants recrutant des protéines qui empêchent l’adhésion. Dans le 4e chapitre, j’ai exploré un nouveau concept de modification de surface de la zircone consistant en un greffage d’organosilanes directement sur sa surface, de manière à prouver le potentiel de cette technique à améliorer l’ostéointegration sans diminuer la performance mécanique. / Bioinert ceramics (zirconia, alumina) are used in medical devices in orthopedics and dentistry. Their surfaces may provide different functions: fixation of the device in the living tissue (e.g. dental implants), tribological role(joint substitutions),… In all cases the surfaces are treated to maximize their performance, but this modifications may entail negative consequences. The use of roughness to promote osseointegration of implants is a common practice, especially on dental implants. Roughening is often conducted by mechanical treatments, the most common being sandblasting. Therefore, chapter 2 focus on the implications of roughening by sandblasting on the mechanical behaviour of zirconia, alumina and a zirconia-alumina composite, and the differences between them. The work brought in chapter 3 was carried out entirely during a six-month secondment at CeramTec GmbH. In a bearing couple, lubrication mechanisms are complex and wettability and proteins play a yet-to understand role. The study compared the wettability of different materials, their ability to welcome protein adsorption and the effect of different cleaning procedures on wettability measurements and protein adsorption. Finally, the influence of the surface on cell activity is not driven exclusively by roughness: chemical modifications of the surface may enhance the perception of cells for the surface, and by careful tuning of the surface properties one may achieve a better integration without the downsides of roughness. In chapter 4, we explored a novel modification of zirconia, based on known techniques in chemistry, which introduces molecules with special functional groups capable of rendering the surface friendlier for cell adhesion, and opening the window for new exciting developments in the field of bioinert ceramics.

Les cervicalgies constituent un enjeu médico-économique pour nos sociétés. Ceci justifie des recherches actives sur le rachis cervical afin de mieux appréhender les fondements des cervicalgies et fournir aux cliniciens des pistes permettant d'en prévenir les effets ou d'améliorer les traitements. Cette étude, qui inclut 66 sujets Asymptomatiques et pathologiques (arthrodèses, prothèses, whiplash), présente un protocole expérimental original et non invasif pour mesurer in vivo la cinématique tridimensionnelle de la tête par rapport au thorax. Elle quantifie les amplitudes angulaires des degrés de liberté principaux et couplés pour les mouvements de flexion-extension, d'inclinaison latérale, de rotation axiale et des mouvements complexes ainsi que les mouvements compensatoires des épaules. L'objectif final de ce travail est la comparaison entre les différentes populations

Les implants utilises comme biomateriaux sont fonctionnels, biocompatibles et certains bio-actifs. Il existe quatre familles de biomateriaux : les metaux et alliages, les ceramiques, les polymeres et les materiaux naturels. Des phenomenes d'usures (corrosion, frottement) generent des debris dans l'organisme. Ces debris engendrent differents problemes: toxicite, reactions inflammatoires, descellements prothetiques par lyse osseuse. Nature, taille, morphologie, quantite des debris sont des parametres qui influencent les reactions biologiques susceptibles de se produire. Nous avons caracterise la contamination metallique (migration, comportement in vivo, quantite, taille et nature des debris) provenant des protheses de genou au niveau du tissu capsulaire voisin. Les methodes PIXE-RBS et STEM-EDXS, principalement employees, sont des outils complementaires. Les debris sont repartis de facon heterogene dans l'articulation du genou. Ils migrent sur plusieurs milliers de micro m en profondeur. Pour les echantillons fortement pollues, les debris sont des grains d'alliages de dimension de l'ordre du micro m (PIXE). Les rapports massiques in vivo confirment la stabilite chimique des grains de TA6V et l'evolution des grains de CrCoMo. Une etude a l'echelle nanometrique (STEM-EDXS) montre une dissolution de grains de TA6V (micro m) en de plus petits (nm). Localement la presence de grains de phase αlpha indiquerait une dissolution preferentielle de la phase beta (joint de grain) avec largage de Al et de V elements carcinogenes et toxiques. Le developpement d'un protocole PIXE-histologie en cible mince, correle une analyse PIXE et histologique sur une meme zone. Ce protocole informe sur les pathologies liees aux contaminations metalliques, meme si leur teneur est de l'ordre du micro g/g, grace a la sensibilite de la methode PIXE. De plus l'innocuite vis a vis de la radioactivite de plusieurs biomateriaux naturels ou synthetiques est etablie, a l'aide de systeme de detection gamma ultra bas bruit de fond.

Ce travail de thèse s'inscrit dans la perspective à long terme d'implémenter in vivo de nouvelles méthodes non invasives de contrôle du scellement ou de l'ostéointégration de prothèses osseuses (implants dentaires, prothèses de hanche). Bien qu'étant la plus utilisée cliniquement, la radiographie à rayons X souffre d'une faible sensibilité. Le potentiel de méthodes développées ces vingt dernières années et fondées sur des mesures d'élasticité, a été démontré in vitro, mais leur efficacité in vivo est encore sujette à caution. Notre objectif a été d'évaluer le potentiel de nouvelles méthodes basées sur la mesure de la réponse élastique non linéaire, méthodes qui sont apparues dans les domaines de la géophysique et du contrôle non destructif, et qui ont montré une plus grande sensibilité que la réponse linéaire élastique à la présence de contacts faibles au sein d'une structure rigide, tels que les fissures. Pour cela, plusieurs modèles d'ostéointégration et de scellement (avec conditions aux limites ou conditions d'amortissement variées) ont donc été étudiés expérimentalement à l'aide de différentes techniques d'élasticité non linéaire. Au final, cette étude expérimentale a permis l'extraction des paramètres non linéaires les plus prometteurs et d'évaluer leurs avantages et limites respectifs en vue de leur application in vivo.

Ce travail concerne l'élaboration de couches minces de DLC (Diamond-Like Carbon) par ablation laser femtoseconde pour une application biomédicale : la prothèse de hanche. Les propriétés structurales, mécaniques et tribologiques des films de carbone ont été caractérisées et une tête sphérique de prothèse de hanche a été revêtue. Ce mémoire se divise en quatre parties : le premier chapitre présente les propriétés du carbone en couches minces, une revue des différentes techniques d'élaboration de ces films et les applications potentielles ou avérées de ces derniers. Le deuxième chapitre est consacré à la description des dispositifs expérimentaux utilisés lors de l'élaboration des revêtements et pour les différentes caractérisations. Le chapitre 3 expose les propriétés structurales, mécaniques et tribologiques pour les films élaborés et permet de valider la capacité de ces couches de ta-C (tetrahedral amorphous-Carbon) à répondre aux exigences du domaine biomédical. Le dernier chapitre est consacré au revêtement d'une tête sphérique de prothèse de hanche de diamètre 22,2 mm. Un décapage ionique in situ préalable au dépôt a été réalisé afin d'améliorer l'adhérence des films sur des substrats métalliques d'intérêt biomédical.

Introduction: La stomatite prothétique est une condition inflammatoire chronique de la muqueuse buccale recouverte par une prothèse. Cette maladie est considérée comme la lésion buccale la plus fréquente chez les porteurs de prothèses amovibles. Des études récentes sur l'étiologie de la stomatite prothétique suggèrent que des traitements basés sur la réduction de l'inflammation seraient efficaces dans le traitement de cette maladie. Objectifs: Évaluer l'efficacité du brossage du palais dans le traitement de la stomatite prothétique. Méthodes: Quarante-huit participants (âge moyen : 66,0 ± 11,2 ans) avec un diagnostic de stomatite prothétique, ont été sélectionnés à partir d’un examen préalable de 143 individus, afin de participer à cet essai clinique de phase I à deux centres, réalisé selon un devis de type pré-test/post-test à un seul groupe. L'intervention a consisté en un brossage du palais avec une brosse manuelle après chaque repas et avant le coucher. Des examens cliniques et microbiologiques ont été effectués avant le traitement, et à 1 mois et 3 mois de suivi. Des données supplémentaires ont été obtenues par l'utilisation d'un questionnaire validé. Les résultats primaires et secondaires étaient, respectivement, la rémission de stomatite prothétique et la diminution du nombre de colonies de Candida. Des tests statistiques descriptifs et non paramétriques ont été menés pour analyser les données. Résultats: À 3 mois de suivi, 10,4 % des participants ont été guéris et 70,8 % ont eu une amélioration clinique de la stomatite prothétique grâce au brossage du palais. Une réduction statistiquement significative de la surface et de l’intensité de l’inflammation après 3 mois de brossage du palais a été démontrée (p < 0,0001). L’ampleur de l’effet a varié d’un effet modéré à important (0,34 à 0,54) selon la classification utilisée pour le diagnostique de la stomatite prothétique. De plus, le nombre de colonies de Candida, recueillies par sonication des prothèses et par échantillonnage du palais, a diminué de manière statistiquement significative après 3 mois de brossage (p ≤ 0,05). Conclusion: Les résultats de cette étude suggèrent que le brossage du palais est efficace comme traitement de la stomatite prothétique. / Introduction: Denture-related erythematous stomatitis (denture stomatitis) is a chronic inflammation of the oral mucosa covered by a removable prosthesis. This disease is considered the most prevalent mucosal lesion associated with prosthesis use. Recent research on the etiology of denture stomatitis suggests that treatments based on the reduction of the inflammation are effective in the management of this disease. Objectives: To assess the efficacy of palatal brushing in the treatment of denture stomatitis. Methods: After screening 143 individuals with a potential diagnosis of denture stomatitis, 48 (mean age: 66.0 ± 11.2 years) were enrolled in a phase-I two-center clinical trial with one-group pre-test/post-test design. The intervention of interest was manual palatal brushing after each meal and before bedtime. Clinical and microbiological examinations were performed at baseline, 1 month and 3 months post-intervention. Additional data were obtained by the use of a validated questionnaire. The primary and secondary outcomes were the remission of denture stomatitis and the diminution of Candida Colony-Forming Units (CFUs), respectively. Descriptive and non-parametric statistical tests were conducted to analyze the data. Results: At 3-month follow-up, denture stomatitis was completely cured in 10.4 % of the study participants, and 70.8 % of denture wearers showed improvement in the clinical signs of denture stomatitis. There was a significant reduction in the area and severity of the palatal inflammation at 3-month follow-up (p < 0.0001). The effect size ranged from medium to large (0.34 to 0.54), depending on the classification used for the diagnosis of denture stomatitis. Furthermore, a significant reduction in the number of Candida CFUs isolated from the palatal mucosa and dentures was observed (p ≤ 0.05). Conclusion: The results of this study suggest that palatal brushing is effective in the treatment of denture stomatitis.

Nous avons développé un modèle numérique du traitement des anévrismes de l'aorte abdominale (AAA) en utilisant l'analyse par éléments finis (FEA). L'objectif est de simuler les différentes étapes de la procédure endovasculaire dans la phase préopératoire. Pour cela, dans un premier temps, on a fait des études expérimentales Macro et Nano de rupture, indentation, traction, frottement des outils métalliques et des biomatériaux. Ensuite, on a développé une nouvelle approche de la conception des structures anatomiques très angulées et hétérogènes, et enfin, on a crée une maquette numérique de l'interaction outils métalliques et biomatériaux. Dans ce modèle, nous avons pris en compte la géométrie réelle reconstituée à partir des scans, une caractérisation locale des propriétés mécaniques guide / cathéter, une cartographie des propriétés des matériaux composites en fonction de la qualité pariétale, et une projection de l'environnement de l'artère dans l'outil de simulation. Nos résultats ont été validés grâce à un recalage entre les données cliniques et notre simulation pour un groupe donné de patients, dont les artères sont très tortueuses et calcifiées. Cet outil d'aide à l'acte chirurgical permet de contrôler avec précision la navigation endovasculaire en péropératoire, prédire la faisabilité de la chirurgie avec une fiabilité ainsi que d'optimiser le nombre d'outils métalliques pour chaque patient, en tenant compte du risque de rupture des zones avec fortes tortuosités et hétérogénéités.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

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.