Soutenance de thèse de Jean-Baptiste RENAULT

La gonarthrose est une maladie handicapante en forte progression qui touche l’ensemble des structures articulaires du genou. Elle est favorisée par un défaut d’alignement du genou sur l’axe mécanique du membre inférieur, ce défaut cause un déséquilibre de la répartition des charges entre la partie médiale et la partie latérale de l’articulation. Lorsque la gonarthrose est trop avancée, une opération chirurgicale, l’arthroplastie totale de genou (ATG), permet le remplacement de l’articulation native par une prothèse totale de genou (PTG). Il n’y a pas de consensus clinique sur le meilleur positionnement des implants de la PTG, les principales causes d’échecs sont le descellement aseptique de l’implant tibial et les douleurs inexpliquées. Ces causes peuvent en partie être expliquées par la perturbation du chargement mécanique de l’os induite par l’implantation d’une prothèse. Ce travail propose une méthode pour déterminer un positionnement des implants spécifique au patient pour limiter ces risques d’échec. Au cours de cette thèse, des méthodes automatiques, opérateur-indépendantes, d’association de repères anatomiques aux os du genou ont été développées et évaluées, elles permettent une implantation virtuelle automatique et paramétrique des implants. Dans une étude in vitro utilisant la microindentation et l’imagerie µ-CT, nous avons montré que le défaut d’alignement conditionne les propriétés micromécanique et micro-architecturales de l’os situé sous l’implant. A partir des résultats précédents, des modèles éléments-finis patients spécifiques ont été automatiquement construit. Pour chaque patient plusieurs stratégies chirurgicales de positionnement des implants ont été simulées. Ces simulations ont permis de montrer que le positionnement et les propriétés matériaux de l’os trabéculaire influencent les phénomènes à l’origine d’une grande partie des échecs de PTG. Plus généralement, le travail réalisé au cours de cette thèse a abouti à une méthode numérique et mécanique permettant l'optimisation du positionnement de l’implant tibial de chaque patient.

Gonarthrosis is a widespread disabling disease which affects all joint structures of the knee. It is worsened by a non-alignment of the knee on the mechanical axis of the lower limb, this malalignment causes an imbalance in the distribution of loads between the medial and lateral part of the joint. When the gonarthrosis is too advanced, a surgical operation, Total Knee Arthroplasty (TKA), allows the replacement of the native joint with a Total Knee Replacement (TKR) prosthesis. There is no clinical consensus on the best positioning of TKR implants, the main causes of failure are aseptic loosening of the tibial implant and unexplained pain. These causes can partly be explained by the disruption of the mechanical loading of the bone induced by the implantation of a prosthesis. This work proposes a method to determine a patient-specific implant positioning to limit these risks of failure. During this thesis, operator-independent methods were developed and evaluated to automatically construct anatomical coordinate system on the knee bones, allowing automatic and parametric virtual implantation of implants. In an in vitro study using microindentation and µ-CT imaging, we showed that malalignment affects the micromechanical and micro-architectural properties of the bone under the implant. Using the previous results, specific patient finite-element models were automatically built. For each patient, several surgical strategies for implant positioning were simulated. These simulations have shown that the positioning and mechanicals properties of trabecular bone influence the phenomena which cause a large part of TKR failure. More generally, the work carried out during this thesis led to a numerical and mechanical method for optimizing the positioning of each patient's tibial implant.