Soutenance de thèse de Jean Marc FOLETTI

Ecole Doctorale
Sciences du Mouvement Humain
Spécialité
Sciences du Mouvement Humain - MRS
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
etage moyen de la face,orbite,biomécanique,,
Keywords
midface,orbit,Biomechanical phenomena,,
Titre de thèse
modélisation biomécanique de l'orbite au sein de l'etage moyen de la face ; application en traumatologie et en reconstruction maxillo-faciale
orbit and midface biomechanical modeling ; implementation in maxillofacial traumatology and reconstruction
Date
Vendredi 16 Novembre 2018 à 14:00
Adresse
Aix Marseille Université Faculté de médecine de Marseille 27 bd Jean Moulin 13005 Marseille
Salle de thèses n°2
Jury
Directeur de these Laurent GUYOT Aix Marseille Université
CoDirecteur de these Lionel THOLLON Aix Marseille Université
Rapporteur Isabelle BARTHELEMY Université Clermont Auvergne
Rapporteur Yannick TILLIER MINES ParisTech
Examinateur Pierre BOULETREAU Université Claude Bernard - Hospices Civils de Lyon

Résumé de la thèse

Introduction : les fractures des parois de l’orbite, sont fréquentes en traumatologie maxillo-faciale. L’objectif principal de notre travail est de développer et de valider un modèle 3D en éléments finis (FEM) d’étude de l’orbite humaine. L’objectif secondaire de notre travail est l’utilisation pratique de ce modèle en simulation traumatologique : nous avons étudié le comportement biomécanique de l’orbite de notre modèle, intacte, ou reconstruite, sous la contrainte de différents impacts. Matériel et méthodes : plusieurs études ont été menées conjointement Un état des lieux des connaissances concernant les fractures des parois de l’orbite est proposé. Après un rappel anatomique et physiopathologique, les auteurs se sont notamment intéressés aux indications chirurgicales, aux voies d’abord et aux matériaux utilisés pour reconstruire ces fractures, ainsi qu’aux complications inhérentes. Entre autre, le bénéfice des implants sur mesure est évalué. Une observation clinique d’un patient ayant subi un second traumatisme après avoir bénéficié d’une reconstruction du plancher orbitaire par un implant en titane est rapportée. La déformation consécutive de l’implant, qui menace le contenu orbitaire (dont le globe oculaire), est mise en perspective avec les indications de ce type de matériau. Un FEM 3D de l’orbite est crée, afin d’analyser le comportement de l’orbite, de son contenu et d’une éventuelle reconstruction par implant titane simplifié, en cas de récidive traumatique. Il est ensuite amélioré sur les bases d’une étude biomécanique sur sujets anatomiques. 6 orbites chez 3 sujets sont reconstruites par implant titane, avant d’être soumis à un impact direct de vitesse croissante. Les sujets sont autopsiés, les lésions tissulaires, fractures et déformations des implants étant analysées. Résultats : les fractures du plancher orbitaire et de la paroi médiane sont les plus fréquentes, isolées ou associées à des atteintes maxillaires et ou zygomatiques. La reconstruction chirurgicale par voie ouverte est fréquemment requise. Parmi les matériaux utilisés en reconstruction, les implants préformés en titane ont fait leur preuve, mais ont une morbidité propre. Leur déformation en cas de récidive traumatique peut être délétère pour le contenu orbitaire et la vision du patient. Cette déformation est également constatée lors d’essais sur sujets humains post mortem. Le manque de sujets d’étude est la principale limite de cette méthode. L’analyse en éléments finis de traumatisme orbitaires est possible, quoique rendue complexe par la grande variété de tissus et d’organes interagissant dans un espace restreint. Sur les modèles développés, les implants en titane utilisés pour reconstruire le plancher orbitaire ont également tendance à se déformer vers l’intérieur de l’orbite en cas de choc. Discussion : la physiopathologie et les impératifs de reconstruction des fractures orbitaires sont aujourd’hui bien connus. La précision des voies d’abords et les progrès dans les matériaux utilisés en chirurgie maxillo-faciale permettent d’éviter la plupart des complications iatrogènes. Néanmoins, le devenir des implants utilisés n’est pas toujours pris en compte dans a décision chirurgicale, notamment en cas de récidive traumatique. Les modèles d’études 3D en éléments finis constituent ici un outil de choix. Parmi les questions soulevées, se pose celle de reconsidérer les indications des implants préformés en titane, d’envisager un retrait systématique à distance de la consolidation, ou encore de modifier leur design à l’aide de l’analyse en éléments finis, afin de favoriser une déformation vers l’extérieur en cas de traumatisme sur une orbite préalablement reconstruite.

Thesis resume

Abstract Introduction: Fractures of the middle third of the face, especially those affecting the orbit, are common in maxillofacial traumas. Their nosological and epidemiological description has been the object of a broad consensus, but their treatment still remains controversial. The main objective of our work is to develop and validate a 3D finite element model (FEM) of the human orbit. Our secondary purpose was to consider the practical use of this FEM in trauma simulations: we studied the biomechanical behavior of the orbit of our model, whether it be intact, or reconstructed with a titanium plate, under the stress of different impacts. Material and methods: several studies were conducted jointly - A review of existing knowledge concerning the fractures of the walls of the orbit was provided, on the basis of a systematic review of the existing literature. After recalling anatomical and physiopathological data, the authors took a particular interest in the surgical indications, the complications, the approaches and the materials used to reconstruct these fractures. Patient-specific implants indications are debated. - A clinical observation of a patient who had suffered a second trauma after benefiting from a reconstruction of the orbital floor with a titanium mesh implant (TMI) was reported. The resulting deformation of the implant, which threatened the orbital content (including the eyeball), was analyzed and counterbalanced with the indications of TMI. - A 3D FEM of the orbit was created, in order to investigate the behavior of the orbit, its contents and a simplified TMI, if a traumatic recurrence should occur. It is then improved on the basis of an anatomical study: 6 orbits were reconstructed by a TMI (Synthes©) in 3 subjects before being impacted at an increasing speed level. The subjects were then autopsied, tissue lesions; fractures and deformations of the TMI were analyzed. Results: fractures of the orbital floor and the medial wall whether isolated or associated with maxillary and / or zygomatic involvement occur most frequently. Open surgical reconstruction is frequently required. Among the materials used in reconstruction, preformed titanium implants have proved their worth, but also have their own morbidity. In case of traumatic recurrence, their deformity may be deleterious to the orbital content and the patient’s vision. This deformation can also be observed during tests on post mortem human subjects. The main limitation of this method lies in the lack of available study subjects. Finite element analysis of orbital trauma can be implemented, despite the complexity inherent in the wide range of tissues and organs interacting in a small space. In previously developed models, titanium implants used to reconstruct the orbital floor, also tend to deform inwardly in the event of an impact. Discussion: The physiopathology and imperatives of orbital fracture reconstruction are now well known. The precision of the approaches and the advances in the materials used in maxillofacial surgery make it possible to avoid most iatrogenic complications. Nevertheless, the long-term evolution of the implants used is not always taken into account in surgical decisions, especially in the perspective of traumatic recurrence. 3D FEMs have proved to be a major tool here. Should we reconsider the indications for a TMI, envisage a systematic removal after consolidation; modify TMIs’ design using finite element analysis, in order to provoke a blow-out deformation in the event of trauma recidivism on a previously reconstructed orbit? Such are some of the issues raised in this doctoral dissertation.