Aspects de BIOMECANIQUE utiles à la Chirurgie du RACHIS

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1 Aspects de BIOMECANIQUE utiles à la Chirurgie du RACHIS
Science of Spinal Rods Philippe MAXY 1 Aspects de BIOMECANIQUE utiles à la Chirurgie du RACHIS Fabrice MILLOT Service d'Orthopédie et de Chirurgie du Rachis Hôpital Jacques MONOD Groupe Hospitalier du HAVRE Philippe MAXY Service de Recherche et Développement Division Rachis et Biomatériaux MEDTRONIC Europe Sarl

2 INTRODUCTION Rappel de quelques lois du COMPORTEMENT MECANIQUE d'une TIGE d'Instrumentation Rachidienne. Assimilation au comportement d'une poutre. Buts de l'exposé : - Lexique de langage commun. - Attentes du Chirurgien et Contraintes du Fabricant.

3 MECANISME DE DEFORMATION
Science of Spinal Rods Philippe MAXY 3 MECANISME DE DEFORMATION Une tige rachidienne sous charge est caractérisée par : un comportement ELASTIQUE (déformation élastique) en début de chargement, un comportement PLASTIQUE (déformation plastique) après le dépassement de la limite d'élasticité

4 MECANISME DE DEFORMATION
Graphiquement:

5 L’ELASTICITE La structure reprend sa taille et sa forme d’origine lors de la suppression d'une charge appliquée. Déformation réversible Effet ressort.

6 LA PLASTICITE La structure ne reprend pas sa taille et sa forme d’origine après suppression des charges appliquées. Déformation permanente. Effet tuyau de plomb Déformation Finale = amplitude de Déformation Initiale – perte de déformation par Retour Elastique

7 La LIMITE d’ELASTICITE
Science of Spinal Rods Philippe MAXY 7 La LIMITE d’ELASTICITE C’est exactement le point de passage entre : la région ELASTIQUE et la région PLASTIQUE. Contrainte maximale permettant le retour à l’état initial. La Limite d’Elasticité est souvent corrélée au maintien de la correction: La limite d'élasticité dépassée, une fraction de la déformation devient permanente et non réversible, et la correction est partiellement perdue.

8 La RIGIDITE La Rigidité est la résistance à la déformation d’une structure élastique sous charge. Quand un déplacement d est appliqué sur la tige, celle-ci résiste et oppose une Force F qui est proportionnelle au déplacement; La constante de proportionnalité est appelée Rigidité de la structure. Soit K la rigidité: F = K x d 1 Flexibilité = Rigidité

9 La RIGIDITE Proportionnelle au module d’élasticité E du matériau

10 La RIGIDITE Proportionnelle au Diamètre à la puissance 4

11 La RIGIDITE Inversement proportionnelle à
La Longueur L à la puissance 3 Une tige est d’autant moins rigide qu’elle est longue!

12 Le RETOUR ELASTIQUE Cintrage (°) Perte de déformation après suppression des charges appliquées Dépendant de 2 facteurs : - Matériau utilisé - Processus de fabrication Corrélé à la facilité de CINTRAGE

13 Les DISLOCATIONS La déformation plastique se produit par un glissement des plans atomiques les uns sur les autres. Ce glissement de plans atomiques se fait grâce aux dislocations.

14 Des DISLOCATIONS à la RUPTURE
Trop de déformations localisées = Trop de dislocations  Rupture de la structure.

15 Des DISLOCATIONS à la RUPTURE
Influence sur les propriétés Mécaniques : Rigidité Limite d‘Elasticité Région plastique Rupture

16 SELECTION MULTIFACTORIELLE D'UNE TIGE D'INSTRUMENTATION
Science of Spinal Rods Philippe MAXY 1616 SELECTION MULTIFACTORIELLE D'UNE TIGE D'INSTRUMENTATION Stabilité du Rachis Support Antérieur Pathologie Nombre de niveaux instrumentés Patient Age & Morphologie Résultats Cliniques Selection des tiges Aspects Biomécaniques Qualité de la Fusion Technique Chirurgicale Type d’implants

17 Maintien de la Correction
ATTENTE du Chirurgien CONTRAINTES Du Fabricant Flexibilité Rigidité Facilité de Cintrage Maintien de la Correction Retour Elastique Limite d’Elasticité

18 Merci Fabrice MILLOT Service d'Orthopédie et de Chirurgie du Rachis
Hôpital Jacques MONOD Groupe Hospitalier du HAVRE Philippe MAXY Service de Recherche et Développement Division Rachis et Biomatériaux MEDTRONIC Europe Sarl

19 Les Radars: un outil comparatif
Science of Spinal Rods Philippe MAXY 1919 Les Radars: un outil comparatif Cette tige inox de 6.35mm de diamètre: Est Rigide (non flexible) Peut supporter d’importants efforts sans déformation permanente (bon maintien de la correction) Est facile à cintrer (sur-cintrage non nécessaire)

20 Les Radars: un outil comparatif
Science of Spinal Rods Philippe MAXY 2020 Les Radars: un outil comparatif La Tige Inox 6.35mm est plus rigide que la tige en Alliage de Titane 5.5mm. La capacité à maintenir la correction est meilleure avec la tige Inox 6.35mm qu’avec la tige en Alliage de Titane 5.5mm. La Tige Inox 6.35mm est plus adaptée au cintrage in-situ.

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22 Elasticité - Rigidité

23 Plasticité – Limite d’Elasticité
Exigences chimiques pour Titanes non alliés (Commercialement Titane Pur) Pure Ti Grade 4 Mechanical properties of materials Pure Ti Grade 2

24 Plasticité – Limite d’Elasticité

25 Plasticité – Retour Elastique

26 Introduction Comment choisir une tige? Paramètres: Diamètre Matériau
Traitement de surface Critères Résistance de la tige aux charges appliquées (Rigidité/Flexibilité) Maintien de la correction (Limite d’Elasticité) Cintrage de la tige (Retour Elastique)

27 La LIMITE d'ELASTICITE Dépendante de 3 facteurs
Science of Spinal Rods Philippe MAXY 2727 La LIMITE d'ELASTICITE Dépendante de 3 facteurs - Géométrie de la tige (diamètre, longueur - Matériau utilisé - Processus de fabrication (traitement thermique, écrouissage, composition chimique) Corrélée au MAINTIEN de la correction