2 - Fissure émanant d’une microcavité

Actuellement, la prothèse totale de la hanche (PTH) est largement répandues dans le monde, une moyenne de 800.000 prothèses sont implantés annuellement seulement en

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Europe et Amérique du Nord. Le descellement d'implant est la préoccupation principale de tous les cabinets de consultation communs de révision de la prothèse. Dans cette méthode de fixation, le ciment est employé pour fixer la prothèse de la hanche au fémur. Le ciment n'agit pas en tant que colle, mais plutôt comme matière d'agrégation. Actuellement, le matériau le plus utilisé de ciment orthopédique est le Polymethylmethacrylate (PMMA), qui est un composé de polymère. L'avantage de PMMA est qu'il n'est pas biologiquement "résorbable". Par conséquent, même après une longue période, il demeurera dans sa même état et il na pas d’effet sure le fémur. En d'autres termes, elle est biocompatible. Cependant, puisqu'il n'est pas dégradable, elle restera toujours comme matériel étranger dans le fémur, qui empêche l'os de curatif [222].

Sir John Charnley a introduit l'utilisation de PMMA en tant que matériel d’ancrage

orthopédique au début des années 60. En même temps que l'utilisation du ciment orthopédique de PMMA, une prothèse de hanche qui est connue par la prothèse de Charnley a été conçue. La figure IV-1 montre la vue des sections d’une prothèse totale de la hanche.

Fig.IV-1 : Vue de section d’une prothèse totale de hanche

Les études prouvent que la faible fixation des implants est la raison principale de l'échec de la durée de vie de l'implant affectent la stabilité mécanique des joints, concernant ce

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phénomène de rupture en le trouve dans les surfaces qui contiennent de plus grandes nombres des cavités [223]. En réalité, des micro et macro cavités sont formées en mélangeant le ciment orthopédique et restent dans le ciment quand il devient dur (voir figure IV-2), des interactions entre les bulle d’air sera fréquent quand le chargement externe est appliqué, alors une évaluation de la perturbation des contraintes et la réduction de résistance est nécessaire due a l'existence du vide dans un milieu relativement poreux.

Fig. IV-2: Macro et micro cavités dans le ciment acrylique.

Parmi les zones d’interfaces qui incluent la prothèse/os et le ciment/os sont connues comme les plus faibles liens en prothèses totale de la hanche, parce que le ciment orthopédique conventionnel (PMMA) ne peut pas être collé sur l'os vivant [224]. La manière commune de mélanger le ciment orthopédique est en espace ouverte ce qui augmente les nombres la cavité des interfaces os/ciment et ciment/implant [224, 225, 226]. La rupture du ciment acrylique de la prothèse totale de la hanche cimentée est souvent indiquée comme précurseur au descellement clinique de l’implant [227]. Des ruptures sont censées initiées à l'interface de l’implant/ciment et propager a travers le manteau de ciment, de ce fait, la réduction de l'intégrité du ciment [132]. L’existence de la cavité à l'interface d’implant/ciment et dans le manteau de ciment peut augmenter le risque de formation et la croissance des fissures dans les prothèses totales de hanche cimentées [228,

229].

Le mécanisme de ce processus est mal compris jusqu’a maintenant, mais l'évidence de bien fixés les composants est recherchés par l’autopsie qui indique que ces fissures est née après qu'un processus de fatigue, qui puisse être responsable du déclenchement des fissures qui prendre la direction de rupture le plus facile [230, 231, 194]. La rupture du ciment et le scellement sont directement liés à la résistance du ciment acrylique, qui agit en tant

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qu'interface entre l'os et le composant prosthétique. On a cité que le ciment orthopédique acrylique est affaibli par sa cavité, qui favorise la formation des microfissures qui contribuent à la propagation de fissure principale. On a trouvé que les procédures de mélange jouent un rôle significatif en déterminant la qualité du ciment orthopédique produite [232].

La présence du défaut dans le ciment pendant le mélange peut localement mener à une région des concentrations de contrainte produisant une rupture possible de ciment et par conséquent le descellement de THA. Habituellement, il y’a trois genres de défauts : cavités, inclusions et fissures. On sait que les fissures sont les plus dangereuses en raison de la présence de l'intensité de contrainte en front de fissure. La majorités de fissures identifiées en ciment orthopédique sont [234, 235] :

 fissures émanent des cavités (voir la figure IV-3)  les fissures lancées pendant que le ciment se retire.  fissures lancées à la jonction entre l'os et le ciment.

Généralement, la rupture du ciment est provoquée par l'accumulation des fissures émanant des microcavités sous le chargement cyclique [34].

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b)

Fig.IV-3 : Fissure émanant d’une microcavité dans le ciment acrylique. a) Fissure émanant

d’une microcavité ; b) Cavité a Fissures multiples

Le ciment acrylique a été assumé élastique et l'analyse de MLEF a été employée pour cette analyse. L’analyse d'éléments finis de la reconstruction fissurée a été réalisée et les facteurs d'intensité de contraintes KI et KII ont été calculés pour chaque front de fissure. La direction de la progression de la fissure, α, peuvent être obtenus en utilisant le critère de MTS :

 

 





Kβ est le facteur d'intensité de contrainte (FIC) pour le mode I et II avec β = I, II;

a :est la longueur de la fissure;

σ

Polymethylmethacrylate (PMMA), ou le ciment orthopédique, est largement répandu comme élément de fixation pour les remplacements totaux de la hanche. Quand le ciment orthopédique se polymérise, des rétrécissements thermiques résulteront qui mène à la naissance des efforts résiduels, entraînant probablement des microfissures dans le manteau de ciment, et aux interfaces d'os/ciment et ciment/implant. Ces facteurs contribuent au descellement et peuvent plus tard mener à la révision de l'arthroplastie.

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Le but de la recherche actuelle est de déterminer la réponse spécifique de mécanique de la rupture des fissures qui initiées d’une cavité dans le ciment, et de déterminer l'effet de l'orientation de fissure dans le manteau de ciment pour les différentes zones de la PTH (proximale, médiane et distale) (voir la figure IV-4). En outre, nous comparons les facteurs d'intensité de contrainte (KI et KII) dans les différentes positions, au milieu du ciment, à l'interface du ciment/os et d'implant/ciment (voir la figure IV-5).

Nous analysons numériquement par la méthode des éléments finis, le comportement d’une fissure de longueur constante de 375μm émanant d’une microcavité de 200μm de diamètre (Figure IV.6-b) dans le ciment orthopédique au niveau des zones proximale, médiale et distale. L’étude ce concentre sur la partie extérieure de la prothèse totale de la hanche. L’amorçage de la fissure se fait sur le contour de la cavité caractérisée par son angle d’inclinaison « α ».