Titre : | Elaboraon et validaon d’un modèle numérique pour le comportement mécanique d’une prothèse du genou | Type de document : | document électronique | Auteurs : | MESTAR Abdelkader, Auteur | Année de publication : | 2018-2019 | Accompagnement : | CD | Langues : | Français (fre) | Catégories : | Physique:Option Comportement et caractérisations des matériaux pour le biomédicale
| Mots-clés : | genou humain-capacités mécaniques-prothèse totale de genou implantaire. | Résumé : | (أكبر مفصل في جسم الإنسان). خلال الأنشطة اليومية المختلفة ، يتعرض هذا المفصل لأحمال وتحركات كبيرة ، قد يتجاوز في بعض الحالات حدود السعة الميكانيكية لمكوناته ، مما يدل على أن الأمراض عديدة جدًا عند مستوى الركبة والعلاج في بعض الأحيان يتطلب عملية جراحية إما لإصلاح أو زرع (زرع كامل الركبة الاصطناعية). كما نعلم جيدا ، فإن نجاح زرع الركبة الكلي يعتمد بشكل كبير على الاستقرار الأولي للزرع الفخذي، وتكامل أنسجة عظم الفخذ مع هذه الغرسات على المدى الطويل بسبب التوزيع الأمثل للضغوط الميكانيكية في العظام المحيطة. ولهذا السبب ، فإن البحث عن حلول معقولة لتعويض الطرف التالف في الركبة وتقليل الضغوط في العظم الإسفنجي والقشري أصبح محورًا مهمًا جدًا للبحث. في هذا الصدد ، اقترحنا ثلاثة نماذج من مفصل الركبة الاصطناعي من الأدبيات المتاحة ودراسة توزيع الإجهاد والتوترات في Von-Mises في التركيبات المختلفة لبدلة الركبة ، ومعرفة الإزاحة الكلية بين النموذج المصطنع ونموذج الركبة الاصطناعي ، تستخدم برامج النمذجة 3D Solidworks 2016 للنمذجة ثلاثية الأبعاد لبدلة الركبة وبرنامج تحليل العناصر المحدودة ANSYS 16.2 يستخدم لتقدير عددى من الإجهاد والتشوهات . نجد في هذه الدراسة أن الحد الأقصى من الإجهاد والتشوهات من Von Mises على مستوى عظم الساق و الفخض، وهذا يعني أن الاسمنت والالاستومر يلعبان دورًا مهمًا للغاية في امتصاص الإجهادات وتقليلها إلى الحد الأدنى. من ناحية أخرى ، تساهم الأطراف الصناعية الأربعة للركبة (النموذج (Ti6Al4V) I) ، النموذج (CoCrMo) II) ، النموذج (316L SS) III) ، النموذج (ZrO2) IV)) المزروعة بالإيلاستومر بشكل كبير في تقليل الإجهاد في عظمة الرضفة مقارنة إلى نموذج سليم. بشكل عام ، أعطى كلا النموذجين من الركبة الاصطناعية وعززت من قبل نظام الحد من الإجهاد (الاسمنت ، إلاستومر) مستوى أقل من الإجهاد في عظمة الساق وعظام الفخض لشخص عادي مقارنة مع نموذج صحي. النتائج التي تم الحصول عليها توفر أساسا نظريا لاختيار نموذج جراحي مناسب.
Le genou humain est une articulation complexe (la plus grande articulation du corps humain). Pendant les différentes activités quotidiennes, cette articulation est exposée à des charges et des mouvements importants, qui dépassent la limite des capacités mécaniques de ses composants, ce qui montre que les pathologies sont assez nombreuses au niveau du genou humain et le traitement nécessite parfois une chirurgie soit pour réparer soit implanter (prothèse totale de genou implantaire). Il est évident que le succès d'un implant du genou total dépend fortement de la stabilité initiale du fémur ou du tibial. implant et l'intégration à long terme du tissu osseux du fémur et du tibia avec ces implants. Dû à la distribution optimale des contraintes mécaniques dans l'os environnant. C'est pour cette raison que la recherche de solutions raisonnables pour compenser la prothèse de genou endommagée et réduire les contraintes dans l'os cortical et spongieux est devenu un axe de recherche très important. À cet égard, nous avons proposé trois modèles d'articulation du genou prothèse de la littérature disponible et étudions la distribution des contraintes et des déformations de Von-Mises dans les différents composites de prothèses de genou, savoir le déplacement total entre le modèle intact et le modèle artificiel du genou, logiciel Solidworks 2016 est utilisé pour la modélisation 3D des prothèses de genou et de logiciels d'analyse par éléments finis ANSYS 16.2 est utilisé pour l'estimation numérique des contraintes et des déformations de von Mises. Nous trouvons dans cette étudier que les contraintes et déformations maximales de Von Mises au niveau du tibia et de l'os tibial diminuer, c’est-à-dire que le ciment et l’élastomère jouent un rôle très important de l’absorption des contraintes et leur minimisation. Par contre, les quatre prothèses du genou (Modèle I (Ti6Al4V), Modèle II (CoCrMo), Modèle III (316L SS), Modèle IV (ZrO2)) implanté par l'élastomère contribue de manière significative à la réduction des contraintes dans l'os de la rotule par rapport au Modèle intact En général, les deux modèles de prothèse du genou et renforcés par une réduction des contraintes (ciment, élastomère) a donné un niveau de contraintes inférieur dans le tibia et l'os tibial d'une personne normale par rapport à un modèle sain. Les résultats obtenus fournissent une base théorique pour choisir un modèle chirurgical approprié.
The human knee is a complex joint (the largest joint of the human body). During the different daily activities, this joint is exposed to significant loads and movements, may in some cases exceed the limit of the mechanical capacities of its components, which shows that the pathologies are quite numerous at the level of the human knee and the treatment sometimes requires surgery to either repair or implant (implant total knee prosthesis). As we know very well, the success of a total knee implant is highly dependent on the initial stability of the femoral or tibial implant and the integration of femur and tibia bone tissue with these implants in the long term. Due to the optimal distribution of mechanical stresses in the surrounding bone. It is for this reason that the search for reasonable solutions to compensate the damaged knee prosthesis and reduce the stresses in the cortical bone and spongy has become a very important research axis. In this regard, we have proposed three models of prosthesis knee joint from available literature and study the distribution of Von-Mises stresses and strains in the differents composents of knee prosthesis, know the total displacement between the model intact and model artificial of knee, 3D modeling software Solidworks 2016 is used for 3D modeling of knee prosthesis and finite element analysis software ANSYS 16.2 is used for numerical estimation of von-Mises stresses and strains. We find in this study that the maximum stresses and strains of Von Mises at the level of the tibia and tibial bone decrease, that is to say that the cement and the elastomer play a very important role in the absorption of the stresses and their minimization. On the other hand, the four knee prostheses (Model I (Ti6Al4V), Model II (CoCrMo), Model III (316L SS), Model IV (ZrO2)) implanted by elastomer contribute significantly to the reduction of stresses in the patella bone compared to the Intact Model. In general, both models of the knee prosthesis and reinforced by a stress reduction system (cement, elastomer) gave a lower stress level in the tibia and tibial bone of a normal person compared to a healthy model. The results obtained provide a theoretical basis for choosing an appropriate surgical model.
| Directeur de thèse : | BOUTAOUS Ahmed |
Elaboraon et validaon d’un modèle numérique pour le comportement mécanique d’une prothèse du genou [document électronique] / MESTAR Abdelkader, Auteur . - 2018-2019 . - + CD. Langues : Français ( fre) Catégories : | Physique:Option Comportement et caractérisations des matériaux pour le biomédicale
| Mots-clés : | genou humain-capacités mécaniques-prothèse totale de genou implantaire. | Résumé : | (أكبر مفصل في جسم الإنسان). خلال الأنشطة اليومية المختلفة ، يتعرض هذا المفصل لأحمال وتحركات كبيرة ، قد يتجاوز في بعض الحالات حدود السعة الميكانيكية لمكوناته ، مما يدل على أن الأمراض عديدة جدًا عند مستوى الركبة والعلاج في بعض الأحيان يتطلب عملية جراحية إما لإصلاح أو زرع (زرع كامل الركبة الاصطناعية). كما نعلم جيدا ، فإن نجاح زرع الركبة الكلي يعتمد بشكل كبير على الاستقرار الأولي للزرع الفخذي، وتكامل أنسجة عظم الفخذ مع هذه الغرسات على المدى الطويل بسبب التوزيع الأمثل للضغوط الميكانيكية في العظام المحيطة. ولهذا السبب ، فإن البحث عن حلول معقولة لتعويض الطرف التالف في الركبة وتقليل الضغوط في العظم الإسفنجي والقشري أصبح محورًا مهمًا جدًا للبحث. في هذا الصدد ، اقترحنا ثلاثة نماذج من مفصل الركبة الاصطناعي من الأدبيات المتاحة ودراسة توزيع الإجهاد والتوترات في Von-Mises في التركيبات المختلفة لبدلة الركبة ، ومعرفة الإزاحة الكلية بين النموذج المصطنع ونموذج الركبة الاصطناعي ، تستخدم برامج النمذجة 3D Solidworks 2016 للنمذجة ثلاثية الأبعاد لبدلة الركبة وبرنامج تحليل العناصر المحدودة ANSYS 16.2 يستخدم لتقدير عددى من الإجهاد والتشوهات . نجد في هذه الدراسة أن الحد الأقصى من الإجهاد والتشوهات من Von Mises على مستوى عظم الساق و الفخض، وهذا يعني أن الاسمنت والالاستومر يلعبان دورًا مهمًا للغاية في امتصاص الإجهادات وتقليلها إلى الحد الأدنى. من ناحية أخرى ، تساهم الأطراف الصناعية الأربعة للركبة (النموذج (Ti6Al4V) I) ، النموذج (CoCrMo) II) ، النموذج (316L SS) III) ، النموذج (ZrO2) IV)) المزروعة بالإيلاستومر بشكل كبير في تقليل الإجهاد في عظمة الرضفة مقارنة إلى نموذج سليم. بشكل عام ، أعطى كلا النموذجين من الركبة الاصطناعية وعززت من قبل نظام الحد من الإجهاد (الاسمنت ، إلاستومر) مستوى أقل من الإجهاد في عظمة الساق وعظام الفخض لشخص عادي مقارنة مع نموذج صحي. النتائج التي تم الحصول عليها توفر أساسا نظريا لاختيار نموذج جراحي مناسب.
Le genou humain est une articulation complexe (la plus grande articulation du corps humain). Pendant les différentes activités quotidiennes, cette articulation est exposée à des charges et des mouvements importants, qui dépassent la limite des capacités mécaniques de ses composants, ce qui montre que les pathologies sont assez nombreuses au niveau du genou humain et le traitement nécessite parfois une chirurgie soit pour réparer soit implanter (prothèse totale de genou implantaire). Il est évident que le succès d'un implant du genou total dépend fortement de la stabilité initiale du fémur ou du tibial. implant et l'intégration à long terme du tissu osseux du fémur et du tibia avec ces implants. Dû à la distribution optimale des contraintes mécaniques dans l'os environnant. C'est pour cette raison que la recherche de solutions raisonnables pour compenser la prothèse de genou endommagée et réduire les contraintes dans l'os cortical et spongieux est devenu un axe de recherche très important. À cet égard, nous avons proposé trois modèles d'articulation du genou prothèse de la littérature disponible et étudions la distribution des contraintes et des déformations de Von-Mises dans les différents composites de prothèses de genou, savoir le déplacement total entre le modèle intact et le modèle artificiel du genou, logiciel Solidworks 2016 est utilisé pour la modélisation 3D des prothèses de genou et de logiciels d'analyse par éléments finis ANSYS 16.2 est utilisé pour l'estimation numérique des contraintes et des déformations de von Mises. Nous trouvons dans cette étudier que les contraintes et déformations maximales de Von Mises au niveau du tibia et de l'os tibial diminuer, c’est-à-dire que le ciment et l’élastomère jouent un rôle très important de l’absorption des contraintes et leur minimisation. Par contre, les quatre prothèses du genou (Modèle I (Ti6Al4V), Modèle II (CoCrMo), Modèle III (316L SS), Modèle IV (ZrO2)) implanté par l'élastomère contribue de manière significative à la réduction des contraintes dans l'os de la rotule par rapport au Modèle intact En général, les deux modèles de prothèse du genou et renforcés par une réduction des contraintes (ciment, élastomère) a donné un niveau de contraintes inférieur dans le tibia et l'os tibial d'une personne normale par rapport à un modèle sain. Les résultats obtenus fournissent une base théorique pour choisir un modèle chirurgical approprié.
The human knee is a complex joint (the largest joint of the human body). During the different daily activities, this joint is exposed to significant loads and movements, may in some cases exceed the limit of the mechanical capacities of its components, which shows that the pathologies are quite numerous at the level of the human knee and the treatment sometimes requires surgery to either repair or implant (implant total knee prosthesis). As we know very well, the success of a total knee implant is highly dependent on the initial stability of the femoral or tibial implant and the integration of femur and tibia bone tissue with these implants in the long term. Due to the optimal distribution of mechanical stresses in the surrounding bone. It is for this reason that the search for reasonable solutions to compensate the damaged knee prosthesis and reduce the stresses in the cortical bone and spongy has become a very important research axis. In this regard, we have proposed three models of prosthesis knee joint from available literature and study the distribution of Von-Mises stresses and strains in the differents composents of knee prosthesis, know the total displacement between the model intact and model artificial of knee, 3D modeling software Solidworks 2016 is used for 3D modeling of knee prosthesis and finite element analysis software ANSYS 16.2 is used for numerical estimation of von-Mises stresses and strains. We find in this study that the maximum stresses and strains of Von Mises at the level of the tibia and tibial bone decrease, that is to say that the cement and the elastomer play a very important role in the absorption of the stresses and their minimization. On the other hand, the four knee prostheses (Model I (Ti6Al4V), Model II (CoCrMo), Model III (316L SS), Model IV (ZrO2)) implanted by elastomer contribute significantly to the reduction of stresses in the patella bone compared to the Intact Model. In general, both models of the knee prosthesis and reinforced by a stress reduction system (cement, elastomer) gave a lower stress level in the tibia and tibial bone of a normal person compared to a healthy model. The results obtained provide a theoretical basis for choosing an appropriate surgical model.
| Directeur de thèse : | BOUTAOUS Ahmed |
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