Développement d’une méthode vibro-acoustique pour le suivi de l’insertion d’un implant orthopédique dans l’os

Anne-Sophie Poudrel (1) , Giuseppe Rosi (1) , Vu-Hieu Nguyen (1) , Guillaume Haiat (1)

1 MSME - Laboratoire Modélisation et Simulation Multi-Echelle

Le suivi de l’insertion des implants orthopédiques dans l’os par des techniques non-destructives est une approche prometteuse pour guider le chirurgien au cours de l’opération, afin de permettre un positionnement optimal assurant la stabilité mécanique de l’implant, tout en évitant le risque de fracture osseuse [1]. Cependant, la fixation de capteurs ou la réalisation de mesures au contact avec l’implant est problématique en vue d’une application clinique. L’objectif de cette étude est d’étudier la possibilité de suivre les modes de vibration d’une pièce annexe nommé « ancillaire », temporairement fixée à l’implant pendant l’insertion, afin de remonter à son positionnement et d’évaluer les caractéristiques macroscopiques de l’interface os-implant. Dans un premier temps, la pertinence de l’information obtenue par une mesure vibro-acoustique de l’ancillaire sur l’état d’insertion de l’implant est évaluée expérimentalement [2]. Pour cela, une analyse modale de l’ancillaire est réalisée entre chaque étape d’insertion d’un implant fémoral dans un fémur artificiel à l’aide d’un accéléromètre et d’un marteau d’analyse modale. Les résultats montrent une sensibilité des fréquences de résonance de plusieurs modes de flexion de l’ancillaire sur la plage [400-8000] Hz à l’état d’insertion de l’implant dans l’os avec une corrélation significative des fréquences de résonance et de la profondeur d’insertion de l’implant. Dans un deuxième temps, une méthode d’optimisation du positionnement de capteurs piézo-électriques sur l’ancillaire, basée sur le couplage mode/capteur [3] est proposée afin d’optimiser la qualité et le temps de mesure en ciblant le suivi des modes portant de l’information sur l’interface os-implant. Le développement de cet « Ancillaire intelligent » ouvre des perspectives à l’automatisation de la mesure grâce à l’utilisation de capteurs piézo- électriques comme source d’excitation. [1] Dubory et al. (2019), JMBBM [2] Poudrel et al. submitted to Annals of Biomedical Engineering [3] Rosi et al. (2021), JVC

Domains: Acoustics [physics.class-ph]

Anne-Sophie Poudrel, Giuseppe Rosi, Vu-Hieu Nguyen, Guillaume Haiat. Développement d’une méthode vibro-acoustique pour le suivi de l’insertion d’un implant orthopédique dans l’os. 16ème Congrès Français d'Acoustique, CFA2022, Société Française d'Acoustique; Laboratoire de Mécanique et d'Acoustique, Apr 2022, Marseille, France. ⟨hal-03848492⟩