Implant personnalisé à base de biocéramique poreux pour l'ostéotomie tibiale de valgisation : combinaison de prototypage rapide et de combustion solide

Les orthopédistes se trouvent souvent confrontés à une disparition substantielle de tissus osseux. Celle-ci peut être consécutive à un traumatisme: disparition de débris lors d'une fracture ouverte contrôlée ou fracture par écrasement du plateau tibial, de vertèbres, etc. Notons que certaines techniques chirurgicales, allongement ou redressement de l'os, impliquent une ostéotomie suivie de l'application d'un fixateur et d'un substitut osseux. On sait depuis longtemps qu'au-delà d'un certain volume critique (de l'ordre du cm3), l'os est incapable de se régénérer spontanément. Le comblement du tissu osseux manquant nécessite alors de recourir à un matériau de substitution. Dépendamment du type de chirurgie orthopédique réalisé en fonction de la perte osseuse, et de part, la fonctionnalité et la spécificité de l'os (forme, dimension, etc.), le remplacement de celui-ci fait objet de différentes recherches présentement. Même, si une forme d'implant est proposée, elle sera différente d'un individu à l'autre. Les matériaux existants proposés comme substituts sont parfois difficiles à manipuler, par exemple, on ne peut pas couper un cube de corail pendant une chirurgie dans une forme bien définie. Pour cette raison, on trouve ces matériaux sous forme de granules ou de blocs denses ou poreux. L‘objectif préliminaire de ce projet était la comparaison biomécanique de deux types de fixation. Une fixation interne a été comparée biomécaniquement versus une fixation externe. Les résultats obtenus montrent que la fixation interne par plaque Puddu donne une meilleure stabilité au genou et réduit la perte de correction crée par ostéotomie. Afin de réduire l‘espace crée par ostéotomie et d‘éviter les problèmes cliniques dus à la technique conventionnelle d‘ouverture, une nouvelle technique chirurgicale d‘ostéotomie a été développée et validée biomécaniquement. Cette technique consiste à effectuer une coupe transversale en forme de (L) au niveau de la métaphyse tibiale pour éviter d‘endommager le système extenseur de la rotule. Les résultats obtenus montrent que notre nouvelle technique chirurgicale par ostéotomie tibiale d‘ouverture (l‘ostéotomie retrotubéreuse) donne plus de stabilité biomécanique au genou, réduit l‘espace crée par ostéotomie à 62 % et évite les problèmes liés à la technique d‘ostéotomie conventionnelle). L'objectif général de ce projet de recherche est la fabrication de substituts osseux personnalisés. Parmi les matériaux existants se trouvent les biocéramiques qui présentent des propriétés intéressantes (biocompatibilité, résorbabilité, etc.). Dans le cadre de ce projet, nous avons axé nos

Abstract

The last decade has seen the dramatic development of biomaterials for organ replacement. Implants ranging from polymeric vascular grafts to ceramic bones substitutes have become commonplace. Increasing it has been realized that apart from being tolerated by the body, the implant should interact specifically and beneficially with the body. The substitution of bone tissues has been reported as a cause of many problems in reconstructive surgery and bone replacement. The long-term success of bone-interfacing implants for load-bearing orthopaedic applications requires rigid fixation of the implant within the host bone site. This condition, known as functional biointegration, is achieved in press-fit implant systems by mechanical interlock between the surface features of the implant (porous or textured surfaces) and ingrown bone tissue. Although for tissue regeneration porous materials seem to be the most appropriate, and there are still number of factors that need to have better control: materials composition, porosity size and distribution, specific surface and others. Studies on advanced ceramics revealed that an insidious and progressive wear process often occurs during implantation which could lead to bone resorption in the implants biofunctionality. Manufacturing limitations on our ability to custom design shape, materials and local properties of biomaterials are being 1ifted by novel free form fabrication (FFF) and combustion synthesis (CS) technologies. Rapid prototyping was recognized as an instrumental tool in the making of custom bone implants with locally customized material properties for bone reconstructive surgery. Combustion synthesis (CS) or Self-propagating High-temperature Synthesis (SHS) is a novel technology in which the synthesis of porous biomaterials (metals, ceramics and composites) is accomplished quickly by an exothermic reaction between the different powders. The major advantage of the SHS process is the high reaction temperature of the combustion that results in higher purity and desirable local properties (porosity and composition). Our collaborators (Dr. R Ayers and Pr. J Moore) from Colorado School of Mines (CCACS) have extensive experience in conducting the combustion synthesis research. The major problem of the SHS process was to