Contrôle de la fixation des implants de ligaments croisés

Le groupe de travail du PD Dr. Wolf Petersen à la clinique orthopédique de l’université Christian-Albrechts à Kiel a réalisé une étude expérimentale en laboratoire avec comme objectif le contrôle biomécanique à l’aide d’un robot KR 125 KUKA et d’un capteur universel force-moments, des techniques de fixation des transplantations des ligaments du genou.

L’objectif de cette étude était de déterminer les modifications éventuelles pouvant résulter de deux localisations et de trois techniques de fixation au tibia. Les modifications étaient prévues, d’une part au niveau de la cinématique du genou reconstruit et, d’autre part, au niveau des forces in situ de l’implant, pour différentes sollicitations. Les techniques de fixation retenues étaient une fixation éloignée de l’articulation avec une agrafe, une fixation anatomique par vis à interférence, à proximité de l’articulation et une fixation anatomique par vis croisées, à proximité de l’articulation, avec deux goupilles bio-résorbables passant verticalement par les fils de l’implant.

Une solution flexible et répétable

La combinaison robot à bras coudé à six axes et capteur universel force-moments permet une comparaison directe des trois techniques de fixation pour le même genou, au niveau de la cinématique du genou et des forces in situ. Les variables apparaissant inévitablement, lors de l’étude de différents individus sont donc évitées et la complexité est fortement réduite. Les résultats peuvent en outre être comparés avec le comportement biomécanique du genou intact dont les mouvements peuvent être simulés par le robot travaillant avec une flexibilité et une répétabilité élevées. Le robot, qui est en mesure de reproduire les cinq degrés de liberté, a procédé aux études biomécaniques des implants des ligaments sur des genoux de porc. Les mouvements des genoux ont été effectués via un système de fixation. Comme le capteur universel force-moments assurant la mesure des trois forces et moments octogonaux apparaissant lors des mouvements, a enregistré les données pour les transmettre via un circuit au robot, ce dernier était en mesure de se déplacer dans différents degrés de liberté non seulement au niveau de la position mais également en ce qui concerne la force appliquée.

Dans le réglage aux positions « contrôlées », le robot accoste avec précision les mêmes positions pour déterminer les forces in situ après une opération des ligaments. Comme les mouvements de l’articulation à vérifier étaient identiques avant la coupure du ligament ainsi qu’avant et après la transplantation de l’implant, le groupe d’étude était en mesure d’appliquer la le principe de la superposition consistant à ne varier qu’un des facteurs à étudier. Ce principe permet de déterminer la différence des vecteurs des forces et donc, de la force in situ pour le ligament avant. Dans le mode « forces contrôlées », un bloc de données définissant les forces et les moments agit sur l’articulation pour enregistrer le mouvement qui en résulte via le système de coordonnées du logiciel. Au niveau de la cinématique, les différences entre les deux états peuvent être déterminées et comparées car dans ce mode, le système est en mesure d’appliquer des forces et des moments externes identiques sur un genou intact et un genou à ligaments coupés.

Des résultats couronnées de succès

Avant tout, la cinématique naturelle du genou peut être rétablie avec les deux méthodes. La localisation de la fixation du transplant au tibia a exercé un effet considérable sur la stabilité du genou et les forces in situ du transplant des ligaments. À proximité de l’articulation, les deux techniques de fixation ont développé des forces in situ se rapprochant très près de celles du ligament croisé avant naturel, garantissant ainsi une stabilité plus élevée du genou que celle de la technique à distance de l’articulation. Aucune différence notable n’a été constatée entre les deux techniques anatomiques, à proximité de l’articulation (vis croisées et vis à interférences). Par conséquent, non seulement la cinématique dans la stabilisation primaire mais également la résistance initiale de la fixation, dans le cas de l’application de la technique à double vis croisées, peuvent être comparées à la fixation par vis à interférences. La rigidité est similaire à celle du ligament croisé avant naturel. La fixation anatomique du transplant des ligaments croisés au tibia, avec deux vis biorésorbables, constitue donc une alternative à la fixation anatomique par vis à interférences. Ceci signifie que la cinématique naturelle du genou peut être rétablie avec ces deux méthodes.

Par ailleurs, ces résultats ont pu mettre en avant la combinaison efficace robot à bras coudé et capteur force-moments. L’étude a en effet permis de révéler également que la combinaison d’un robot à bras coudé avec le capteur force-moments est particulièrement appropriée pour de telles études et recherches. Pour cette raison, les robots à bras coudé à six axes devraient trouver un vaste champ d’applications dans le domaine du contrôle biomécanique, comme par exemple des études sur les épaules, l’articulation du pied ou sur la colonne vertébrale. Du point de vue de la rentabilité, on peut s’imaginer une application de cette technologie pour le test des implants, comme les endoprothèses.

 N° 64 mars 2015