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Une approximation isotrope équivalente pour la conception basée sur la fiabilité de la fixation par mini-plaques utilisées dans les mandibules fracturées

An equivalent isotropic approximation for reliability-based design of mini-plate fixation used in fractured mandibles


G. Kharmanda
Department of Biomedical Engineering - Lund University
Suède

M-Y Kharma
Al-Farabi College for Dentistry
Arabie saoudite

A. El-Hami
INSA Rouen
France



Publié le 16 mai 2018   DOI : 10.21494/ISTE.OP.2018.0254

Résumé

Abstract

Mots-clés

Keywords

L’objectif de ce travail est d’évaluer le niveau de fiabilité de la fixation par min-plaques suivante l’opération chirurgicale. Un modèle éléments finis en 3D est développé pour étudier les effets négatifs concernant la stabilité de la fracture. Durant l’opération chirurgicale, les muscles peuvent être abimées où coupées. Pour cela, l’incertitude sur le chargement doit être intégrée pour obtenir une conception fiable. Plusieurs scenarios (modes) peuvent conduire à la défaillance. Le scenario le plus important est les contraintes de von-Mises qui peuvent être comme indicateur de la fracture. L’os possède un comportement anisotrope. Pour cela, une approximation isotrope équivalente est intégrée pour réduire le temps de calcul. Le deuxième scenario est la pression de contact entre les surfaces de la fracture. Le troisième mode est le déplacement relatif maximal dans la zone de la fracture. An algorithme de fiabilité est développé pour identifier les différents modes de défaillance. Les résultats sont effectués sur une photo orthopantomogramme d’un patient male de l’âge de 28 ans.

The objective of this work is to assess the reliability level of mini-plate fixation following surgical operation. A 3-dimensional finite element model is developed in order to study the negative effect due to the stabilization of the fracture. Since muscles can be cut or harmed during surgery and consequentially cannot operate at its maximum capacity, there is a strong need to introduce loading uncertainties in order to obtain reliable designs. Several scenarios (or modes) may lead to failure. The first important failure scenario is the von Mises stress of all components which presents the fracture indicators. The bone structure possesses anisotropic behaviors. An optimized yield stress/elasticity modulus formulation is integrated using an equivalent isotropic approximation in order to reduce the computing time. The second failure scenario is the contact pressure which should not exceed a maximum pressure pain threshold. The last failure mode is the relative displacement (gap) between two fracture surfaces which should not exceed a prescribed value in order to obtain rapid bone healing. A reliability algorithm is next developed to identify the single and multiple failure mode cases. The different results are carried out considering a clinical case of a male patient of 28 years of age.

Propriétés des matériaux osseux Fractures de la mandibule Fixation par mini-plaque Optimisation des structures Fiabilité structurale

Bone Material Properties Mandible Fractures Mini-plate Fixation Structural optimization Structural Reliability