Modèles patient-spécifiques en odontologie

Patient-specific models in dentistry

• Auteur / Autrice : Raphaël Richert
• Direction : Philippe Boisse, Maxime Ducret
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biomécanique
• Date : Soutenance le 06/12/2021
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LaMCoS - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures (Lyon, INSA ; 2007-....) - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures [Villeurbanne] / LaMCoS
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : MULTIMAP - Mécanique multiphysique pour les matériaux et les procédés
• Jury : Président / Présidente : Reza Arbib Chirani
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Boisse, Maxime Ducret, Reza Arbib Chirani, Marc Bolla, Christian Geindreau, Seux Dominique, Reinhilde Jacobs, Florence Zara
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marc Bolla, Christian Geindreau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dents -- Maladies -- Thérapeutique

Médecine personnalisée

Biomécanique

Mots clés libres

Biomécanique

Modélisation

Patient spécifique

Simulation éléments finis

Anatomie spécifique

Optimisation numérique

Dentisterie numérique

Aide à la décision

Odontologie

Optimisation de conception

Biomechanics

Modeling

Patient-Specific

Finite element simulation

Specific anatomy

Numerical optimization

Digital Dentistry

Decision aid

Dentistry

Design optimization

Résumé

La fracture verticale de la dent constitue l’une des premières causes d’extraction, et notamment pour la prémolaire. Ce phénomène est fortement dépendant du type de stratégie thérapeutique mise en œuvre, et il convient donc de s’interroger sur la meilleure thérapeutique à indiquer pour chaque patient. La simulation éléments finis constitue une méthode de référence pour évaluer la biomécanique d’un nouveau dispositif médical. Les modèles constitués sont néanmoins souvent basés sur une anatomie moyenne du patient alors que de grandes variations de forme existent. La démocratisation des outils comme la tomographie volumique et l’empreinte optique en odontologie donne aujourd’hui accès à des modèles décrivant l’anatomie spécifique du patient et ouvre la voie à une compréhension plus fine des phénomènes biomécaniques. Ce travail a donc eu pour objectif 1) d’identifier les paramètres adaptés à la simulation patient spécifique pour la prise en charge d’une prémolaire délabrée 2) développer des procédés de prise de décision employant cette approche 3) de personnaliser la forme de dispositifs médicaux à partir d’outils d’optimisation numérique. Ce travail a montré que les méthodologies mises en place permettaient de guider la prise de décision et optimiser le design de plusieurs dispositifs médicaux en odontologie. L’intérêt de ses modèles a également été illustré sur un cas clinique d’endodontie. Il apparait cependant à l’issue de ce travail que la construction de modèle est chronophage. Plusieurs perspectives sont envisageables notamment pour l’étape de segmentation où des approches automatiques basées sur l’intelligence artificielle sont aujourd’hui en développement. La question de la validation expérimentale du modèle est encore également source de nombreuses discussions, notamment car elle sera difficile en clinique. Cette limite ouvre la porte à des indicateurs d’erreur comme celui de Zhu Zienkiewicz, qui devront être rigoureusement évalués dans le futur avant d’envisager une application plus large de ces outils.

The vertical root fracture is one of the most common causis of extraction, especially for the premolar. The practionner’s choice will highly influence the prevalence of root fracture what questions the biomechanics. The finite element analysis is now widely used to evaluate the biomechanics a new procedure of biomedical device. Finite element models are however often based on a mean anatomy whereas variations exist between patients. The development of cone beam tomography and intraoal scanners give opportunities to create more patient-specific models consequently leading to a better compréhension of biomechanical beahviour of the premolar. The current works aims 1) to identify the most adapted parameters for a patient-specific modeling of the premolar 2) to develop decision support systems using patient-specific models 3) to adapt designs of medical devices using optimization tools The patient-specific models appear adapted to help decide in complex clinical situations and to optimize designs of different prosthetic reconstructions. The interest of these models was also presented in a clinical case report of fractured instrument. As a limit of this work, the time required to constitute a model is still too high for a daily use in clinic.but alogirhtms based on artifical intelligence could automatize steps of segmentation. The experimental validation of these models still needs further investigations as being highly difficult to set up in clinic. The relevance of some error indicators such as Zhu Zienkiewicz will be evaluated rigoursly before a widespread diffusion in the everyday decision process of the clinician.