Prothèse sur mesure de l'articulation temporo-mandibulaire par modèle virtuel de la mâchoire: conception, dimensionnement et simulation numérique automatisés

Customized temporomandibular joint prosthesis using virtual jaw models;automated design, dimensioning and digital simulation

• Auteur / Autrice : Lilian Baugnon
• Direction : Olivier Mayeur, Romain Nicot
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Bio-mécanique et bio-ingénierie
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : Centrale Lille Institut
• Ecole(s) doctorale(s) : ENGSYS Sciences de l'ingénierie et des systèmes
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LaMCube - Laboratoire de mécanique multiphysique et multiéchelle

Mots clés

Mots clés libres

Biomécanique

Simulation numérique

Imagerie médicale

Fabrication additive

Biomechanics

Numerical simulation

Medical imaging

3D printing

Résumé

L'articulation temporo-mandibulaire (ATM) joue un rôle primordial dans la mastication, la communication orale, ou encore la déglutition. Elle subit des sollicitations mécaniques permanentes tout au long de la vie d'un individu et sa dégradation dans le cadre d'une pathologie traumatique, rhumatismale ou dégénérative conduit à son dysfonctionnement et les conséquences associées telles que des douleurs articulaires ou des troubles fonctionnels comme une limitation d'ouverture de la bouche ou des mouvements latéraux de la mâchoire. La prothèse est une solution thérapeutique pour remplacer l'articulation endommagée et restaurer ses fonctions. Le design de ces prothèses et les considérations mécaniques sur lesquelles elles ont été conçues limitent cependant leur utilisation à des formes très avancées de dégradation articulaire. Par ailleurs, des solutions de conception prothétique assistée par ordinateur sont aujourd'hui de plus en plus utilisées pour optimiser le positionnement de ces dispositifs existants selon l'anatomie du patient. Toutefois, la conception sur mesure de ces dispositifs ne prend pas en compte les considérations biomécaniques du patient. Ainsi, l'objectif de ce projet de thèse est de développer une solution automatisée de prothèse articulaire et de guides de coupes sur mesure de l'articulation temporomandibulaire qui intègre des caractéristiques biomécaniques patient-spécifique. L'automatisation des procédés de segmentation permettra d'obtenir l'environnement musculosquelettique du patient, nécessaire à l'acquisition des conditions limites patient-spécifiques pour l'ensemble des simulations. L'automatisation par des outils de conception assistée par ordinateur et de la simulation par la méthode des Eléments Finis permettra de générer automatiquement un implant optimisé et les guides de positionnement associés. La réalité mixte sera appliquée pour développer un environnement interactif pour l'aide au positionnement prothétique.

The temporomandibular joint (TMJ) plays a vital role in mastication, oral communication and swallowing. It undergoes permanent mechanical stress throughout an individual's life, and its deterioration as a result of traumatic, rheumatic or degenerative pathology leads to its dysfunction and associated consequences. A prosthesis is a therapeutic solution for replacing a damaged joint and restoring its function. The design and mechanical considerations on which they are based, however limit their use to very advanced forms of joint degradation. Computer-aided prosthetic design solutions are now being used to optimize the positioning of these existing devices according to the patient's anatomy. However, the custom design of these devices does not take into account the patient's biomechanical considerations. The aim of this PhD is therefore to develop an automated solution for joint prostheses and made-to-measure cutting guides for the temporomandibular joint that incorporates patient-specific biomechanical characteristics. Automating the segmentation processes will make it possible to obtain the patient's musculoskeletal environment, which is needed to acquire patient-specific boundary conditions for all the simulations. Automation using computer-aided design tools and Finite Element Method simulation will automatically generate an optimised implant and the associated positioning guides.