Des implants orthopédiques plus stables grâce à leur signature acoustique
Un modèle hybride, expérimental et numérique, capable de décoder la « signature acoustique » de l'interface os-implant a été mis au point par le laboratoire Modélisation et simulation multi-échelle. Publiés dans le Journal of the Acoustical Society of America, leurs travaux couplent simulation et imagerie 3D pour prédire la stabilité des implants orthopédiques et ouvrent très concrètement la voie à un suivi personnalisé des patients.
Une hanche, un genou, une dent, une épaule… La pose d'implants dentaires et orthopédiques concerne des dizaines de millions de personnes chaque année. Avec l'allongement de l'espérance de vie et le vieillissement de la population, ces interventions se multiplient. Leur réussite dépend de la qualité de la liaison entre l'implant et l'os qui l'accueille. Les chirurgiens naviguent encore à vue concernant l'ostéointégration, processus au cours duquel l'os colonise progressivement la surface métallique. Le moment où le patient peut resolliciter son implant reste incertain. Mobilisé trop précocement, l'implant risque de se désolidariser. À l’inverse, la cicatrisation peut être ralentie voire stoppée si l’implant n’est pas assez sollicité.
Pour y voir plus clair, le laboratoire Modélisation et simulation multi-échelle (MSME, CNRS/Université Gustave Eiffel/Université Paris-Est Créteil) a décidé de tendre l'oreille. Grâce aux ultrasons, l'équipe de Guillaume Haiat est parvenue à traquer la réflexion des ondes acoustiques à l'interface entre le titane (le matériau utilisé dans les implants) et l’os. Chaque écho porte une empreinte unique, une « signature acoustique » qui trahit l'état de l’ostéointégration. Décoder cette mesure reste un procédé complexe car il implique différentes échelles spatiales, depuis la surface de l'implant jusqu'aux tissus sous-jacents. Expérimentalement, les ultrasons traversent d'abord plusieurs centimètres d'eau, se réfléchissent à l'interface os-implant, pénètrent dans les tissus adjacents où cohabitent os néoformé, moelle et tissus conjonctifs. Pour en tirer des résultats, les chercheurs ont couplé simulation numérique et imagerie. D’une part, la propagation des ondes dans l'eau est calculée par une méthode semi-analytique et sans artefact. D’autre part, l'interaction avec le système os-implant est simulée par différences finies temporelles (technique qui résout les équations de propagation pas à pas dans le temps), en intégrant des géométries réalistes issues d'imagerie 3D haute résolution.
Les résultats sont prometteurs. Les cartes acoustiques montrent que l'amplitude de l'écho décroît linéairement avec la quantité d'os en contact avec l'implant. La simulation, quant à elle, dévoile la distribution des tissus sous la surface, à quelques dizaines de micromètres de profondeur.
Cette hybridation de techniques, en outre très économe, a permis d'optimiser le dispositif développé par WaveImplant, spin-off du MSME créée en 2019. Cet appareil permettra aux chirurgiens d'évaluer objectivement la stabilité des implants et d'adapter le suivi de chaque patient. Une médecine personnalisée devient ainsi possible en implantologie.
© Guillaume Haiat
Références
A hybrid computational method for the simulation of ultrasonic wave reflection at the bone-implant interface.
Moisan, B., Bochud, N., Rosi, G., Le Cann, S., Haiat, G.
J. Acoust. Soc. Am. 158 (2), 1041–1051 (2025).
https://doi.org/10.1121/10.0038758
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