Cinq laboratoires de l'École polytechnique fédérale de Lausanne travaillent sur un projet de prothèse de genou équipée de capteurs intégrés susceptibles d’effectuer un diagnostic des paramètres biomécaniques. L’objectif est de pouvoir déceler d’éventuelles défaillances afin d’appliquer des traitements préventifs et ainsi éviter d’avoir à employer la chirurgie.
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Le recours aux prothèses de genou et de hanche est de plus en plus répandu, d'une part grâce aux progrès technologiques réalisés dans ce domaine, et d'autre part en raison du vieillissement de la population dans de nombreux pays développés. Ainsi, selon des chiffres repris par l'École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), près de quatre millions de personnes dans le monde subissent chaque année une opération destinée à remplacer une articulationarticulation défectueuse. En Europe et aux États-Unis, un million de prothèses de genou et de hanche sont implantées chaque année.

Ce phénomène va aller en s'amplifiant, notamment pour le genou, et ce pour plusieurs raisons. Les activités sportives sont de plus en plus répandues, ce qui augmente les problèmes d'arthrosearthrose. La surcharge pondérale est aussi un mal endémiqueendémique qui entraîne des lésions articulaires graves. Ainsi, selon l'EPFL, le nombre d'interventions au niveau du genou devrait être multiplié par sept dans les années à venir. Cinq laboratoires de l'EPFL travaillent actuellement sur un projet de prothèseprothèse de genou intelligente qui pourrait aider à améliorer les traitements postopératoirespostopératoires et réduire le recours à une nouvelle chirurgiechirurgie. Il s'agit d'utiliser des capteurscapteurs pour mesurer des paramètres biomécaniques et détecter des problèmes d'alignement et de descellement, afin d'appliquer des remèdes préventifs.

Les équipes de l’École polytechnique fédérale de Lausanne ont travaillé à partir de l’insert en polyéthylène que l’on retrouve dans toutes les prothèses de genou existantes. La partie gauche de la photo montre le circuit électronique qui intègre plusieurs capteurs et un module de transmission sans fil. L’ensemble a été miniaturisé et façonné à la forme de l’insert. L’objectif est de permettre à tous les fabricants de prothèses d’intégrer facilement cette technologie. © Nano-Tera

Les équipes de l’École polytechnique fédérale de Lausanne ont travaillé à partir de l’insert en polyéthylène que l’on retrouve dans toutes les prothèses de genou existantes. La partie gauche de la photo montre le circuit électronique qui intègre plusieurs capteurs et un module de transmission sans fil. L’ensemble a été miniaturisé et façonné à la forme de l’insert. L’objectif est de permettre à tous les fabricants de prothèses d’intégrer facilement cette technologie. © Nano-Tera

« La grande difficulté pour le médecin une fois l'arthroplastie effectuée, la prothèse posée et le champ opératoire refermé, c'est qu'il n'a comme retour que l'appréciation qualitative et subjective du patient, explique l'EPFL dans son communiqué. Si la prothèse est mal alignée ou si elle se descelle, ce qui se produit dans environ 20 % des cas, cela provoque des douleursdouleurs importantes, qu'il est très difficile de quantifier. » Baptisé SimOS, le projet de prothèse de genou intelligente est porté par l'agence Nano-Tera, qui réunit les deux écoles polytechniques suisses de Lausanne et Zurich ainsi que quatre universités.

Une prothèse de genou à faible consommation d’énergie

La prothèse intègre un implant polyéthylènepolyéthylène qui se situe à la jonction de l'articulation et dans lequel se trouvent plusieurs capteurs. Ceux-ci vont mesurer divers paramètres : les forces exercées et leur répartition, la température pour évaluer les frictionsfrictions, la magnétorésistancemagnétorésistance pour mesurer l'orientation tridimensionnelle de l'articulation, les impacts et les micromouvements. Un module extérieur, placé dans un bandeau autour de la jambe, incorpore le système sans fil d'alimentation et de communication avec l'implantimplant, ainsi que d'autres capteurs inertiels d'analyse cinétique. L'ensemble des données est fusionné et transmis à un ordinateurordinateur. L'avantage de cette architecture technique est qu'elle permet de réduire énormément la consommation d'énergieénergie du module interne, qui n'est que de 20 milliwatts.

Avec ce type de systèmes, les chirurgiens orthopédistes pourront immédiatement vérifier le bon alignement de la prothèse lors de la pose. Le suivi postopératoire sera également facilité, car les capteurs pourront révéler des micromouvements annonciateurs d'un descellement. « Grâce aux informations de ces prothèses, nous pourrions faire de la préventionprévention et explorer d'autres pistes de rééducation de la marche sans avoir besoin forcément de recourir à une nouvelle chirurgie », souligne Brigitte Jolles-Haeberli, en charge de l'unité de chirurgie prothétique du genou du Centre hospitalier universitaire vaudois (CHUV) et du centre interinstitutionnel de biomécanique translationnelle de l'EPFL.

Bien que les développements techniques de ce projet puissent s'appliquer à d'autres implants orthopédiques, il a été décidé de se concentrer sur le genou afin de valider le concept. Mais l'avantage est que toutes les prothèses de genou existantes possèdent un insertinsert polyéthylène. « On peut imaginer que tous ces inserts ont plus ou moins la même forme, donc le même volumevolume, et si on arrive à instrumenter cette partie-là sans toucher la partie fémorale ou tibiale, ce sera plus simple pour l'industrie de l'implémenterimplémenter », explique Kamiar Aminian, directeur du laboratoire de mesure et d'analyse des mouvementsmouvements à l'EPFL. Il précise toutefois qu'un long travail reste à faire afin de démontrer les bénéfices de cette technologie et de convaincre les médecins ainsi que les industriels. Aucune date n'est avancée concernant une mise sur le marché, et Futura-Sciences n'a pas obtenu de réponse à ce sujet.