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Equipements de production & Techniques de fabrication > Métrologie et contrôle

Les technologies de mesure utilisées pour les prothèses orthopédiques

Publié le 13 octobre 2017 par Patrick RENARD
Source : Mitutoyo

Avec l’essor de la production de prothèses, les besoins d’un contrôle efficient des pièces vont crescendo et de pair avec la hausse des exigences en matière de qualité. Spécialiste de la métrologie dimensionnelle, Mitutoyo rappelle ici quelles sont les différentes mesures à effectuer et les technologies associées.

Il existe de multiples types de prothèses orthopédiques, qu'il s'agisse des implants de hanche, de genou, d'épaule, de tibia, du rachis ou des implants dentaires. Si leurs formes et les matières qui les composent peuvent être très variées, ils ont un point commun : la précision de fabrication.

En effet, l’implantation dans le corps humain est une opération lourde et qui ne laisse pas la place à l’imprécision, source de dysfonctionnement, de douleur et d'usure prématurée.

Tout au long du procédé de fabrication, les caractéristiques de matière et de dimensions doivent donc être maîtrisées de façon très précise pour assurer la production d’un produit fini exempt de défaut et traçable. Et comme les prothèses sont produites en série, il est indispensable de doter les ateliers de production d’équipements de mesure pour pouvoir vérifier l’ensemble des caractéristiques physiques sur 100 % des pièces produites.

La première des caractéristiques physiques à mesurer concerne les dimensions, qui doivent être contrôlées avec un maximum de précision.

Machines de mesure tridimensionnelle

L’outil de mesure dimensionnel le plus universel est la machine de mesure tridimensionnelle (MMT) qui permet de mesurer des formes 3D simples et complexes avec une précision de l’ordre du micromètre. Ce niveau de performance est requis pour la mesure des têtes et manchons afin d'assurer la précision d’ajustement garantissant le fonctionnement des prothèses articulaires. Il en est de même pour la mesure des pièces de formes non géométriques telles que les tiges d’implants.

On distingue deux grandes familles de technologies : la mesure par contact (palpeur à bille) ou sans contact (laser, vidéo, interférométrique…). Le mode de mesure dans ces deux cas peut être réalisé en point à point ou en scanning continu. Les données de mesure ainsi collectées sont traitées par des algorithmes pour calculer des formes géométriques caractérisées par un nominal et des tolérances, ou alors un nuage de points qui peut être comparé à un nuage théorique. Les différences peuvent s’afficher sous forme de graphique qui indique, d’une manière visuelle, les écarts entre la pièce fabriquée et le modèle.

Mesure dimensionnelle par analyse d’image

Les équipements de mesure par analyse d’image utilisent principalement un capteur vidéo couplé à des optiques de grossissements multiples et à des éclairages associés. Ils permettent ainsi de mesurer des éléments difficilement palpables. Cette technologie est notamment employée pour le contrôle des butées, des fixations et des cages de vis qui constituent des éléments critiques en termes d’usure des implants.

Les équipements de mesure par analyse d’image sont destinés, entre autre chose, à l’acquisition de données topographiques. Ces données servent par exemple à la numérisation 3D de la surface de cages intersomatiques, dans la perspective du placement d’une vis.

Mesure d’états de surface : capitale pour la fonctionnalité mécanique

L’état de surface est un élément de cotation d’une pièce indiquant la fonction, la rugosité, la géométrie et l’aspect des surfaces usinées. C'est une caractéristique prépondérante pour la qualité des liaisons entre deux éléments mécaniques en mouvement relatif. Par exemple la durée de vie des prothèses de hanche est fortement liée aux caractéristiques des surfaces qui composent l’articulation.

La rugosité concerne les défauts micro géométriques de la surface. Sa mesure fait appel à un rugosimètre, qui met en œuvre un détecteur équipé d’une pointe diamant avec un rayon de quelques microns (généralement 2 μm). La mesure surfacique est généralement réalisée à l’aide de technologies sans contact de type interférométrique ou confocale.

Mesure de dureté pour la caractérisation des matériaux

La surface d’appui est un facteur déterminant en ce qui concerne la durée de vie des prothèses articulaires. Les testeurs de dureté contrôlent la résistance des différents éléments. Combinée à la mesure d’état de surface, la mesure de dureté permet de caractériser l’abrasion de contact.

Réalisée selon des normes internationales, elle est mise en œuvre par la pénétration d’un indenteur de forme définie sous une charge et selon un cycle précis. La dimension de l’empreinte ainsi laissée permet de déterminer la valeur de dureté.

Cet article est extrait du dernier "PocketBook" publié par Orthomaterials sous le titre "Matériaux et procédés pour l'orthopédie" : un ouvrage qui regroupe les contributions techniques d'une quarantaine d'industriels.


www.mitutoyo.fr

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