Imagerie des prothèses du genou
E. Molina , J. Vanheeghe, A. Defasque, MP. Baron, C. Cyteval
Service d’imagerie médicale
Hôpital Lapeyronie
CHU Montpellier
INTRODUCTION
• Pour analyser correctement une prothèse de genou le radiologue
doit être capable :
1. De reconnaître les différents types de prothèses
2. De connaître les critères d’une implantation correcte
3. De connaître les différents type de complications qui peuvent
émailler l’évolution de la prothèse et d’utiliser les outils
adaptés pour les détecter.
• Nous envisagerons donc successivement ces trois chapitres,
illustrés à partir des dossiers collectés dans notre unité chez les
patients adressés pour suivi de routine ou suspicion de
complication après pose de prothèse de genou (PG)
Savoir reconnaître le type de prothèse
• On distingue tout d’abord :
– les prothèses à charnières ( dites « prothèses contraintes ») utilisées dans moins de 5% des cas. Elles réunissent le fémur au tibia par un axe mobile horizontal autorisant les mouvements en flexion-extension. Certaines présentent également une composante rotatoire grâce à un axe vertical.
– les prothèses plus récentes à Glissement (dites « non-contraintes »ou « semi-contraintes ») qui visent à reproduire les différents mouvements physiologiques du genou ( flexion-extension, varus-valgus, rotation).
Prothèse à charnière
Prothèse à charnière :
Axe horizontal :
Flexion-extension
Axe vertical :
Rotation interne-externe
Modèle avec
axe vertical
permettant les
mouvements
en rotation
interne-
externe
Prothèse à charnière
Reconstructions TDM frontale et sagittale
Prothèse à glissement
Savoir reconnaître le type de prothèse
• Prothèse à glissement :
Au sein des prothèses à glissement, en fonction du
nombre de compartiments remplacés on distingue :
– Les prothèses UNICOMPARTIMENTAIRES (PUC)
– Les prothèses BICOMPARTIMENTAIRES
– Les prothèses TRICOMPARTIMENTAIRES ou Prothèses
Totales de Genou (PTG)
Savoir reconnaître le type de prothèse
• Prothèses unicompartimentaires :
Un seul compartiment est remplacé . Elles nécessitent l’intégrité du LCA. En fonction du compartiment remplacé on distingue:
– Les prothèses fémoro-tibiales médiale ou latérale:
• Condyle prothétique métallique unilatéral remplaçant les surfaces inférieur et postérieur du condyle natif
• Embase tibiale métallique unilatérale
• Tampon de polyéthylène fixé (prothèse à plateau fixe) ou non (prothèse à ménisque mobile = réservé au compartiment médial) sur l’embase tibiale.
– Les prothèses fémoro-patellaires :
• Trochlée prothétique métallique
• Pièce rotulienne en polyéthylène
Prothèse unicompartimentaire (PUC)
Savoir reconnaître le type de prothèse
• Prothèses tricompartimentaires (PTG) :– Pièce prothétique fémorale métallique : 2 condyles + trochlée
– Embase tibiale métallique
– Tampon de polyéthylène fixé à l’embase tibiale (plateau fixe)
ou mobile (plateau mobile).
– Bouclier patellaire
Bouclier fémoral
Embase tibiale
Tampon polyéthylène
Bouclier patellaire
Savoir reconnaître le type de prothèse
Au sein des prothèses à glissement on distingue :
- celles à plateau fixe ou le tampon de polyethylène
est solidaire de l’embase métallique tibiale
- et celles à plateau mobile ou le tampon de polyéthylène est mobile
Prothèse HLS rotatoire
Savoir reconnaître le type de prothèse
– Prothèse à plateau fixe :
on distingue les prothèses où le ligament croisé postérieur est conservé et celles ou il ne l’est pas, ces dernières nécessitent un mécanisme stabilisateur empêchant le recul du tibia sous le fémur
en flexion . Plusieurs mécanismes permettent de substituer la
fonction du LCP ( prothèses dites « postéro-stabilisées ») :
• 3 eme condyle ultra congruant
• Came tibiale et butée fémorale
• Plateaux tibiaux relevés
3ème condyle
Savoir reconnaître le type de prothèse
• Prothèses
bicompartimentaires :
Même principe que la PTG mais la
rotule native est laissée en place :
– Pièce prothétique fémorale
métallique : 2 condyles +
trochlée
– Embase tibiale métallique
Critères d’implantation correcte
Impératifs techniques :
Concernant les prothèses unicompartimentaires, l’objectif post
opératoire est de ne pas sur-corriger le défaut qui existait avant
l’intervention : en cas de gonarthrose médiale sur genu varum on ne
doit pas passer en genu valgum ce qui déchargerait le compartiment
prothésé et entraînerait une usure prématurée du compartiment
latéral.
•PUC
Critères d’implantation correcte
• Impératifs techniques:
L’objectif après arthroplastie totale est d’obtenir un genou normo-axé dans les trois plans de l’espace et un équilibre ligamentaire en flexion et extension
– Plan frontal : Goniométrie en charge • L’axe mécanique du genou ( angle axe mécanique fémur/
axe mécanique tibia ) en charge doit être compris entre 3°de varus et 3° de valgus .
• L’angle formé entre l’axe anatomique du fémur et l’axe anatomique du tibia doit être compris entre 4 et 10 ° de valgus.
•PTG
Critères d’implantation correcte d’une PTG
Axe mécanique du genou :
3°varus-3°valgus
Angle axes anatomiques fémur-tibia :
4-10° valgus
4-10°
Axe mécanique
fémoral
Axe anatomique
fémoral
Axe tibial
Axe mécanique
du membre inf.
Critères d’implantation correcte d’une PTG
Axe mécanique
du membre inf.
Axe anatomique
fémoral
Axe tibial
Axe mécanique
fémoral
Critères d’implantation correcte d’une PTG
Plan frontal
- L’interligne articulaire doit être
horizontal :
⇒ La tangente aux condyles est
perpendiculaire à l’axe
mécanique du fémur
=> La tangente au plateau tibial est
perpendiculaire à l’axe
mécanique du tibia
Axe mécanique fémoral
Axe mécanique tibial
Axe bicondylien
Axe plateau tibial
Positionnement angulaire des implants
Le compte rendu radiologique doit mentionner la position des pièces prothétiques de façon précise par des mesures angulaires reproductibles:
De face :
les angles sont mesuré sur le secteur
médial
•Angle α : ligne bicondylienne-axe antomique
fémoral
•Angle β : ligne embase – axe anatomique
tibial
α
β
Critères d’implantation correcte d’une PTG
Critères d’implantation correcte d’une PTG
Plan sagittal :
Fémur :
• Encombrement prothétique antéro-
postérieur symétrique / au côté controlatéral
• Absence d’encoche corticale antérieure
(Notch)
•Coupe fémorale inférieure perpendiculaire à
l’axe anatomique du fémur
Tibia :
• En fonction des prothèses la pente
postérieure variant entre 0 °( embase
perpendiculaire à l’axe anatomique du tibia)
et 7°.
Pas de Notch
Pente
postérieure 0°
7°
Axe anatomique femoral
Axe anatomique tibial
Positionnement angulaire des implants
De Profil : les angles sont
mesurés au niveau du secteur
postérieur
•Angle γ : ligne perpendiculaire au
plan de coupe fémoral – axe
fémoral ( positif en flexion ; négatif
en récurvatum)
•Angle δ : embase tibiale – axe
anatomique tibial
δ
γ
Critères d’implantation correcte d’une PTG
Critères d’implantation correcte d’une PTG
Plan axial : Le positionnement de la prothèse
dans le plan axial est déterminant pour le bon
fonctionnement de l’articulation fémoro-
patellaire.
•Pièce fémorale : Son évaluation relève du
scanner par la mesure de l’angle entre la ligne
biépicondylienne et la ligne bicondylienne
postérieure. Une rotation externe de la ligne
biépicondylienne de 3 à 6 ° / au plan
bicondylien est classiquement jugée normale.
•Pièce tibiale : sa position dans le plan axial
peut être évaluée par l’angle formée par deux
droites se croisant au centre de l’embase
tibiale, l’une passant par le milieu du bord
antérieur de l’embase, la seconde passant par la
tubérosité tibiale antérieure
Critères d’implantation correcte d’une PTG
Positionnement de la patella :
•Sagittal : hauteur de la patella
•Axial : centrage du médaillon
patellaire / trochlée prothétique
PROTOCOLE DE SURVEILLANCE
D’UNE PROTHESE DU GENOU
• Bilan radiographique initial post opératoire précoce : Face, profil ,
incidence fémoro patellaire
• Bilan radiographique de suivi à 1,5 mois ; 3 mois ; 6 mois ; 1 an puis
tous les deux ans : Face et Profil en charge + incidences fémoro-
patellaires 30 et 60 °. Au cours de la première année une goniométrie
en charge fournit un bilan de référence pour le suivi ultérieur.
• En cas de point d’appel clinique ou de suspicion de complication :
Bilan radiographique standard +/- clichés dynamiques +/- TDM +/-
Echographie.
COMPLICATIONS
• Descellement aseptique
• Infection
• Malposition des pièces
• Instabilité et luxations fémoro-tibiale
• Usure du polyéthylène et ostéolyse
• Fractures périprothétiques
• Ossifications hétérotopiques
• Complications de l’appareil extenseur – Instabilité patellaire
– Syndrome d’accrochage synovial
– Interruption de l’appareil extenseur : avulsion TTA, rupture des tendons quadricipital et patellaire, fracture patellaire
• Tendinopathies
DESCELLEMENT ASEPTIQUE
• Les signes radiographiques qui font suspecter un descellement sont :
– Liseré clair périprothétique : Il n’existe normalement aucun liseré à l’interface os-métal et seul un fin liseré < 2mm peut être toléré àl’interface ciment-os s’il reste stable. La topographie et l’épaisseur des liserés doivent être répertoriées sur un schéma selon la classification d’Ewald (cf ci-contre) afin d’obtenir un suivi évolutif optimal.
– Déplacement d’un implant prothétique / au squelette porteur : La position angulaire des pièces prothétiques par rapport aux axes osseux (cf positionnement angulaire) doit être mesurée afin de détecter de façon objective la migration de l’implant.
– Fracture de ciment
12
34
56
7
1 2 3 4
5
6
7
1 2
3
face
face
profil
DESCELLEMENT ASEPTIQUE
Liseré clairs à l’interface ciment-os, épais (>2mm) et évolutifs, en
zones 3,4,6 et 7 de la pièce tibiale en rapport avec un descellement
sur prothèse de reprise.
DESCELLEMENT ASEPTIQUE
RadiographiesTDM
Descellement de
l’embase tibiale d’une
prothèse
unicompartimentaire :
Meilleure détection du
liseré à l’interface
métal-os de l’embase
tibiale sur les
reconstructions TDM.
COMPLICATIONS INFECTIEUSES
• Complication redoutable heureusement rare ( incidence : 1 à 2 %). C’est cependant la première cause parmi les complications précoces des PTG.
• On différencie les infections aiguës, survenant dans les trois mois suivant la pose de prothèse et qui se manifestent comme une arthrite septique, des infections tardives qui peuvent évoluer à bas bruit et être de diagnostic difficile.
• Les signes radiologiques sont inconstants et aspécifiques, on recherchera :
– Des signes de descellement ( liseré clair, ostéolyse) rapidement progressifs
– Des réactions périostées en réponse au processus infectieux ostéomyélitique
– Des bulles d’air au sein des parties molles ou d’une collection, en rapport avec la production gazeuse bactérienne.
• En cas de suspicion d’infection et d’épanchement articulaire ou de collection des parties molles, une ponction sous contrôle de l’imagerie ( TDM, écho) peut apporter le diagnostic.
• La scintigraphie aux leucocytes marqués est plus spécifique que la scintigraphie standard pour le diagnostic de descellement septique versus aseptique
COMPLICATIONS INFECTIEUSES
•Descellement septique
Radiographie de face et
coupes TDM montrant
le liseré à l’interface
ciment-os de l’embase
tibiale, des appositions
périostées et un
épanchement intra-
articulaire.
appositions
appositions
liseré
épanchement
MALPOSITION DES PIECES
• Les clichés radiographiques standards ( Face, Profil, incidences axiales) et
la goniométrie en charge permettent l’évaluation du positionnement
angulaire des différentes pièces prothétiques par rapport aux axes
anatomiques et mécaniques et de détecter les anomalies de position dans
les plan frontal et sagittal.
• Le scanner permet l’évaluation des anomalies de rotation fémorale dans le
plan axial ( tracé ligne biépicondylienne / ligne bicondylienne ) qui
peuvent être à l’origine de douleurs ou d’instabilité fémoro-patellaire.
MALPOSITION DES PIECES
Malposition patellaire
Malposition de la pièce tibiale
Aspects radiographique et TDM d’une malposition
de l’implant tibial / axe anatomique du tibia
Patella en position basse en butée
contre l’embase tibiale. Flexion du
genou très limitée.
INSTABILITE ET LUXATION FEMORO-TIBIALE
• Le succès fonctionnel des prothèse à glissement nécessite la conjonction d’un
positionnement angulaire correct des pièces et d’un bon équilibre capsulo-
ligamentaire. En effet les déformations préexistantes à la pose de prothèse
(genu-varum , genu-valgum) induisent un déséquilibre ligamentaire qui doit
être corrigé lors de la pose de l’arthroplastie.
• Dans le cas particulier des prothèses postéro-stabilisées, disposant d’un
mécanisme stabilisateur palliant la résection du LCP, l’instabilité peut se
manifester par la luxation postérieure du tibia derrière l’implant fémoral. Cet
accident survient généralement chez les patients ayant bénéficié d’une
excellente mobilité précoce après la pose de prothèse. L’immobilisation après
réduction en constitue le traitement de première intention. En cas de récidive la
réintervention pour un matériel plus contraint peut être nécessaire.
INSTABILITE ET LUXATION FEMORO-TIBIALE
Reconstruction TDM coronale :
Luxation complète fémoro-
tibiale d’une prothèse totale de
genou.
FRACTURES PERIPROTHETIQUES FEMORALES ET TIBIALES
• On distingue les fractures per-opératoires, survenant sur un os fragile,
traitées dans le même temps opératoire que l’implantation prothétique,
et les fractures survenant à distance au cours d’un traumatisme
d’importance variable sur un os fragilisé par les implants (perte
osseuse, ostéolyse péri-prothétique sur granulome particulaire…etc).
Le traitement des fractures survenant après prothèse du genou dépend
de 3 paramètres :
1. Le siège de la fracture :
• Fracture en zone extra-prothétique
• Fracture en zone intra-prothétique
• Fracture au niveau de la quille prothétique
2. La stabilité de la prothèse
3. Le degré de déplacement
FRACTURES PERIPROTHETIQUES FEMORALES ET TIBIALES
Fracture extra-prothétique: Prothèse toujours stable =>
traitement classique de la
fracture par ostéosynthèse
indépendamment de la
prothèse.
Fracture intra-prothétique:Prothèse toujours descellée =>
traitement par changement de
prothèse.
Fracture autour de la quille :Le traitement dépend de la
stabilité de la prothèse.
FRACTURES PERIPROTHETIQUES FEMORALES ET TIBIALES
Fracture en zone intra-
prothétique entraînant un
récurvatum de l’implant
fémoral
COMPLICATIONS LIEES AU POLYETHYLENE
• Usure : les sollicitations mécaniques engendrent une usure du polyéthylène
qui peuvent s’apprécier directement en mesurant sa hauteur sur les clichés
successifs
• Ostéolyse : la libération de particules d’usure engendre une réaction
inflammatoire à corps étranger avec création d’un granulome de résorption
périarticulaire à l’origine d’une lyse osseuse pouvant aboutir à des pertes
osseuses importantes et au descellement.
• Dissociation du tampon de polyéthylène de son support patellaire ou de
l’embase tibiale
• Rupture ou fragmentation du polyéthylène
COMPLICATIONS LIEES AU POLYETHYLENE
• Dissociation polyéthylène / embase tibiale
Prothèse à plateau fixe
Coupe axiale dans Le
plan du polyéthylène.
La ligne matérialise la
tangente au bord
postérieur du
polyéthylène
Coupe axiale sous
jacente dans le plan
de l’embase tibiale.
L’orientation du
plateau confirme la
désolidarisation des
deux éléments.
Même patient, coupe para sagittale:
découverture postérieure de
l’embase tibiale
COMPLICATIONS LIEES AU POLYETHYLENE
•Usure du polyéthylène
Reconstruction TDM frontale : Nette
diminution de hauteur du tampon de
polyéthylène sur le versant médial
d’une prothèse de reprise.
Tampon de polyéthylène (autre
patient) montrant une usure des
deux compartiments
COMPLICATIONS LIEES AU POLYETHYLENE
•Ostéolyse
Radio de faceCoupe TDM axiale
Reconstruction TDM coronale
Usure majeure du
polyéthylène avec
importante ostéolyse
périprothétique fémorale
et tibiale et fracture.
COMPLICATIONS LIEES AU POLYETHYLENE
•Ostéolyse
Reconstruction TDM sagittale
Coupe TDM Axiale Coupe échographique axiale
Aspects TDM et échographique d’une ostéolyse au pourtour de la quille
tibiale avec effraction corticale et collection des parties molles.
OSSIFICATIONS HETEROTOPIQUES
Radiographie de profil et reconstruction TDM sagittale
correspondante : Ossification hétérotopique pré tibiale.
Leur topographie est
variable (tendineuse,
ligamentaire,
musculaire, osseuse)
tout comme leur
caractère pathologique.
Elle peuvent dans
certains cas aboutir à
un enraidissement ou
accompagner un
processus pathologique
propre (infection,
descellement …)
COMPLICATIONS DE L’APPAREIL EXTENSEUR
• Instabilité patellaire
• Synoviopathies et syndrome d’accrochage synovial
• Interruption de l’appareil extenseur : avulsion TTA,
rupture des tendons quadricipital et patellaire, fracture
patellaire
COMPLICATIONS DE L’APPAREIL EXTENSEUR
Instabilité rotulienne :
Elles se manifestent par :
• Douleurs : liées au conflit entre le bord latéral de la
patella et la trochlée prothétique
•Subluxations : sensation de ressaut à la flexion du genou
•Luxations permanentes ou réductibles
Facteurs favorisants :
• Morphologie des implants (médaillon rotulien et
trochlée) : à la recherche d’un compromis entre stabilité
et contrainte.
•Position des composants fémoral et tibial dans le plan
axial, évaluée par TDM : Une rotation interne excessive
prédisposant aux complications rotuliennes.
•Malposition du genou en valgus
•Tension excessive du retinacula patellaire externe
COMPLICATIONS DE L’APPAREIL EXTENSEUR
Instabilité rotulienne
Cliché axial de rotule :
Bascule externe rotulienne
Dont le centrage reste normal
Coupe TDM axiale :
Luxation rotulienne complète
COMPLICATIONS DE L’APPAREIL EXTENSEUR
Interruption de l’appareil extenseur :
Fractures patellaires
Il peut s’agir de fractures traumatiques ou de fatigue.
Plusieurs facteurs prédisposent à leur survenue:
• Ostéonécrose patellaire : soit par atteinte des vaisseaux nourriciers
extra-osseux lors de l’abord chirurgical, soit par lésions vasculaires
intra-osseuse lors de l’implantation
•Surdimension des pièces prothétiques fémoro-patellaires
•Amincissement excessif de la patella résiduelle en fin d’implantation
•Mauvais alignements induisant des contraintes excessives
Elles sont classées en trois types :
•Type 1 : implant stable + appareil extenseur continu
•Type 2 : Interruption de l’appareil extenseur + implant stable (type 2a)
ou descellé (type 2b)
•Type 3 : Appareil extenseur continu + implant descellé
type 3a : stock osseux de bonne qualité
type 3b : stock osseux de mauvaise qualité
COMPLICATIONS DE L’APPAREIL EXTENSEUR
Interruption de l’appareil extenseur :
Fractures patellaires
TDM reconstruction sagittale
Fracture transversale de la patella
passant par le plot d’ancrage : type
2b.
COMPLICATIONS DE L’APPAREIL EXTENSEUR
Interruption de l’appareil extenseur :
•Avulsion de la tubérosité tibiale antérieure
Complication opératoire survenant lors de l’exposition du plateau tibial et le
retournement de l’appareil extenseur chez les patients présentant un tendon
patellaire trop court ou des antécédents chirurgicaux (type ostéotomie) fragilisants.
•Rupture du tendon quadricipital ou du tendon patellaire
D’origine traumatique ou favorisée par des phénomènes de
dévascularisation post opératoires . L’examen clinique (instabilité, déficit
d’extension active) et l’échographie permettent de les suspecter.
COMPLICATIONS DE L’APPAREIL EXTENSEUR
Rupture du tendon quadricipital gauche :Echographie coupes longitudinales comparatives
A droite : respect de l’aspect fibrillaire du tendon
A Gauche : désorganisation complète de la trame
fibrillaire du tendon quadricipital (flèches blanches)
droit Gauche
P
Tendon Q Tendon Q
COMPLICATIONS DE L’APPAREIL EXTENSEUR
Synoviopathies et accrochage synovial
•Synoviopathies : L’épaississement fibreux de la membrane synoviale et
de la capsule articulaire appelé arthrofibrose peut être à l’origine de
douleurs post-opératoires ou d’un enraidissement avec limitations
invalidantes. Son diagnostic peut être suspecté à l’échographie devant un
épaississement synovial > 3mm associé à une hypervascularisation
doppler de la membrane synoviale et de la graisse de Hoffa. Son
traitement relève de la rééducation voire de l’arthrolyse.
•Syndrome d’accrochage synovial ou Clunk syndrome : Incarcération
d’un nodule fibreux sus trochléen dans l’échancrure inter-condylienne
d’une prothèse postéro-stabilisée. Il s’en suit un blocage du genou en
flexion , cédant brutalement lorsque le nodule se désincarcère de
l’échancrure, produisant alors un ressaut à l’extension du genou.
COMPLICATIONS DE L’APPAREIL EXTENSEUR
Synoviopathies
Arthrofibrose : coupes
échographiques à hauteur du
récéssus supra patellaire. Net
épaississement de la membrane
synoviale (flèches) et hyperhémie
doppler puissance intéressant
également la graisse de Hoffa.
TENDINOPATHIES
Les tendinopathies patellaires et quadricipitales sont les
plus fréquentes. Des tendino-bursopathies de la patte d’oie
et du tendon réfléchi du demi-membraneux peuvent
également être observées, parfois en rapport avec un
conflit sur débord médial prothétique.
Coupes échographiques sagitalles du tendon patellaire : tendinopathiue se traduisant par un
épaississement du tendon d’échostructure hétérogène associé à une hyperhémie en doppler puissance.
CONCLUSION
Le trépied « Radiographie-Tomodensitométrie-
Echographie » fournit une analyse globale des prothèses
du genou à la fois morphologique, biométrique et
dynamique permettant la détection des complications et
l’identification de certains facteurs prédisposant ainsi
qu’une analyse performante des parties molles péri
articulaires.
BIBLIOGRAPHIE
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