Développement d'une méthode de conception des corsets pour améliorer le confort et l'efficacité du traitement de la scoliose idiopathique

La scoliose idiopathique de l'adolescent (SIA) est une déformation tridimensionnelle (3D) qui affecte l'anatomie et la biomécanique de la colonne vertébrale, de la cage thoracique et du bassin. Environ 3 à 4% de la population, principalement des filles, en ait atteint lors de la poussée de croissance à l'adolescence. Dans le cas d'une progression de la déformation, une prise en charge de la maladie sera nécessaire. Pour les déformations modérées (angle de Cobb entre 20° et 45˚), un traitement préventif par corset est généralement prescrit pour stopper la progression des courbures scoliotiques, et éviter la chirurgie. Bien qu'il existe plusieurs types de corset, celui le plus utilisé en Amérique de Nord est une orthèse thoraco-lombo-sacrale (TLSO) de type Boston. Ces corsets doivent être portés 23 heures par jour durant toute la durée de la croissance. La participation et la tolérance du patient au traitement constitue un problème ayant un impact sur l'efficacité du traitement. En effet, le résultat à long terme du traitement dépend non seulement de la correction immédiate de la déformation scoliotique, mais aussi du temps de port de l'orthèse. Les facteurs considérés comme ayant le plus d'influence sur la participation au traitement sont le manque d'esthétisme et l'inconfort du traitement. Les éléments d'inconfort les plus souvent nommés sont de la douleur causée par de trop grandes pressions appliquées, de l'humidité et une restriction de mobilité du segment du tronc. Dans le cadre de travaux précédemment réalisés par le groupe du CHU Sainte-Justine et de l'École Polytechnique, une plateforme de conception de corset assistée par ordinateur a été créée. Cette plateforme combine l'utilisation d'un logiciel de design de corset (CFAO) et d'un outil de simulation permettant de simuler l'installation d'un corset sur un modèle éléments finis (MEF) personnalisé du tronc d'un patient. L'outil de simulation permet de tester itérativement plusieurs designs de corset et de sélectionner le design permettant d'atteindre une meilleure correction du rachis. En reliant le logiciel de design à une fraiseuse numérique, il est possible de fabriquer le corset sélectionné et de le tester cliniquement. La faisabilité de cette méthode a été validée cliniquement sur une cohorte de 6 patients SIA. Les résultats obtenus ont montré que la simulation prédisait des résultats réalistes et que l'efficacité des corsets conçus par cette plate-forme était comparable à l'efficacité des corsets de Boston standard. Toutefois, cet outil ne considérait pas les éléments de confort qui peuvent influencer la participation du patient et l'effet à long terme du traitement.

Abstract

Adolescent idiopathic scoliosis (AIS) is a three-dimensional (3D) deformation that affects the anatomy and the biomechanic of the spine, rib cage and pelvis. Approximately 3-4% of the population, mainly girls, will be affected by this pathology. In the case of the progression of the curves, a treatment prescription will be necessary. For moderate cases (Cobb angle between 20˚ and 45˚), a preventive brace treatment is generally prescribed to stop the progression and avoid surgery. Although there are several types of brace, the most widely used in North America is a Boston-type thoraco-lumbo-sacral orthosis (TLSO). This brace has to be worn 23 hours per day during the patient growth. Patient's participation and tolerance to the treatment remains a recurrent issue influencing brace treatment efficacy. The long-term treatment outcome depends not only on the immediate brace's spinal correction but also on the brace wear time. Main factors having an influence on patients' compliance to treatment are the treatment's lack of aesthetics and the discomfort felt during the brace wear. The main discomfort parameters are the pressure applied which can be too strong and cause pain, humidity and a lack of mobility of the trunk segment. In previous work by research teams at both CHU Ste-Justine and Ecole Polytechnique de Montreal, a computer assisted brace design platform was created. The platform combines the use of a brace design software (CFAO) and a simulation tool which can simulate the brace installation using a finite element model (FEM) of the patient's torso. This simulation tool can be used to test several iterative brace design and to select the design that allows the best spine correction. By linking the brace design software to a 3D carver, it is possible to fabricate the brace and to test the clinical installation. The feasibility of this method has been clinically validated on a cohort of 6 SIA patients. The outcomes showed that the simulation results were reliable and that the effectiveness of the braces designed by this platform was equivalent to the effectiveness of the standard Boston-type brace. However, the simulation tool does not consider comfort parameters that can influence patients' participation and the long-term treatment effectiveness. The objective of this study was to design and experimentally validate on a SIA patient cohort a more comfortable and biomechanically efficient orthopaedic brace by integrating comfort