Analyse biomécanique d'ostéotomies de Ponte et de soustraction pédiculaire pour la correction chirurgicale de déformations cyphotiques

L'hypercyphose est une déformation de la colonne vertébrale qui se manifeste à travers un dos rond et une augmentation de la courbure thoracique (cyphose thoracique > 40°) qui peut nécessiter un traitement chirurgical si la déformation est très sévère et rigide. Dans le contexte de la chirurgie d'instrumentation, les ostéotomies de la colonne vertébrale sont des techniques chirurgicales qui prévoient une résection plus ou moins extensive des éléments osseux et ligamentaires afin d'augmenter la flexibilité du rachis et de permettre la correction des déformations cyphotiques. Les ostéotomies peuvent être classifiées sur la base de la résection osseuse requise et sur leur potentiel de correction. Parmi les différents types, l'ostéotomie de Ponte (OP) prévoit l'ablation des éléments du complexe ligamentaire postérieur et une facetectomie bilatérale et permet une correction limitée, allant de 5° à 15° par niveau. Cependant, l'OP est rarement utilisée sur un niveau isolé et elle est plus souvent réalisée sur plusieurs unités fonctionnelles adjacentes. L'ostéotomie de soustraction pédiculaire (OSP) requiert l'enlèvement des éléments osseux de la colonne postérieure et des pédicules ainsi que d'un coin d'os du corps vertébral. Dépendamment de la résection osseuse réalisée et de la région du rachis ostéotomisée, on peut atteindre une correction de 25° avec une OSP thoracique et de 35° avec une OSP lombaire. Nonobstant l'efficacité de ces techniques, des études cliniques ont montré qu'en présence d'une ostéotomie, le risque de complications augmente de façon significative, incluant le bris des tiges et l'arrachement de vis. Malgré un grand nombre de publications cliniques, un nombre très limité de publications a abordé la biomécanique tridimensionnelle des ostéotomies dans le but de diminuer leur échec. Cette étude vise donc à analyser et comparer la biomécanique tridimensionnelle d'ostéotomies de Ponte et de soustraction pédiculaire pour le traitement chirurgical des déformations cyphotiques de la colonne vertébrale. En particulier, la question de recherche à la quelle ce projet de recherche veut répondre est la suivante: “Quelle stratégie avec ostéotomies de Ponte ou de soustraction pédiculaire permet de minimiser les efforts sur l'instrumentation et maximiser la stabilité (forces de compression) dans la colonne vertébrale au niveau du site d'ostéotomie?”. Dans un premier temps, un modèle biomécanique multi-corps flexible personnalisé de la colonne vertébrale et du bassin de sept cas chirurgicaux (cyphose thoracique > 70°) avec un diagnostic de

Abstract

Hyperkyphosis is a spinal deformation, which manifests itself through a round back and an increase in the thoracic curvature (thoracic kyphosis > 40°). It may need surgical treatment if the deformation is severe and rigid. In the context of instrumentation surgery, spinal osteotomies are surgical techniques that require different extents of bone and ligament removal to both increase the flexibility of the spine and allow correction of kyphotic deformities. Spinal osteotomies are classified on the basis of the resection they require and the relative correction potential. Among the different types, the Ponte osteotomy (PO) involves the ablation of the ligaments of the posterior complex and a bilateral facetectomy. It allows a limited amount of correction, ranging from 5° to 15° per level. Nevertheless, this kind of osteotomy is rarely used on a single level and it is more often applied to multiple adjacent vertebrae, thus allowing a greater correction. The pedicle subtraction osteotomy (PSO) is another type of osteotomy requiring the removal of the bony and ligamentous elements belonging to the posterior column, both pedicles and a wedge of bone from the vertebral body of the osteotomized vertebra. Depending on the resection and spinal region, the achievable correction ranges from 25° (thoracic PSO) to 35° (lumbar PSO). Despite the efficacy of these techniques, clinical studies have shown that the complication rate, including instrumentation failure and screw loosening, significantly increases when osteotomies are performed. Several clinical publications have investigated this topic, but very few have studied the 3D biomechanics of osteotomies in order to decrease their failure rate. Therefore, the objective of this study is to analyze and compare the 3D biomechanics of Ponte and pedicle subtraction osteotomies for the surgical treatment of kyphotic deformities. This project aims to answer to the following research question: “Which surgical strategy with Ponte or pedicle subtraction osteotomies allows minimizing the efforts in the instrumentation and increasing the stability (vertebral compressive force) at the osteotomy site after surgical correction of kyphotic deformities?”. Initially, a flexible multi-body model of the vertebral column and the pelvis, personalized from the data of seven hyperkyphotic cases (thoracic kyphosis > 70°) diagnosed with Scheuermann's disease or post-laminectomy kyphosis, was developed. Subsequently, the Ponte and pedicle subtraction osteotomies were modeled based on their double function: mechanical (reduction of