Évaluation biomécanique du corset de providence pour le traitement conservateur de la scoliose

La scoliose idiopathique adolescente (SIA) est une déformation tridimensionnelle de la colonne vertébrale et de la cage thoracique. Elle touche 2-3 % de la population adolescente, dont 10% nécessiteront un traitement. Les patients avec une courbe entre 20-45° reçoivent un traitement conservateur par corset. Les forces correctrices agissant sur le rachis dépendent du design et de l'ajustement du corset, ainsi que de la posture et des sollicitations musculaires du patient. Les orthèses thoraco-lombo-sacrés (TLSOs) sont utilisés pour les courbes modérées avec un apex inférieur à la 8ème vertèbre thoracique (T8). Comme le corset est habituellement porté 23 heures par jour, son mécanisme d'action n'apparaît pas optimal. Des corsets "de nuit" existent, et ils visent à améliorer l'adhérence du patient et à introduire une correction active de nuit, et une plus grande latitude le jour, permettant au patient de participer aux activités sportives. Les corsets de nuit ont moins d'effets négatifs sur le fonctionnement psycho-social, le sommeil, le mal au dos, et l'image du corps. Le corset de nuit de Providence a été introduit en 1992. Des forces latérales et rotationnelles directes sont appliquées au sommet des courbes à travers un système de 3 points d'appui. Après la prise de mesures, le corset est fabriqué en utilisant une technique de conception/fabrication assistée par ordinateur (CFAO). Souvent, une surcorrection est observée sur les radiographies en position couchée dans le corset. Les premiers résultats de l'application du corset de Providence ont été présentés en 2001. Les concepteurs du corset rapportent une correction moyenne de 90% pour les courbes doubles, et encore une meilleure correction pour les courbes simples. Le taux de réussite global est de 50% à 75%. La position couchée est également connue pour réduire les courbes scoliotiques, en particulier lors de chirurgies d'instrumentation. De nouvelles approches de simulation de corset basées sur des modèles numériques par éléments finis permettent dorénavant de tester de façon virtuelle et d'optimiser l'effet des corsets pour des patients donnés avant leur fabrication. Les corsets TLSOs sont maintenant simulés avec une représentation réaliste de l'interface de contact entre le tronc et le corset du patient. Malgré le fait que le corset de Providence est disponible depuis plus de 20 ans, la biomécanique de ce traitement ainsi que l'effet des paramètres de conception de corset et de la position couchée ne sont toujours pas bien décrites. Le modèle CFAO est choisi parmi une banque de données de corset sur la base de l'inventaire de moule, puis soumis à une dérotation de la section thoracique. Cependant, l'impact de la conception et des ajustements du corset sur les résultats ne sont pas bien compris, car aucune méthode d'évaluation n'est utilisée avant la fabrication.L'objectif de ce projet était donc de modéliser la biomécanique et d'évaluer le corset de nuit de Providence pour le traitement de la scoliose idiopathique de l'adolescent afin de mieux comprendre son mode d'action.

Abstract

Adolescent idiopathic scoliosis (AIS) is a three-dimensional deformation of the spine and rib cage. It affects 2-3% of the adolescent population, of which 10% will require treatment. Patients with a curve between 20-45° usually receive a conservative treatment by brace. Corrective forces acting on the spine depend on the design and adjustment of the brace, as well as the posture and muscular activity of the patient. Thoracolumbosacral orthoses (TLSOs) are commonly used for moderate curves with an apex inferior to the 8th thoracic vertebra (T8). As the brace is usually worn 23 hours a day, its mechanism of action seems not optimal. “Nighttime” braces exist, and they are designed to improve patient adherence and to introduce an active correction by allowing the patient to participate in sports activities. Nighttime braces have less negative impact on the psycho-social functioning, sleep, back pain and body image. Providence nighttime brace was introduced in 1992. Direct lateral and rotational forces are applied on the summits of curves through a 3-point pressure system with bolsters. After taking measurements, the brace is manufactured using computer-aided design and manufacturing (CAD/CAM) technique. An overcorrection is often observed on supine in-brace radiographs. The first results of the application of Providence brace were presented in 2001. Its designers claim an average in-brace correction of 90% for double curves, and a better correction for simple curves. Overall success rate is 50% to 75%. The prone position is also known to reduce the scoliotic curves, especially during instrumentation surgeries. New brace simulation approaches based on numerical finite element models (FEM) are now used to test virtually and optimize the effect of braces on given patients before their manufacturing. TLSOs are now simulated with a realistic representation of the contact interface between the trunk and the patient's brace. Despite the fact that the Providence brace has been available for more than 20 years, the biomechanics of this treatment and the effect of the brace design parameters and supine position are still not well described. The CAD/CAM model is selected from a brace database based on mold inventory, then subjected to derotation of the thoracic section. However, the impact of brace design and adjustments on outcomes are not well understood, as no assessment method is used prior to brace fabrication. Hence the objective of this project was to model and evaluate the biomechanics of nighttime Providence brace for the treatment of idiopathic adolescent scoliosis to better understand its mode of action. The hypotheses we addressed were that the biomechanical simulation tool allows to realistically simulate the application of the nighttime brace for the treatment of scoliosis, and that the supine position has an important role in the correction mechanism.