Biomécanique des configurations d'instrumentation chirurgicale de la scoliose idiopathique de l'adolescence

La scoliose idiopathique de l'adolescence est une pathologie complexe et évolutive du système musculo-squelettique causant une déformation tridimensionnelle (3D) de la colonne vertébrale. Dans le cas de déformations sévères, une intervention chirurgicale est préconisée. Elle consiste habituellement en l'insertion d'implants (généralement des vis pédiculaires) sur la partie postérieure des vertèbres permettant ensuite de réaliser une succession de manoeuvres chirurgicales pour corriger les déformations scoliotiques 3D. Des tiges métalliques sont insérées dans les implants afin de guider et maintenir l'alignement corrigé des vertèbres. Cette instrumentation rigide vise à promouvoir la fusion osseuse des segments vertébraux instrumentés, empêchant l'évolution subséquente des courbures scoliotiques. La multiplication des systèmes d'instrumentation et le développement de nouvelles manoeuvres de correction offrent aux chirurgiens un large choix de stratégies d'instrumentation. Il existe aujourd'hui une variabilité importante dans la pratique clinique quant au choix de la densité d'implants (nombre moyen d'implants par vertèbre), et du cintrage des tiges (forme donnée aux tiges par le chirurgien avant d'être insérées dans le patient). Une tendance à utiliser de plus en plus d'implants a été notée alors que des préoccupations en termes de sécurité de l'intervention et de coûts. Le nombre d'implants nécessaires et leur distribution sur le segment instrumenté afin de corriger adéquatement les courbures scoliotiques et assurer une répartition des forces de correction sur l'instrumentation sont cependant méconnus. Les efforts auxquels les tiges sont soumises durant la chirurgie peuvent modifier la forme que le chirurgien avait initialement cintrée afin de guider la colonne vertébrale, mais l'impact du cintrage et de ces déformations intraopératoires sur la correction 3D de la scoliose est méconnu. Il n'a pas été investigué si les tiges se déforment dans les années suivant la chirurgie, et si cela a une implication avec des pertes de correction 3D à long terme. Les objectifs de ce projet doctoral étaient : 1. Analyser l'impact de la distribution des implants sur la capacité à corriger en 3D les déformations scoliotiques et sur les efforts supportés par l'instrumentation afin d'orienter le choix des chirurgiens sur un placement stratégique des implants.

Abstract

Adolescent idiopathic scoliosis is a complex and progressive pathology of the musculoskeletal system which causes a three-dimensional (3D) deformation of the spine. For severe spinal deformities, a surgical intervention is recommended. It usually consists of implants (generally pedicle screws) inserted in the posterior part of the vertebrae in order to execute a sequence of corrective maneuvers and correct 3D spinal deformities. Metal rods are inserted in the implants, guiding and maintaining the corrected alignment of the vertebrae. This rigid instrumentation system aims to promote bone fusion over the instrumented segments and to stop the progression of deformities. The multiplication of instrumentation systems and the introduction of new corrective techniques provide surgeons with a large spectrum of instrumentation strategies. Nowadays, there is an important variability of implant density (average number of implants per instrumented level) and rod contouring (shape given to the rods by surgeons) in the clinical practice. An increased number of implants is used for the treatment of scoliosis whereas there are security and economic concerns regarding the use of more implants. The number and distribution of implants required to achieve adequate correction and to ensure sharing of corrective forces in the instrumentation remains unknown. The intraoperative forces supported by the instrumentation during the correction process can change the shape of the rods originally given by the surgeon in order to guide the spine. However, the impact of rod contouring and intra-operative rod deformations on immediate 3D correction are little-known. It has never been investigated whether rod shape changes in the years following surgical instrumentation and whether it is associated with a loss of 3D correction. The objectives of this doctoral project were: 1. To analyze the impact of implant distribution on 3D correction capacity and load sharing in the instrumentation in order to guide surgeons' choice on a strategic implants configuration. 2. To analyze the impact of rod contouring and intra and post-operative rod deformations on deformity 3D correction in order to guide surgeons in rod contouring techniques.