Reconstruction simplifiée du tronc pour le traitement de la scoliose idiopathique par corset

La scoliose idiopathique de l'adolescent (SIA) est une déformation tridimensionnelle de la colonne vertébrale, de la cage thoracique et du bassin qui apparaît lors de la croissance. Des déformations de la colonne vertébrale avec des courbes de 10° ou plus nécessitant un suivi ou un traitement affectent 0,23 % de la population. L'incidence est plus élevée chez les filles. Pour les patients en croissance avec des courbes entre 25° et 45°, le traitement prescrit habituellement est le corset orthopédique. En Amérique du Nord, le type le plus utilisé est le corset de Boston. Autrefois fabriqué avec des moules de plâtre, la production du corset a fortement été améliorée par l'ajout de technologies permettant la conception et fabrication assistées par ordinateur (CFAO). Ces nouvelles techniques de production incluent entre autres l'acquisition numérique de la forme externe du tronc du patient par topographie de surface et la modification de celle-ci à l'aide de logiciels de CFAO destinés à la fabrication d'orthèses. La conception des corsets repose par contre sur des processus empiriques et, de manière générale, les spécialistes n'arrivent pas à un consensus sur le design optimal. Afin d'améliorer l'efficacité du corset par la vérification de son effet immédiat avant que celui-ci ne soit fabriqué et porté par le patient, un outil de simulation exploitant une méthode de simulation par éléments finis des corrections du corset sur le tronc du patient a été développé. Plusieurs travaux de recherche utilisant cet outil de simulation ont été réalisés par le groupe du CHU Sainte-Justine et de l'École Polytechnique. Les résultats d'une étude clinique ont montré que la méthode de simulation du corset prédisait avec une précision de 5° d'angle de Cobb les corrections obtenues avec les corsets fabriqués par CFAO portés par les patients. Récemment, une étude par essai randomisé contrôlé a montré que l'ajout des simulations numériques par éléments finis du corset au processus de conception et fabrication assistées par ordinateur permettait d'obtenir des corsets plus légers et offrant une meilleure correction. L'outil de simulation requiert une reconstruction personnalisée du tronc du patient dont la modélisation des structures osseuses internes est obtenue minimalement à partir de radiographies coronale et latérale calibrées du patient. Cependant, plusieurs centres n'effectuent pas de calibrage des radiographies ou n'effectuent pas de radiographie latérale, ce qui limite l'utilisation de l'outil de simulation.

Abstract

Adolescent idiopathic scoliosis (SIA) is a three-dimensional deformity of the spine, rib cage and pelvis occurring during growth. 0.23% of the population, mostly girls, is affected by progressing spinal curves of 10° or more. For growing patients with curves between 25° and 45 °, orthopedic brace is the treatment usually prescribed. In North America, the most common type is the Boston brace. Formerly made from plaster molds, the braces' production efficiency has been greatly improved by adding computer-aided design and manufacturing (CAD / CAM) technologies. These new production techniques include the numerical acquisition of the external shape of the patient's trunk and the modification of the latter with a CAD / CAM software for orthosis production. However, braces' design is the result of an empirical process and, in general, experts do not reach a consensus on the optimal design. In order to improve the effectiveness of the brace by testing its immediate effect before being manufactured and worn by the patient, a simulation tool using a finite element simulation method of the installation of the brace on a personalized patient's trunk model was developed. Several research studies using this simulation tool were done by the CHU Sainte-Justine and Polytechnique group. Results of a clinical study showed that the brace simulation method predicted corrections obtained with the brace made by CAD/CAM and worn by the patient within 5° Cobb angle accuracy. Recently, a randomized controlled trial study demonstrated that adding finite element numerical simulations to computer-aided design and fabrication process provided lighter braces and achieved better correction by the brace. The simulation tool requires a personalized reconstruction of the patient's trunk which the internal bone structures' modeling is obtained minimally from a coronal and a lateral calibrated X-rays of the patient. However, several healthcare centers do not calibrate the radiographs or do not perform lateral X-rays, which limits the use of the simulation tool. To undertake this need, the aim of this Master's project was to develop a simplified 3D reconstruction method of the patient's trunk with only a postero-anterior radiograph and a trunk surface scan. Clinical measurements differences were obtained before and after simulation of the installation of the brace on the finite elements model reconstructed with the simplified method and obtained with the reference method which included a lateral X-ray.