Analyse biomécanique de techniques de dérotation vertébrale pour la correction 3D de la scoliose lors de la chirurgie d'instrumentation postérieure du rachis

La scoliose idiopathique de l'adolescent (SIA) est une déformation tridimensionnelle de la colonne vertébrale et de la cage thoracique. Dans le cas de déformations sévères, une chirurgie d'instrumentation est préconisée. Cette chirurgie consiste généralement à insérer des implants (vis pédiculaires) dans les vertèbres pour réaliser une succession de manoeuvres chirurgicales visant à corriger les déformations scoliotiques. Des tiges sont placées dans les vis pédiculaires durant les manoeuvres afin de maintenir la correction. À ce jour, plusieurs manoeuvres chirurgicales sont à la disposition des chirurgiens pour corriger la déformation scoliotique en 3D durant l'instrumentation. Les manoeuvres les plus récemment développées se sont concentrées sur l'amélioration des déformations scoliotiques dans le plan transverse (rotation axiale vertébrale). Notamment, les manoeuvres de Dérotation Vertébrale (VD) visent à corriger la rotation axiale des vertèbres en appliquant une force sur un outil de dérotation, extenseur de la vis pédiculaire rigidement fixée à la tête de vis. On distingue deux grandes catégories de dérotations faisant intervenir différents mécanismes de correction. La « dérotation Segmentaire » est une manipulation locale qui corrige la rotation intervertébrale séquentiellement à chaque niveau instrumenté (correction incrémentale), tandis que la « dérotation En Bloc » est une manipulation régionale des niveaux apicaux, où la rotation axiale est maximale, pour corriger la déformation dans le plan transverse en une unique manipulation. Des études cliniques et biomécaniques ont montré que les manoeuvres de dérotation amélioraient significativement la correction des déformations dans les plans transverse et coronal. La restauration du profil sagittal est également un des objectifs principaux visé par la chirurgie d'instrumentation, et des craintes quant à l'impact négatif des manoeuvres de dérotation sur la cyphose thoracique ont été formulées par les praticiens. Les différences entre les dérotations Segmentaire et En Bloc en termes de résultats de correction 3D restent peu investiguées dans la littérature. Les manoeuvres de dérotation offrent la possibilité d'appliquer des efforts importants sur les vertèbres pour parvenir à la correction du plan transverse, mais des efforts excessifs peuvent entraîner le descellement des implants ou le bris du pédicule. Des études expérimentales sur des vertèbres cadavériques ont montré que le choix de la stratégie de dérotation avait un impact sur la force menant à la rupture de l'interface os-implant.

Abstract

Adolescent Idiopathic Scoliosis (AIS) is a tridimensional deformity of the spine and the rib cage. For severe deformities, a spinal instrumentation surgery is recommended. This surgery generally consists of scoliosis correction though implants (pedicle screws) insertion into vertebrae, to perform a sequence of surgical maneuvers and maintaining the correction through rods fixed into the implants. To date, surgeons are able to address the scoliotic 3D deformities through several correction maneuvers during the instrumentation. The most recently developed maneuvers are focusing on the improvement of the transverse plane deformity (vertebral axial rotation). Among these maneuvers, the Vertebral Derotation (VD) maneuvers aim to correct the vertebral axial rotation by applying forces directly on a derotation tool, rigidly fixed on pedicle screws. Derotation maneuvers can be classified in two main categories involving different correction mechanisms. The « Segmental derotation » is a local manipulation that sequentially addresses the intervertebral rotation at each instrumented vertebral level (incremental correction). The « En Bloc derotation » is a unique and global manipulation of the apical levels (at the maximal axial rotation), leading to the correction of the transverse plane deformity. Several clinical and biomechanical analyses have shown that the derotation maneuvers significantly improved the transverse and coronal plane deformities. Meanwhile, sagittal plane restoration is also one of the main goals of the surgery, but several investigators have suggested that the vertebral derotation may reduce the thoracic kyphosis. Differences between Segmental and En Bloc derotation in terms of 3D correction remain poorly investigated in the literature. Derotation maneuvers allow to apply powerful forces on the vertebrae to correct the transverse plane deformity. However excessive forces may lead to screw loosening or pedicle breach. Experimental studies on cadaveric vertebrae show that the derotation strategy can impact differently the force leading to the pedicle screw's failure. In order to obtain the optimal and safer scoliosis correction regarding to the derotation strategy, the surgeons' recommendations are based on their experiences and empirical principles. To date, none of these derotation strategies has been shown to have biomechanical superiority.