Biomechanical Modeling of Vertebral Mechanobiological Growth and of the Deformation Process in Adolescent Idiopathic Scoliosis

La scoliose idiopathique chez l'adolescent est une déformation tridimensionnelle du rachis se développant durant la croissance. Plusieurs études rapportent que la progression de la déformation scoliotique est influencée par des facteurs biomécaniques. La déformation scoliotique, l'asymétrie de la balance du rachis et l'activité musculaire sont responsables du chargement asymétrique sur les plaques de croissances. Ces facteurs modifient la répartition entre le côté concave-convexe du taux de croissance et, par conséquent, conduit à un cercle vicieux de progression de la déformation scoliotique. Le processus biomécanique de la progression de la scoliose a été étudié dans la littérature en considérant principalement une composante de chargement axiale pour la représentation de la croissance. L'objectif général de ce projet est d'étudier la biomécanique multiaxiale de la progression scoliotique. Le but spécifique du projet est de vérifier que le processus de déformation, impliquant la croissance et sa modulation mécanobiologique par des charges multi-axiales, est stimulable numériquement par la méthode des éléments finis, et que ces charges multi-axiales exercées sur les plaques de croissance épiphysaires sont responsables des déformations caractéristiques des vertèbres et rachis scoliotiques. Le chargement utilisé pour simuler la pathologie consiste en des forces primaires axiales asymétriques combinées à des forces secondaires de cisaillement et de torsion. Afin d'atteindre ce but, le projet a été divisé en trois parties. La première partie a consisté à faire une étude comparative de deux techniques de modélisation afin de simuler les concepts de croissance mécanobiologique. La seconde partie a consisté à développer un nouveau modèle de croissance mécanobiologique, basé sur l'énergie de stimulation, afin de représenter les déformations vertébrales résultant du chargement multiaxial. La troisième partie a consisté à soumettre le nouveau modèle numérique à différents cas de chargements et à analyser leurs influences sur la croissance et sur la progression de la scoliose. Dans la première partie, les formulations analytiques de la croissance mécanobiologique développées par Stokes et coll. (1990) et Carter et coll. (1988) ont été comparées entre elles à l'aide d'un modèle par éléments finis d'une vertèbre thoracique. La vertèbre et la plaque de croissance adjacente supérieure ont été modélisées par des éléments solides 3D linéaires.