Analyse biomécanique de manoeuvres de dérotation vertébrale pour la chirurgie d'instrumentation de la scoliose

La scoliose idiopathique adolescente (SIA) est une déformation tridimensionnelle (3D) de la colonne vertébrale et de la cage thoracique, pouvant nécessiter une chirurgie d'instrumentation pour les cas de courbures sévères. Plusieurs techniques d'instrumentation et manoeuvres chirurgicales ont été développées ces dernières années afin d'améliorer la correction des déformations scoliotiques dans le plan transverse, telles que les manoeuvres de dérotation vertébrale. Ce type de manoeuvres consiste à appliquer un moment de dérotation, avec ou sans forces additionnelles, sur un dispositif de dérotation vertébrale (DDV) rigidement fixé aux vis pédiculaires périapicales, afin de corriger la rotation axiale des vertèbres et des côtes. Des études cliniques ont montré que les manoeuvres de dérotation vertébrale amélioraient de manière significative la correction de la SIA dans les plans frontal et transverse, mais pouvaient engendrer une diminution de la cyphose thoracique. Aussi, peu ou pas de recommandations ont été émises concernant le nombre de niveaux de dérotation à utiliser pour effectuer une manoeuvre de dérotation vertébrale, ainsi que l'angle de dérotation vertébrale et les forces à appliquer sur le DDV. Des vis pédiculaires monoaxiales ou multiaxiales peuvent être utilisées avec un DDV. Cependant, l'avantage biomécanique d'un type d'implant par rapport à l'autre n'a pas été établi dans la littérature pour effectuer une manoeuvre de dérotation vertébrale. Enfin, la densité d'implant optimale à utiliser pour le traitement de la SIA reste encore un sujet à débat. Cette étude vise à modéliser et analyser la biomécanique de manoeuvres de dérotation vertébrale, en association avec différents types et densités d'implants, afin d'améliorer la correction 3D de la scoliose et de diminuer les forces à l'interface implant/vertèbre (FI-V). La question de recherche de ce projet de maîtrise est la suivante :« Parmi les divers paramètres d'instrumentation et de manoeuvres de dérotation vertébrale, lesquels ont un

Abstract

Adolescent idiopathic scoliosis (AIS) is a three-dimensional (3D) deformity of the spine and rib cage, which may require surgical instrumentation in case of severe curvatures. Many instrumentation techniques and surgical maneuvers have been developed to improve the correction of scoliotic deformities in the transverse plane, such as vertebral derotation maneuvers. This type of maneuvers consist of applying a derotational torque with or without additional forces on a vertebral derotation device (VDD) rigidly fixed to periapical pedicle screws, to correct axial rotation of vertebrae and ribs. Clinical studies have shown that vertebral derotation maneuvers significantly improved AIS correction in the frontal and transverse planes, but could lead to a decrease of thoracic kyphosis. In addition, little or no recommendations were made regarding the number of derotation levels to use in order to perform vertebral derotation maneuvers, and the angle of vertebral derotation and the forces to apply on the VDD. Monoaxial or multiaxial pedicle screws can be used with a VDD. However, the biomechanical advantage of an implant type over the other has not been established in literature for vertebral derotation maneuvers. Finally, the optimal implant density to use in the treatment of AIS is still a subject of debate. This study aims to biomechanically model and analyze vertebral derotation maneuvers, in relation with different implant types and densities, to improve the 3D correction of scoliosis and to reduce the forces at the implant-vertebra junction (FI-V). The research question of this master's project is the following: “Among the instrumentation and vertebral derotation maneuver parameters, which ones have a statistically significant effect on the correction of scoliosis and the forces at the implant/vertebra junction?”. First, a patient-specific multi-body biomechanical model was developed to simulate the instrumentation surgery of four thoracic AIS cases (Lenke type 1), instrumented using a