Advanced Surgical Planning of Adolescent Idiopathic Scoliosis Instrumentation Combining Artificial Intelligence and Physics-Based Model Simulation

La scoliose idiopathique de l’adolescent (SIA) est une déformation tridimensionnelle (3D) de la colonne vertébrale d’origine inconnue, touchant 2 à 4 % des enfants âgés de 10 à 18 ans. Bien que définie par une déviation latérale de la colonne vertébrale (angle de Cobb >10°), la SIA implique également des rotations vertébrales et un désalignement sagittal. Pour les courbures sévères (angle de Cobb >45–50°), l’arthrodèse rachidienne postérieure (ARP) instrumentée par vis pédiculaires constitue le traitement chirurgical de référence. Bien que la planification chirurgicale initiale se concentrait sur l’alignement coronal, l’obtention d’une correction 3D équilibrée est désormais reconnue comme essentielle pour garantir des résultats positifs à long terme et la satisfaction des patients. La planification chirurgicale préopératoire est cruciale pour déterminer les niveaux de fusion, la répartition des vis et la courbure des tiges. Bien que les technologies d’imagerie 3D soient de plus en plus accessibles, la pratique repose encore principalement sur des radiographies 2D, des règles issues de systèmes de classification et l’expérience du chirurgien. Ces approches n’intègrent pas pleinement l’ensemble des paramètres d’instrumentation et des variables chirurgicales, particulièrement au-delà de la densité des vis et des caractéristiques des tiges, qui influencent pourtant une planification optimale. Cela contribue à une variabilité importante des stratégies chirurgicales utilisées en pratique et à des taux de chirurgie de révision rapportés entre 7% et 13% dans les cinq ans, souvent liés à des complications mécaniques ou à un alignement postopératoire sous-optimal.

Abstract

Adolescent idiopathic scoliosis (AIS) is a three-dimensional (3D) spinal deformity of unknown cause, affecting 2–4% of children aged 10 to 18. Although defined by a lateral deviation of the spine (Cobb angle >10°), AIS also involves vertebral rotation and sagittal misalignment. For severe curves (Cobb angle >45–50°), posterior spinal fusion (PSF) with pedicle screw instrumentation is the surgical standard. Although early surgical planning prioritized coronal alignment, achieving balanced 3D correction is now recognized as critical to long-term outcomes and patient satisfaction. Preoperative surgical planning is essential to determining fusion levels, screw distribution, and rod contouring. Although 3D imaging technologies are becoming increasingly available, current practice still relies predominantly on 2D radiographs, rule-based classification systems, and surgeon experience. Such approaches may not fully integrate the range of instrumentation parameters and surgical variables, beyond screw density and rod characteristics, that influence optimal planning. This can contribute to considerable variability in surgical strategies and to revision surgery rates, which are reported to be between 7% and 13% within five years, often related to mechanical complications or suboptimal postoperative alignment.