Étude biomécanique d'instrumentations antérieures pour le traitement de la scoliose

La scoliose est une déformation 3D du rachis, qui a une prévalence d'environ 2% de la population, dont la progression peut être ralentie voire stoppée par le port d'un corset ou réduite par une chirurgie postérieure. D'autres chirurgies par abord antérieures sont également possibles. Ces chirurgies ont une faisabilité et une efficacité reconnues pour la correction de la déformation dans le plan frontal, mais pas dans les autres plans de l'espace. En outre, des chirurgies minimalement invasives de modulation de croissance vertébrale, qui sont généralement réalisées par abord antérieur, sont en cours de développement pour traiter des scolioses où la déformation est moyennement importante et risque fortement de progresser. La faisabilité de ces chirurgies a été démontrée, alors que son efficacité n'est pas pleinement reconnue. La réduction pré-instrumentation, consistant à diminuer la déformation scoliotique avant l'insertion des implants, serait un moyen d'améliorer la correction chirurgicale dans le plan frontal et sagittal. L'hypothèse de ce projet est donc que la réduction de la déformation scoliotique pré-instrumentation a une influence cliniquement et statistiquement significative (p<0,05) sur la correction dans le plan frontal et sagittal du rachis scoliotique lors d'une instrumentation antérieure. La correction dans le plan frontal et sagittal est caractérisée par la mesure de l'angle de Cobb de la courbure principale, de la lordose lombaire et de la cyphose thoracique, de la cunéiformisation des disques intervertébraux et des contraintes dans les plaques de croissance épiphysaires. L'objectif principal de ce projet est d'étudier la contribution de cette réduction sur le résultat de chirurgies antérieures. Un modèle éléments finis (MÉF) du rachis scoliotique a été développé afin de simuler les différentes étapes de la chirurgie, i.e. la mise en position peropératoire du patient, les différentes manoeuvres chirurgicales et le retour en position debout du patient. Les implants sont représentés par un câble relié aux corps vertébraux par des liens rigides. Différentes stratégies de chirurgie sont modélisables par la modification de la force exercée par le chirurgien sur la colonne avant instrumentation, et des caractéristiques du câble : matériau, tension initiale, distance par rapport aux corps vertébraux.

Abstract

Scoliosis is a 3D deformation of the spine, which has a prevalence of 2% of the population. The treatment of scoliosis includes observation, bracing to limit progression of moderate curves and surgery for severe deformities. Surgery can be performed through a posterior approach or through an anterior approach. Efficacy and feasibility of surgeries performed through an anterior approach are demonstrated in the literature to correct spine deformities just in the coronal plane. Growth modulation has also been recently proposed as a mean to prevent progression, reduce curve severity and preserve mobility. Fusionless minimally invasive surgeries, which are practised by anterior approach, are developing to treat a meanly spine deformation risking to progress. Feasibility of these surgeries was demonstrated, but not their efficacy. Pre-instrumentation reduction, consisting to reduce scoliotic deformation before implants insertion, could be a mean to improve surgery correction in frontal and sagittal plane. The project's hypothesis is that pre-instrumentation reduction of scoliotic deformity has a clinically and statically significant influence (p<0.05) on the correction in frontal and sagittal plane of the scoliotic spine during an anterior instrumentation. The correction in frontal and sagittal plane is characterised by reduction of the Cobb angle for the principal curvature, the thoracic kyphosis, the lumbar lordosis, intervertebral disc wedging in the frontal plane and internal strain of the epiphyseal growth plate. The main objective of the project is to determine the contribution of this reduction in the overall changes seen post-operatively. Finite elements model (FEM) of scoliotic spine was developed to simulate the different steps of the surgery: per-operative positioning of the patient, surgery manipulation and postoperative positioning of the patient (comeback in stand-up position). Implants modeled include a cable, linked to vertebras by rigid link elements. Different study configurations were modeled by changing the force applied by the surgeon to the spine before instrumentation and the cable characteristic: material type, initial tension, distance between the cable and vertebras. To evaluate the mechanical behaviour of the model, a comparison between in-vitro and simulated mechanical tests of compression (150N and 750N), bending (7.5Nm), torsion (7.5Nm) and lateral flexion (150N) was done in the L1-L2 functional unit. A sensibility study of