Modélisation biomécanique de l'instrumentation chirurgicale du rachis scoliotique

Idiopathic scoliosis is a three-dimensional deformation of the spine and rib cage generally appearing during the adolescent growth period. One possible treatment, the posterior surgical instrumentation and fusion of the spine, is a complex procedure with many parameters, such as the spinal segment to operate, the number and position of the hooks and screws, the shape of the rod, etc. Biomechanical modeling is a tool that can be used to determine the influence of these parameters. However, technical difficulties due to the large stiffness range of involved components and the large deformations associated with surgical maneuvers are encountered when using the finite elements method. Thus, the objective of this study is to adapt a kinetic modeling approach with flexible mechanisms, simulate the surgical maneuvers and compare it to equivalent finite element models. The biomechanical modeling only takes into account the maneuvers performed by the surgeon while the patient is lying on the operating table.

A kinetic model with flexible mechanisms was developed with rigid bodies for the vertebrae and instrumentation, mechanisms for the instrumentation connections to the spine and flexible elements to model the intervertebral structures. (Abstract shortened by UMI.)

Alternate abstract:

La scoliose idiopathique est une déformation tridimensionnelle de la colonne vertébrale et de la cage thoracique apparaissant généralement pendant la période de croissance de l'adolescence. Un traitement possible, l'instrumentation chirurgicale postérieure et la fusion du rachis, est une procédure complexe avec de nombreux paramètres, tels que le segment rachidien à opérer, le nombre et la position des crochets et des vis, la forme de la tige, etc. Modélisation biomécanique est un outil qui permet de déterminer l'influence de ces paramètres. Cependant, des difficultés techniques dues à la grande plage de rigidité des composants impliqués et aux grandes déformations associées aux manœuvres chirurgicales sont rencontrées lors de l'utilisation de la méthode des éléments finis. Ainsi, l'objectif de cette étude est d'adapter une approche de modélisation cinétique avec des mécanismes flexibles, de simuler les manœuvres chirurgicales et de la comparer à des modèles d'éléments finis équivalents. La modélisation biomécanique ne prend en compte que les manœuvres effectuées par le chirurgien alors que le patient est allongé sur la table d'opération.

Un modèle cinétique à mécanismes flexibles a été développé avec des corps rigides pour les vertèbres et l'instrumentation, des mécanismes pour les connexions de l'instrumentation à la colonne vertébrale et des éléments flexibles pour modéliser les structures intervertébrales. (Résumé abrégé par UMI.)