Contribution à l'analyse biomécanique et à l'évaluation des implants rachidiens

par Thomas Mosnier

Thèse de doctorat en Biomécanique

Sous la direction de Wafa Skalli et de Templier.

Soutenue en 2008

à Paris, ENSAM .


  • Résumé

    INTRODUCTION : L’apparition récente des premiers implants rachidiens, au milieu du vingtième siècle, marque non seulement une accélération du développement de la chirurgie rachidienne, mais également la naissance d’une technologie spécifique, qui n’en est encore qu’à ses débuts. Comment évaluer ces implants rachidiens, aussi bien lors de leur conception que lors de la planification de la chirurgie? C'est autour de cette problématique que nos travaux de recherche se sont articulés. MATERIELS & METHODES : Le premier de nos deux axes d'investigation concerne l’évaluation préclinique en fatigue des implants rachidiens, et plus particulièrement des implants d'ostéosynthèse. Nous avons ainsi animé un groupe de travail,composé d’industriels et de chercheurs du LBM, afin de proposer un projet de norme internationale définissant des méthodesd’évaluation fonctionnelle des implants rachidiens, prenant en compte les dernières connaissances scientifiques, notammentconcernant les contraintes subies par les instrumentations rachidiennes in vivo. Notre second axe d'investigation concerne l'analyse biomécanique par méthode numérique de la chirurgie du rachis lombaire. Nous nous sommes appuyés pour cela sur un outil de modélisation, géométrique et mécanique, et de simulation par éléments finis personnalisées du rachis lombaire et de sa chirurgie. Nous avons, dans le cadre du projet européen Orthosim, contribué à faire évoluer cet outil. Ensuite, une évaluation extensive de l'outil, en tant qu'aide à la planification chirurgicale, a été réalisée. Nous avons enfin réalisé une évaluation préliminaire de l’influence de l’opérateur sur la réponse de l'outil et participé à son intégration dans le cadre d’un portail Internet. RESULTATS : Les essais réalisés suivant le protocole proposé ont permis de mettre en évidence des modes de rupture en fatigue des implants tels qu'observés in vivo, confirmant l'aspect fonctionnel de l'évaluation. Le contenu technique du projet de norme en découlant à fait l'objet d’un consensus des différents experts de l’ISO en septembre 2006. La publication définitive en tant que norme internationale a été acceptée en avril 2008. Ensuite, l'outil de simulation a été développé et amélioré, d'abord en fiabilisant le processus, puis en élargissant le panel des options de chirurgie proposées. L'évaluation rétrospective a confirmé le caractère prédictif des simulations proposées, quant à l'influence d'une stratégie chirurgicale donnée sur le résultat clinique. Enfin, la mise à disposition des cliniciens de l'outil de simulation a été engagée. CONCLUSION : Ce travail de doctorat, nous a permis de contribuer d'une part à l’évolution des normes d’évaluation auxquelles nous avons tenté de donner une dimension biomécanique, et d'autre part de participer à mise en place d'un outil innovant d'aide à la planification et à l'analyse biomécanique de la chirurgie rachidienne, basé sur les simulations numériques personnalisées.

  • Titre traduit

    Contribution to spinal implants biomechanical analysis and evaluation


  • Résumé

    ABSTRAT : Recent appearance of the first spinal implants, in the middle of the twentieth century, marks not only an acceleration of the development of spinal surgery, but also birth of a specific technology, which is yet only at its beginnings. How to evaluate these spinal implants, both at the time of their design and during surgery planning? Our research tasks were articulated around these issues. MATERIALS & METHODS : The first of our two axes of investigation relates to the normative evaluation in fatigue of spinal implants, and more particularly of osteosynthesis implants. We animated thus a work group, composed of implants manufacturers and researchers of the LBM, in order to propose a project of international standard defining methods for functional evaluation of spinal implants, taking into account the last scientific knowledge, particularly concerning the constraints undergone by spinal instrumentations in vivo. Our second axis of investigation relates to the biomechanical analysis, using numerical method, of the lumbar spine surgery. We worked for that on personalized geometrical and mechanical numerical model and finite elements simulation of the lumbar spine and its surgery. We have, within the framework of the Orthosim European project, contributed to make this tool evolve. Then, an extensive evaluation of the tool, as a help for surgical planning, was carried out. We finally carried out a preliminary evaluation of the influence of the operator on the answer of the tool and took part in its integration within the framework of an Internet website. RESULTS : The tests carried out according to the suggested protocol made it possible to highlight failure modes of the implantssimilar to those observed in vivo, confirming the functional aspect of the evaluation. Technical contents of the draft standard obtain a consensus from the ISO experts in September 2006. The final publication as an international standard is effective since April 2008. Then, the simulations tool was developed and improved, initially by making the process reliable, then by widening the panel of the surgery options available. The retrospective evaluation confirmed the predictive aspect of simulations, regarding the influence of a given surgical strategy on the clinical result. Lastly, the provision of the clinicians of the simulations tool was committed. CONCLUSION : This work enabled us to contribute, on the one hand to the evolution of standards for spinal implantsevaluation, with a more biomechanical dimension, and on the other hand to take part in installation of an innovating tool, based on numerical simulations, for surgery planning and biomechanical analysis of the lumbar spine surgery.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (153-VI-11 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr.

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