Effets biomécaniques des implants interépineux lombaires

par Frédéric Khiami

Thèse de doctorat en Sciences

Sous la direction de Eric Allaire.

Le président du jury était Jérôme Allain.

Le jury était composé de Hugues Pascal-Mousselard, Michel Scepi, Vincent Pointillart.

Les rapporteurs étaient Louis-Etienne Gayet, Jean-Marc Vital.


  • Résumé

    En pathologie lombaire dégénérative, [des] procédures chirurgicales peuvent être employées pour répondre aux situations clinicoradiologiques rencontrées. Ces procédures sont efficaces mais invasives et grevées d'un taux de complications non négligeables. Les dispositifs interépineux (DIE) [diminuent] ainsi la morbidité. Cependant leur efficacité est controversée. Les effets des DIE peuvent être appréciés sur la modification cinématique de l'étage implanté et sur la modification de la taille des foramens. A travers une série d'études biomécaniques cadavériques, les auteurs tentent de vérifier s'il existe bien ces effets attendus avec 4 dispositifs différents. Concernant L4, DIAM® et In-Space® n'avaient aucun effet contrairement à Wallis qui avait un effet significatif en flexion et en extension. Concernant L5, aucun implant n'avait d'effet en flexion, alors que tous avaient un effet amortissant en extension. Il n'y avait pas d'implant supérieur aux autres. Concernant les variations de mobilité, Wallis® est l'implant qui diminue le plus les amplitudes globales de L4 et L5, de l'ordre de 50% et 42.7%, respectivement. […] Une étude cadavérique de la surface latérale du foramen intervertébrale par méthode photographique et binarisation des images a permis de montrer qu'avec le YODA, la longueur moyenne du foramen était de 15.7±2.8mm et la largeur moyenne de 9.4±1.2mm. Après implantation des DIE, ces dimensions variaient respectivement à 16.8±2.5mm et 10.1±1.3mm. La surface foraminale moyenne était de 150.4±35.8 mm2 à vide et de 165.1±28.3mm2, après implantation. Le gain moyen était de 14.7mm2 (5.3-26.9). Cependant, cet implant n'avait aucun effet sur la cinématique de l'étage implanté, même en extension, justifiant de discuter une modification de sa structure. La mesure stéréoscopique 3D des variations de surface foraminale L4-L5 et des foramens adjacents a permis de montrer que tous les implants ouvrent le foramen L4-L5 en extension. Deux catégories d'implants : 1 qui ouvrent le foramen en position neutre, en flexion et en extension ; 2 qui ferment le foramen en flexion mais l'ouvrent en extension. La mise en place des implants en L4-L5 n'avait aucune conséquence sur la taille du foramen à l'étage L3-L4. En revanche, XSTOP et DIAM entraînaient une fermeture minime du foramen L5-S1 vers l'extension. La mesure de surface nous a semblé insuffisante pour évaluer la globalité de la sténose. Nous avons développé une nouvelle mesure de la taille du foramen en appréciant son volume au scanner. Avec cette technique de mesure, le volume moyen de 60 foramens et de 20 foramens L4-L5 étaient respectivement de 1.17±0.23 et de 1.25±0.27 mm3 pour l'observateur 1 et de 1.21±0.21 et 1.29±0.23 mm3 pour l'observateur 2. Les CIC intra observateurs pour l'observateur 1 pour la mesure de l'ensemble des foramens et pour L4-L5 étaient de 0.98 et 0.99. Pour l'observateur 2, les CIC étaient de 0.90 et 0.92, respectivement. Les CIC inter observateurs pour l'observateur 1 pour la mesure de l'ensemble des foramens et pour L4-L5 étaient de 0.78 et 0.83. Pour l'observateur 2, les CIC étaient de 77 et 0.8. La moyenne des différences de mesures entre les observateurs étaient de moins de 0.2 mm3 (0.05 and 0.15). […] L'excellente reproductibilité de cette mesure simple complète les outils de mesure de la taille du foramen. La validation de cette mesure du volume a permis de vérifier s'il y avait ou pas, une variation du volume foraminal après implantation comparative des quatre dispositifs inter épineux. Les volumes des foramens L4-L5 étaient significativement augmentés après implantation de INSPACE®, XSTOP® et WALLIS®. Le volume foraminal moyen de l'étage sus jacent n'était pas modifié et seul le WALLIS® diminuait le volume en L5-S1. XSTOP® : l’implant qui ouvrait le plus les foramens. Les dispositifs interépineux ont bien des effets biomécaniques sur l'étage implanté, aussi bien en cinématique que sur les variations de la taille du foramen intervertébral.

  • Titre traduit

    Biomecanical effects of interspinous lumbar devices


  • Résumé

    In lumbar degenerative disease, many surgical procedures can be used to respond to different radiological clinical situations. These invasive procedures are effective, but with a significant complication rate. Interspinous devices (DIE) are positioned with more limited approaches, thereby reducing morbidity. However, their effectiveness is controversial. The effects of EIS can be evaluated on the kinematic changes of the implanted level and changing in the foramina size. Through a series of cadaveric biomechanical studies, the authors try to check if these are good effects expected with 4 devices. Concerning L4, DIAM® and In-Space® had no effect on either flexion or extension, contrary to Wallis®, which had a significant effect on flexion and extension. Concerning L5, no implant had an effect in flexion, while all presented a significant amortisation effect on extension.No significant difference was revealed between implants on flexion, in extension or on a global cycle. Concerning the mobility variations, Wallis® is the implant which decreases the global average movement of L4 and L5 the most, by 50% and 42.7%, respectively.The analysis of variations in the size of foramina is still confidential. Few authors are concerned. A cadaver study of the lateral surface of the intervertebral foramen by photographic method and binarization images has shown that with YODA, the average length of foramen was 15.7 ± 2.8mm and the average width of 9.4 ± 1.2mm. After implantation of DIE, these dimensions ranged respectively 16.8 ± 2.5mm and 10.1 ± 1.3mm. The mean foraminal area was 150.4 ± 35.8 mm2 vacuum and 165.1 ± 28.3mm2 after implantation. The average gain was 14.7mm2 (5.3-26.9). However, this implant has no effect on the kinematics of the implanted level even in extension justifying discuss a modification of the implant. Stereoscopic 3D measuring foraminal area variations on L4-L5 level and adjacent foramina has shown that all implants open the L4-L5 foramen in extension. There seems to be two types of implants: those who open the foramen in neutral, flexion and extension, and those who close the foramen bending but open to extension. There were no effects on the size of the foramen L3 -L4. However, Xstop and DIAM resulted minimal closure L5-S1 foramen to the extension. Surface measurement seemed insufficient to assess the totality of the stenosis. We developed a new measure of the foramen size enjoying its volume scanner. With this measurement technic, the mean volume of 60 foramen and 20 L4-L5 foramen were respectively 1.17 ± 0.23 and 1.25 mm 3 ± 0.27 for the observer 1 and 1.21 ± 0.21 and 1.29 ± 0.23 mm 3 for the observer 2. The intra observer CIC 1 for the observer for all measuring foramina and L4 - L5 were 0.98 and 0.99, respectively. For observer 2, ICC were 0.90 and 0.92, respectively. The inter-observer CIC for the observer 1 for measuring all foramina and L4 - L5 were 0.78 and 0.83, respectively. For observer 2, the CIC were 77 and 0.8, respectively.The average differences in measurements between observers were less than 0.2 mm3 (0.05 et 0.15). This is the first study to measure the volume of the foraminal scanner. The excellent reproducibility of this simple measure complements the tools to measure the size of the foramen. The validation of this volume measurement was used to check whether or not there was a change in the foraminal volume after comparative implementation of four interspinous devices. L4-L5 foramina volumes were significantly increased after implantation of InSpace ®, Xstop ® and WALLIS ®. The average volume of the underlying foraminal volume was not changed and only WALLIS ® decreased the volume L5 -S1. Interspinous devices have many biomechanical effects on the implanted level, as well as kinematic changes in the size (area and volume) of the intervertebral foramen. They have no impact on adjacent

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