Expérimentation et modélisation détaillée de la colonne vertébrale pour étudier le rôle des facteurs anatomiques et biomécaniques sur les traumatismes rachidiens

by Eric Wagnac

Doctoral thesis in Biomécanique

Under the supervision of Pierre-Jean Arnoux.

defended on 23-11-2011

in Aix-Marseille 2 and the jointly supervising institution l'Ecole polytechnique (Montréal, Canada) , under the authority of École doctorale Sciences du mouvement humain (Marseille) .

Thesis committee President: Yahia L'hocine.

Thesis committee members: Pierre-Jean Arnoux, Yahia L'hocine, Stephane Avril, Yvan Petit, Serge Nazarian, Carl eric Aubin.

Examiners: Stephane Avril, Yvan Petit.


  • Abstract

    The objective of this thesis was to study the influence of anatomical and biomechanical factors such as the presence of vertebral osteophytes, the loading rate and the sagittal profile of the spine (defined by the orientation and shape of the spine in the sagittal plane) on spinal injuries at the thoracic and lumbar levels. To fulfill this objective, experiments on human cadaveric spines were performed and a detailed biomechanical model of the spine was refined, validated against experimental data, and exploited. Results showed that the presence of large osteophytes significantly influenced the location, pattern and type of fracture, and provided to the underlying vertebra a protective mechanism against severe compression fractures (e.g. burst fractures). They also showed that the loading rate played a key-role on the onset of spinal trauma and that the sagittal profile of the spine had a significant influence on the bone fracture in accidents that involve compression mechanisms. On the other hand, the sagittal profile of the spine had a limited influence on the nature of spinal injuries in accidents that involved flexion-distraction mechanisms.


  • Abstract

    L’objectif de la thèse était d’étudier l’influence de facteurs anatomiques et biomécaniques tels que la présence d’ostéophytes vertébraux, le taux de chargement et le profil sagittal rachidien (défini par l’orientation et la forme de la colonne vertébrale dans le plan sagittal) sur les traumatismes de la colonne vertébrale thoracique et lombaire. Pour ce faire, des essais expérimentaux sur spécimens cadavériques rachidiens ont été réalisés et un modèle biomécanique détaillé du rachis T1-sacrum a été raffiné, validé expérimentalement et exploité. Les résultats ont démontré que les segments ostéophytiques présentaient des fractures de moindre sévérité localisées au niveau de la vertèbre proximale, contrairement aux segments sans ostéophytes, qui présentaient des fractures sévères (souvent comminutives) au niveau de la vertèbre médiane. Ils ont également confirmé que le taux de déformation jouait un rôle-clé dans l’initiation du traumatisme et que le profil sagittal avait une influence significative sur les caractéristiques des fractures osseuses lors d’accidents impliquant un mécanisme principalement en compression. En revanche, le profil sagittal n’exercerait qu’une influence limitée sur la nature des traumatismes lors d’un accident impliquant un mécanisme de flexion-distraction.


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