Analyse biomécanique de la correction des scolioses par la technique du modelage in situ

Biomechanical analysis of scoliosis correction by the in situ contourning technique

• Auteur / Autrice : Raphaël Dumas
• Direction : Wafa Skalli
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées. Génie mécanique
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Paris, ENSAM

Mots clés

Mots clés libres

Rachis

Correction chirurgicale

Simulation en éléments finis

Scoliose

Reconstruction tridimensionnelle

Résumé

L'objectif de cette étude est l'analyse d'une technique chirurgicale de réduction de la déformation coliotique, au travers des différents outils que sont la reconstruction tridimensionnelle du rachis dans les temps pré et post opératoires et la simulation par la méthode des éléments finis. Un dispositif de stéréoradiographie spécifique a été développé et a permis la reconstruction du rachis d'une vingtaine de patients scoliotiques. Cette modélisation géométrique a été validée en terme d'orientation relative des vertèbres reconstruites et a conduit à une analyse de la déformation du rachis et de sa correction chirurgicale, de manière segmentaire et au coeur même de la "torsion" de la scoliose. Les phénomènes de correction siégeant pendant la chirurgie ont été appréhendés lors de la simulation par éléments finis de deux cas réels, l'un de cyphose et l'autre de scoliose. Cette simulation a été basée sur un modèle global et personnalisé du rachis où le comportement élasto-plastique de l'instrumentation et les conditions aux limites complexes ont été pris en compte (les manoeuvres du chirurgien se traduisant par les charges et décharges successives de flexion surune tige attachée au rachis). Les résultats prédictifs de simulation se sont révélés cohérents, comparés à la reconstruction tridimensionnelle post opératoire. Ces outils d'analyse peuvent constituer une aide au clinicien lors du diagnostic et de la planification de l'opération chirurgicale.

The purpose of this study was to analyse the surgical correction of scolioticdeformity through several biomechanical tools : a pre and post operative three-dirnensionalreconstruction of the spine and a finite element model. A specific device was developed and enabled the three-dimensionai reconstruction of twenty scoliotic patients. The three-dimensional relative orientations of the reconstructed vertebrae were validated. Thisgeometrical modelling allowed to analyse the spinal déformations and the effects of the surgery. This analysis was performed at the segmentai level and at the ± torsionai , level of the scoliotic curves. The correction mechanisms during the surgery were analysed through the simulation of two clinicalcases (one kyphotic and one scoliotic patients). A global personalized model was thus usedincluding the elasto-plastic behaviour of the implants and the complex boundary conditions (severalbendings of a rod correspond to successive load and unload). The prédictive results were foundcoherent compared to the post operative three-dimensionai reconstructions. These means of analysis could yield future clinical tools for diagnosis and surgical planning.